인산염

Phosphate
이 기사는 오르토인산 이온에 관한 것이다.유기인 유도체는 유기인산을 참조한다.다른 인산염에 대해서는 인산염과 인산염을 참조하십시오.
인산염 소다나 포스폰산염과 혼동해서는 안 된다.
인산염
Stereo skeletal formula of phosphate
Aromatic ball and stick model of phosphate
Space-filling model of phosphate
이름
시스템 IUPAC 이름
인산염[1]
식별자
3D 모델(JSmol)
3903772
체비
켐스파이더
1997
메쉬 인산염
유니
  • InChI=1S/H3O4P/c1-5(2,3)4/h(H3,1,2,3,4)/p-3 checkY
    키: NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K checkY
  • [O-]P([O-])([O-])=O
  • [O-]P(=O)([O-])[O-]
  • O=P([O-])([O-])[O-]
  • [O-] [P+]([O-])([O-])[O-]
특성.
PO3−
4
몰 질량 94.9714 gmol−1
켤레산 인산일수소
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

화학에서 인산염은 인산으로부터 유도되는 음이온, 소금, 관능기 또는 에스테르이다.이것은 일반적으로 오르토인산 HPO의
3
4 유도체인 오르토인산을 의미한다.

인산염 또는 오르토인산 이온[PO
4]3−
은 3개의 양성자+
 H를 제거하여 인산염에서 유도된다. 1개 또는 2개의 양성자를 제거하면 인산수소 이온[HPO
2
4]−
과 인산수소 이온[HPO
4]2−
이 각각 생성된다.이러한 이름은 인산수소 암모늄 및 인산삼나트륨과 같은 음이온의 소금에도 사용됩니다.

  • H 3PO 4 Phosphoric acid

    H
    3    PO
    4
    인산염
    산성의

  • [H 2PO 4]− Dihydrogen phosphate

    [H
    2    PO
    4    ]−

    이수소
    인산염

  • [HPO 4]2− Hydrogen phosphate

    [HPO
    4    ]2−

    수소
    인산염

  • [PO 4]3− Phosphate

    [PO
    4    ]3−

    인산염

유기화학에서 인산염 또는 오르토인산염은 유기인산염으로, 하나 이상의 수소 원자가 유기기로 치환되는 PORδR where
4 형태의 오르토인산의 에스테르이다.예를 들어 인산트리메틸(CH
3)
3PO를
4 들 수 있다.이 용어는 또한 이러한 에스테르에서 3가 관능기 OP(O-)
3를 가리킨다.

오르토인산염은 생화학, 생물 지구화학, 생태학에서의 주요 역할과 농업과 [2]산업에 대한 경제적 중요성 때문에 다양한 인산염 중에서 특히 중요하다.인산염기의 첨가 및 제거(인산화 및 탈인산화)는 세포 대사의 핵심 단계이다.

오르토포스페이트는 응축되어 피로포스페이트를 형성할 수 있다.

화학적 성질

인산 이온은 94.97g/mol의 몰 질량을 가지며, 4개의 산소 원자로 둘러싸인 중심 인 원자로 4면체 배열로 구성됩니다.인산수소 이온 H(PO
4)2−
의 켤레 염기이며, 인산수소 이온
2 H(PO
4)의 켤레 염기이며, 인산수소 이온 H(PO
3
4)−
는 오르토인산, HPO의 켤레 염기이다.

많은 인산염은 표준 온도와 압력에서 물에 녹는다.나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 그리고 인산암모늄은 모두 수용성이다.대부분의 다른 인산염은 약간만 녹거나 물에 녹지 않는다.원칙적으로 수소 및 이수소 인산염은 대응하는 인산염보다 약간 용해성이 높다.

용액의 평형

인산특이법

수용액에서 오르토인산과 그 세 가지 유도 음이온은 아래의 해리 및 재조합 평형에[3] 따라 공존한다.

평형 해리 상수a[4] K pKa
HPO34 † HPO
2−
4 + H+
 Ka1 = [ H+
 ] [ HPO
2−
4 ] / [ HPO
3
4 ] 7 7 . 5 × 10−3		 pKa1 = 2.14
HPO
2−
4 † HPO2−
4 + H+
 Ka2 = [ H+
 ] [ HPO2−
4 ] / [ HPO
2−
4 ] 6 6.2 × 10−8		 pKa2 = 7.20
HPO2−
4 † PO3−
4 + H+
 Ka3 = [ H+
 ] [ PO3−
4 ] / [ HPO2−
4 ] 2 2.14 × 10−13		 pKa3 = 12.37

값은 25°C이고 이온 강도가 0입니다.

pKa 값은 각 종의 농도가 그 켤레 염기의 농도와 동일한 pH 값이다.pH1 이하에서는 실질적으로 인산해동하지 않는다.pH 4.7(처음 두 pKa 값 사이의 중간) 전후에는 인산수소 이온인
2
4 [HPO]−
가 실질적으로 존재하는 유일한 종이다.pH 9.8(두 번째와 세 번째 pKa 값 중간) 전후에는 일수소 인산 이온인 [HPO
4]2−
가 유일하게 존재한다.pH13 이상에서는 인산 이온(PO
4)3−
으로서 산이 완전히 해리된다.

즉, pH값을 4.7 또는 9.8로 설정하면 수용액에서 모노인산 이온과 디인산 이온의 염분을 선택적으로 결정화할 수 있다.

실제로 연속 pK가a 4개 이상 차이가 나기
3
4 때문에 HPO
2, −
H
4(PO) 및
4 H(PO)2−
는 분리된 약산으로 작용한다.

인산염은 피로인산염(PO
2
7)4−
과 삼인산염(5−
PO)과
3
10 같은 많은 고분자 이온을 형성할 수 있다.다양한 메타인산 이온(일반적으로 긴 선형 중합체)은 (PO
3)−
의 경험식을 가지며 많은 화합물에서 발견됩니다.

인산염 생화학

생물학적 시스템에서, 인은 용액(유기 인산염)에서 유리 인산 음이온으로 발견되거나 다양한 유기 인산염으로 유기 분자에 결합될 수 있습니다.

무기인산은 일반적으로 P로 표시되며i 생리학적(항상성) pH에서는 주로 [HPO
4]2−
와 [HPO
2
4]−
 이온의 혼합물로 구성된다.중성 pH(pH = 7.0)에서 오르토포스포르산과 그 3개의 음이온 농도는 다음과 같은 비율을 가진다.

[ HPO
2−
4 ] / [ HPO
3
4 ] 7 7 . 5 × 104
[ HPO2−
4 ] / [ HPO
2−
4 ] 0 0.62
[PO3−
4] / [ HPO2−
4 ] 2 2.14 × 10−6

따라서 [HPO
2
4]−
 및 [HPO
4]2−
 이온만 세포에 유의하게 존재한다(62% [HPO
2
4],−
 38% [HPO
4]).2−
세포외액(pH = 7.4)에서는 이 비율이 반전된다(61% [HPO
4],2−
 39% [HPO
2
4]).−

무기 인산염은 또한 가수분해로 오르토인산염(Orthophosphate)을 생성할 수 있는 피로인산 음이온(PO
2
7)4−
에도 존재할 수 있다.

[PO
2
7]4−
 + HO2 2 2 [ HPO
4 2−
]

유기 인산염은 일반적으로 뉴클레오티드(AMP, ADP, ATP)로서의 에스테르 형태와 DNA 및 RNA에서 발견된다. 유리 오르토인산 음이온은 ATP 또는 ADP에서 인산염 결합의 가수 분해에 의해 방출될 수 있다.이러한 인산화 및 탈인산화 반응은 많은 대사 과정을 위한 에너지의 즉각적인 저장 및 원천이다.ATP와 ADP는 종종 근육 조직의 인산염과 같이 고에너지 인산염으로 언급됩니다.다른 뉴클레오시드 디포스페이트와 트리포스페이트에도 유사한 반응이 존재한다.

뼈와 치아

생물학적 시스템에서 인산염의 중요한 발생은 뼈와 치아의 구조 물질이다.이러한 구조는 히드록시아파타이트의 형태로 결정성 인산칼슘으로 구성되어 있습니다.포유류의 이빨의 단단한 조밀한 에나멜은 플루오로아파타이트를 포함할 수 있습니다. 플루오로아파타이트는 히드록시 인산칼슘으로 일부 수산기가 불소 이온으로 대체되었습니다.

의료 및 생물학적 연구 용도

인의 약효는 인산염이다.많은 요로 감염을 치료하는데 도움을 주는 몇몇 인산염은 소변을 더 산성으로 만드는데 사용된다.요로에 칼슘 결석이 생기는 것을 방지하기 위해 일부 인산염이 사용된다.[5]일상 식단에서 충분한 인을 섭취할 수 없는 환자들에게, 인산염은 보통 특정한 [5]질병이나 질병 때문에 식이 보조 식품으로 사용됩니다.주입 가능한 인산염은 의료 서비스 [5]제공업체에서만 취급할 수 있습니다.

식물의 대사

식물은 여러 경로를 통해 인을 섭취한다: 관절근 경로와 직접 흡수 경로.

건강에 대한 악영향

고인산혈증, 즉 고혈중 인산염 수치는 일반 인구의 사망률 증가와 관련이 있다.음식에 자연적으로 존재하는 인산염이 위장관에 의해 완전히 흡수되지 않기 때문에 과인산염은 일반적으로 인산염 식품 첨가물에 의해 발생한다.인산염은 혈관 석회화를 유발하며, 혈액 중 고농도의 인산염은 심혈관 [6]사건의 예측 변수인 것으로 밝혀졌다.

인산염은 산업적으로 가공된 식품과 패스트푸드에 첨가물로 흔히 사용된다.패스트푸드와 즉석 가공식품은 인구 중 인산염 소비가 증가하는 주요 원인이다.인산염 첨가물은 특정 [6]유제품뿐만 아니라 향미 청량음료에서도 흔히 발견됩니다.

생산.

지질학적 발생

미국 유타주 플라밍 협곡 인근의 인산염 광산, 2008년
2012년 튀니지 메틀라위, 인산염을 실은 열차

인산염은 많은 인산염 광물에서 발견되는 인의 자연 발생 형태입니다.광물학 및 지질학에서 인산염은 인산염 이온을 함유한 암석 또는 광석을 말한다.무기인산염은 농업 및 [2]공업용 인을 얻기 위해 채굴된다.

세계 최대 인산염 생산국이자 수출국은 모로코입니다.북미에서는 플로리다 중부의 본밸리 지역, 아이다호 남동부의 소다스프링스 지역, 노스캐롤라이나 해안에 가장 많은 퇴적물이 있습니다.더 적은 매장량은 몬타나, 테네시, 조지아, 사우스캐롤라이나에 있습니다.고품질의 인산염 매장량이 많았던 작은 섬나라 나우루와 이웃나라 바나바 섬이 과잉 채굴됐다.암석 인산염은 또한 대규모 인산염 광산업이 있는 이집트, 이스라엘, 팔레스타인, 서사하라, 나바사 섬, 튀니지, 토고, 요르단에서도 발견될 수 있다.

인광석 광산은 주로 다음에서 볼 수 있습니다.

2007년 현재 소비율로는 345년 [7]만에 인 공급이 고갈될 것으로 추정됐다.하지만, 몇몇 과학자들은 "피크 인"이 30년 후에 발생할 것이라고 생각했고, 지속가능미래연구소의 다나 코델은 "현재 추세라면, 50년에서 100년 안에 매장량이 고갈될 것"[8]이라고 말했다.적립금은 현재 시장가격으로 회수가능하다고 가정한 금액을 말한다.2012년 USGS는 세계 매장량을 710억 톤으로 추산했으며,[9] 2011년에는 전 세계적으로 1억9천만 톤이 채굴되었다.인 평균 rock[10](관점을 떠나지만, 식생에 일반적으로 농도는 각각 0.03%에 0.2%)[11]의 중량으로 그 결과가 인 지구상의3×1019-ton crust,[12]비록에서톤의 천조고inventoried 있는 예금 보호 구역으로 세어지고보다 압도적으로 낮은 농도에 0.1%로 구성되어 있다. 쌀 extract. 인산염 암석의 인산염 광물이 주로 히드록시아파타이트와 플루오로아파타이트라고 가정할 때 인산염 광물은 중량 대비 인 함유량이 약 18.5%이다.인산염 암석이 이러한 미네랄의 약 20%를 함유하고 있다면, 평균 인산염 암석은 무게로 약 3.7%의 인을 가지고 있습니다.

플로리다의 [13]멀버리와 같은 일부 인산염 암석 퇴적물은 상당한 양의 방사성 우라늄 동위원소를 포함하는 것으로 유명하다.이는 방사능이 생성된 인산염 비료를 적용하면[14] 지표수로 방출될 수 있기 때문에 우려되는 사항이다.

2012년 12월 Comingco Resources는 콩고-브라자빌에 있는 힌두 프로젝트의 JORC 준거 자원을 5억3100만 톤으로 업데이트하여 세계에서 [15]가장 큰 측정 및 표시 인산염 매장량을 발표했습니다.

채굴

주요 인산염 생산국 3개국(중국, 모로코, 미국)은 세계 생산량의 약 70%를 차지한다.

2019년 국가별 천연인산염 생산량 및 전세계 매장량
(USGS, 2021년)[16]
나라 생산.
(140 kg)		 점유율
세계적인
생산량(%)		 예비비
(140 kg)
알제리 1,300 0.54 2,200,000
호주. 2,700 1.17 1,100,000
브라질 4,700 3.00 1,600,000
중국 95,000 44.83 3,200,000
이집트 5,000 2.47 2,800,000
핀란드 995 - 1,000,000
인도 1,480 0.49 46,000
이라크 200 0.09 430,000
이스라엘 2,810 1.48 57,000
조던 9,220 3.36 800,000
카자흐스탄 1,500 0.72 260,000
멕시코 558 0.76 30,000
모로코 및 서사하라 35,500 13.45 50,000,000
페루 4,000 1.79 210,000
러시아 13,100 5.60 600,000
사우디아라비아 6,500 1.48 1,400,000
세네갈 3,420 0.45 50,000
남아프리카 공화국 2,100 0.99 1,400,000
시리아 2,000 0.34 1,800,000
포장이요 800 0.45 30,000
튀니지 4,110 1.79 100,000
우즈베키스탄 900 - 100,000
미국 23,300 12.37 1,000,000
베트남 4,650 1.21 30,000
기타 국가 1,140 1.17 840,000
총 227,000 100 71,000,000

생태학

세계 해양 지도책의 해수면 인산염
바다의 다양한 지역에서 광합성을 위한 인산염과 질산염 흡수의 관계.질산염은 인산염보다 제한적인 경우가 더 많습니다.Redfield 비율을 참조하십시오.

생태학적 관점에서, 인산염은 생물학적 시스템에서 중요한 역할을 하기 때문에, 매우 인기 있는 자원이다.한번 사용되면, 그것은 종종 환경에서 제한적인 영양소이고, 그것의 가용성은 유기체의 성장 속도를 좌우할 수 있습니다.이것은 일반적으로 담수 환경에 해당되지만, 질소는 해양(해상) 환경에서 제한적인 영양소이다.일반적으로 드문 환경 및 미세 환경에 높은 수준의 인산염을 첨가하는 것은 생태학적 영향을 미칠 수 있다.예를 들어, 어떤 유기체의 개체군에서는 다른 유기체를 희생시키면서 꽃을 피우고, 산소와 같은 자원을 빼앗긴 개체군의 붕괴가 일어날 수 있다(부영양화 참조.오염의 맥락에서, 인산염은 물의 주요 지표인 총 용해 고형물의 한 성분이지만, 모든 인이 조류가 분해하고 [17]소비할 수 있는 분자 형태인 것은 아니다.

칼슘 히드록시아파타이트와 석회석 침전물은 충적 [18]표토에 있는 박테리아 주변에서 발견될 수 있다.점토광물은 생물미네랄화를 촉진하기 때문에 박테리아와 점토광물의 존재로 인해 칼슘 하이드록시아파타이트와 석회석 [18]침전이 발생한다.

인산염 퇴적물에는 자연적으로 발생하는 중금속이 상당량 함유되어 있을 수 있습니다.인산염을 가공하는 채굴 작업은 카드뮴, 납, 니켈, 구리, 크롬, 우라늄을 포함한 미립자를 남길 수 있습니다.주의 깊게 관리하지 않으면, 이러한 폐기물은 중금속을 지하수나 인근 하구로 침출시킬 수 있다.식물과 해양 생물이 이러한 물질을 흡수하면 식품에 [19]독성 중금속이 농축될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Phosphates – PubChem Public Chemical Database". The PubChem Project. USA: National Center of Biotechnology Information.
  2. ^ a b "Phosphate Primer". Florida Industrial and Phosphate Research Institute. Florida Polytechnic University. Archived from the original on 29 August 2017. Retrieved 30 March 2018.
  3. ^ Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2005). Biology (Seventh ed.). San Francisco, California: Benjamin Cummings. p. 65. ISBN 0-8053-7171-0.
  4. ^ Kipton J. Powell, Paul L. Brown, Robert H. Byrne, Tamas Gajda, Glenn Hefter, Staffan Sjöberg, Hans Wanner(2005) :"무기 배위자를 가진 환경적으로 중요한 중금속의 화학적 사양.제1부: Hg2+
    , Cl−, OH−, CO2−
    3    , SO2−
    4     및 PO3−
    4     수계"    순수 및 응용 화학, 제77권, 제4호, 739–800쪽. doi:10.1351/pac200577040739
  5. ^ a b c "Phosphate Supplement (Oral Route, Parenteral Route) Description and Brand Names - Mayo Clinic". www.mayoclinic.org. Retrieved 2020-11-20.
  6. ^ a b Ritz, Eberhard; Hahn, Kai; Ketteler, Markus; Kuhlmann, Martin K.; Mann, Johannes (January 2012). "Phosphate additives in food--a health risk". Deutsches Ärzteblatt International. 109 (4): 49–55. doi:10.3238/arztebl.2012.0049. ISSN 1866-0452. PMC 3278747. PMID 22334826.
  7. ^ Reilly, Michael (May 26, 2007). "How Long Will it Last?". New Scientist. 194 (2605): 38–9. Bibcode:2007NewSc.194...38R. doi:10.1016/S0262-4079(07)61508-5.
  8. ^ Leo Lewis (2008-06-23). "Scientists warn of lack of vital phosphorus as biofuels raise demand". The Times.
  9. ^ 미국 지질조사국 인산염암
  10. ^ 미국 지질 조사국 "Phosphorus Soil Samples" (PDF).
  11. ^ Floor Anthoni. "Abundance of Elements". Seafriends.org.nz. Retrieved 2013-01-10.
  12. ^ 미국 지구물리학 연합, 2007 가을 회의, 추상 #V33A-1161.대륙 지각의 질량과 구성
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  14. ^ C. Michael Hogan (2010). "Water pollution". In Mark McGinley and C. Cleveland (Washington, DC.: National Council for Science and the Environment) (ed.). Encyclopedia of Earth. Archived from the original on 2010-09-16.
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  16. ^ "PHOSPHATE ROCK, usgs" (PDF).
  17. ^ Hochanadel, Dave (December 10, 2010). "Limited amount of total phosphorus actually feeds algae, study finds". Lake Scientist. Retrieved June 10, 2012. [B]ioavailable phosphorus – phosphorus that can be utilized by plants and bacteria – is only a fraction of the total, according to Michael Brett, a UW engineering professor ...
  18. ^ a b Schmittner KE, Giresse P (1999). "Micro-environmental controls on biomineralization: superficial processes of apatite and calcite precipitation in Quaternary soils, Roussillon, France". Sedimentology. 46 (3): 463–76. Bibcode:1999Sedim..46..463S. doi:10.1046/j.1365-3091.1999.00224.x. S2CID 140680495.
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외부 링크

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