磷酸盐

磷酸盐（phosphate，符号：PO3−
4），是磷酸的盐，在无机化学、生物化学及生物地质化学上是很重要的物质。

磷酸盐
Aromatic ball and stick model of phosphate Space-filling model of phosphate
系统名 Phosphate[1]
识别
CAS号	14265-44-2  Y
PubChem	1061
ChemSpider	1032
SMILES	[O-]P([O-])([O-])=O
Beilstein	3903772
Gmelin	1997
ChEBI	18367
MeSH	Phosphates
性质
化学式	PO3− 4
摩尔质量	94.9714 g·mol⁻¹
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

化学特性

磷酸氢根（HPO₄²⁻）分子的模型。中间橙色的是磷原子，红色的是氧原子，而白色的是氢原子。

在酸性溶液下磷酸官能团的结构式。在碱性的溶液下，该官能团会释放两个氢原子，并离化磷酸盐带有-2的形式电荷^[2]。

磷酸盐离子是一个多原子的离子，其实验式是PO₄³⁻，而分子量是94.97。它包含一个磷原子，并由四个氧原子所包围，形成一个正四面体。磷酸盐离子带有-3的形式电荷，且是磷酸氢盐离子（HPO₄²⁻）的共轭碱；磷酸氢盐离子则是磷酸二氢盐离子（H₂PO₄⁻）的共轭碱；而磷酸二氢盐离子又是磷酸（H₃PO₄）的共轭碱。它是一个超价分子（磷原子在其电子层有着10个电子）。如果磷酸盐作为一种有机磷化合物就被称为磷酸酯，其化学式为OP(OR)₃。

除了一些碱金属外，大部分磷酸盐，在标准状态下，都是不可溶于水的。

在稀释的水溶液中，磷酸盐以四种形式存在。在强碱环境下，磷酸盐离子（PO₄³⁻）会较多；而在弱碱的环境下，磷酸氢盐离子（HPO₄²⁻）则较多。在弱酸的环境下，磷酸二氢盐离子（H₂PO₄⁻）较为普遍；而在强酸的环境下，则水溶的磷酸（H₃PO₄）是主要存在的形式。更精确的就是以下三种平衡反应：

${\displaystyle H_{3}PO_{4}\rightleftharpoons H^{+}+H_{2}PO_{4}^{-}}$

${\displaystyle H_{2}PO_{4}^{-}\rightleftharpoons H^{+}+HPO_{4}^{2-}}$

${\displaystyle HPO_{4}^{2-}\rightleftharpoons H^{+}+PO_{4}^{3-}}$

在25℃的环境下有以各种不同的酸度系数（mol/L）：

${\displaystyle K_{a1}={\frac {[H^{+}][H_{2}PO_{4}^{-}]}{[H_{3}PO_{4}]}}\simeq 7.5\times 10^{-3}{\mbox{，}}}$

${\displaystyle K_{a2}={\frac {[H^{+}][HPO_{4}^{2-}]}{[H_{2}PO_{4}^{-}]}}\simeq 6.2\times 10^{-8}{\mbox{，}}}$

${\displaystyle K_{a3}={\frac {[H^{+}][PO_{4}^{3-}]}{[HPO_{4}^{2-}]}}\simeq 2.14\times 10^{-13}}$

若在强碱的pH值下（pH=13），可以发现：

${\displaystyle {\frac {[H_{2}PO_{4}^{-}]}{[H_{3}PO_{4}]}}\simeq 7.5\times 10^{10}{\mbox{ , }}{\frac {[HPO_{4}^{2-}]}{[H_{2}PO_{4}^{-}]}}\simeq 6.2\times 10^{5}{\mbox{ , }}{\frac {[PO_{4}^{3-}]}{[HPO_{4}^{2-}]}}\simeq 2.14}$

可见只有磷酸盐（PO₄³⁻）及磷酸氢盐（HPO₄²⁻）是主要的成分。

若在中和的pH值下（例如原生质，pH=7.0），可以发现：

${\displaystyle {\frac {[H_{2}PO_{4}^{-}]}{[H_{3}PO_{4}]}}\simeq 7.5\times 10^{4}{\mbox{ , }}{\frac {[HPO_{4}^{2-}]}{[H_{2}PO_{4}^{-}]}}\simeq 0.62{\mbox{ , }}{\frac {[PO_{4}^{3-}]}{[HPO_{4}^{2-}]}}\simeq 2.14\times 10^{-6}}$

所以只有磷酸二氢盐（H₂PO₄⁻）及磷酸氢盐（HPO₄²⁻）离子是主要成分（当中62%是H₂PO₄⁻，38%是HPO₄²⁻）。需要留意的是在细胞外体液（其pH约为7.4），这个比例会倒转（61%是HPO₄²⁻，39%是H₂PO₄⁻）。

若在强酸的pH值下（pH=1），可以发现：

${\displaystyle {\frac {[H_{2}PO_{4}^{-}]}{[H_{3}PO_{4}]}}\simeq 0.075{\mbox{ , }}{\frac {[HPO_{4}^{2-}]}{[H_{2}PO_{4}^{-}]}}\simeq 6.2\times 10^{-7}{\mbox{ , }}{\frac {[PO_{4}^{3-}]}{[HPO_{4}^{2-}]}}\simeq 2.14\times 10^{-12}}$

可见H₃PO₄，相较于H₂PO₄⁻是最多的。实际上HPO₄²⁻及PO₄³⁻会接近消失。

磷酸盐可以形成聚合离子的二磷酸盐（亦即焦磷酸盐，P₂O₇⁴⁻）、三磷酸盐（P₃O₁₀⁵⁻）等。多种的偏磷酸盐离子都有着一个实验式的PO₃⁻，且是在普遍在多种化合物。

磷酸盐矿产可以包含大量自然产生的铀。若吸收了这些土壤改良剂可以引致农作物含有铀成分。

生理特性

磷酸盐在人体与组织结构、代谢、调节有关，是重要生理生化物质。摄取过多磷酸盐且血中磷酸盐过高，则与心血管疾病、肾脏病有关^[3]。

磷酸盐常做为加工食品和速食的添加剂，也普遍存在于调味软饮料、某些奶制品中，以上食物吃多有碍健康。

出现

磷酸石样本

磷酸盐是元素磷自然产生的形态，在多种磷酸盐矿物中可以找到。元素的磷或是磷化物是很难发现的（只有极少量在陨石中可以找到）。在矿物学及地质学，磷酸盐是指含有磷酸盐离子的石或矿石。

在北美洲最大型的磷矿粉矿床位于美国的佛罗里达州中部、爱德荷州的索达斯普陵、北卡罗莱那州沿岸区域。而其次的是位于蒙大拿州、田纳西州、乔治亚州及南卡罗莱那州近查尔斯顿。瑙鲁这个细少的岛国就曾经是有着大量高质素的磷酸盐矿产，但现时已被大量挖掘。磷矿粉亦可以在纳弗沙岛、摩洛哥、突尼斯、以色列、多哥及约旦找到，这些地方亦有大量的磷酸盐矿业。

在生物中，磷是以溶液中游离的磷酸盐离子的形态出现，称为“无机磷酸盐”，这是要与其他在磷酸酯中的磷酸盐作出区别的。无机磷酸盐是会以P_i来表示，它可以是由焦磷酸盐（以PP_i来表示）水解而得：

${\displaystyle P_{2}O_{7}^{4-}+H_{2}O\rightarrow 2HPO_{4}^{2-}}$

但是，磷酸盐最普遍是以一磷酸腺苷（AMP）、二磷酸腺苷（ADP）、三磷酸腺苷（ATP）、脱氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）的形式出现，且可以经由水解ADP或ATP而被释放出来。对于其他的二磷或三磷核苷亦有相似的反应。在ADP及ATP，或其他二磷及三磷核苷中的磷酸酐键，包含着大量的能量，所以它们在生物中有着重要的地位。它们一般会被称为高能磷酸磷，就像在肌肉组织中的磷酸肌酸一样。一些如膦的化合物在有机化学上亦会被使用，但它却似乎没有自然的相应物。

由于磷酸盐对生物的重要性，所以在生态学上，它是高度被采集。因此，它在环境中往往是限量试剂，而它的可得性则决定生物成长的速度。将大量的磷酸盐加入缺乏磷酸盐的环境或微生物环境中，会对生态有着重大的影响。例如，某一种生物的暴涨会使其他生物死亡。另外耗氧的种群也会消亡（参见富营养化）。在污染的问题下，磷酸盐是总溶解固体量（一种主要的水质指标）的主要成分。

用途

每年平均海水表面的磷酸盐浓度^[4]

磷酸盐一般会用在清洁剂中作为软水剂，但是因为磷酸盐的排放会影响藻类的繁荣衰退，所以在某些地区磷酸盐清洁剂是受到管制的。

在农业上，磷酸盐是植物的三种主要养份之一，且是肥料的主要成分。磷矿粉是从沉积岩的磷层中开采。以前它在开采后不用加工便可使用，但现时未加工的磷酸盐只会用在有机耕种上。一般它都是会化学加工制成过磷酸石灰、重过磷酸钙或磷酸二氢铵，它们的浓度都较磷酸盐高，且较易溶于水，所以植物可以较快吸收。

肥料级数一般有三个数字：第一个是指氮的数量，第二个是指磷酸盐的数量（以P₂O₅作基准），而第三个是指碱水（以K₂O作基准）。所以一个10-10-10的肥料就每种成分各有10%，而其他的则是填充物。

从过度施肥的农地径流的磷酸盐会是富营养化、赤潮及其后缺氧的起因。这就像磷酸盐清洁剂一样会引起鱼类及其他水生生物的缺氧。

参见

• 有机磷化合物
• 膦（PR₃）
• 氧化膦（OPR₃）
• 亚磷酸盐（P(OR)₃）
• 次亚膦酸盐（OP(OR)R₂）
• 膦酸盐（OP(OR)₂R）

参考文献

1. Phosphates – PubChem Public Chemical Database. The PubChem Project. USA: National Center of Biotechnology Information. [2022-10-21]. （原始内容存档于2013-05-12）.
2. Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. Biology Seventh Edition. San Francisco, California: Benjamin Cummings. 2005: 65. ISBN 0-8053-7266-4. 引文使用过时参数coauthors (帮助) 引文格式1维护：冗余文本 (link)
3. Ritz, Eberhard; Hahn, Kai; Ketteler, Markus; Kuhlmann, Martin K.; Mann, Johannes. Phosphate additives in food--a health risk. Deutsches Ärzteblatt International. January 2012, 109 (4): 49–55. ISSN 1866-0452. PMC 3278747 . PMID 22334826. doi:10.3238/arztebl.2012.0049.
4. On-line Objective Analyses and Statistics (HTML/ASCII). World Ocean Atlas 2001. National Oceanographic Data Center, National Oceanographic and Atmospheric Administration. 2003年 [2006年12月6日]. （原始内容存档于2006年12月12日）.

延伸阅读

• Schmittner Karl-Erich; Giresse Pierre. Micro-environmental controls on biomineralization: superficial processes of apatite and calcite precipitation in Quaternary soils. Sedimentology (Roussillon, France). 1999, 46 (3): 463–476. 引文使用过时参数coauthors (帮助)