Fosforečnan

Fosforečnan
Fosforečnan
Fosforečnan
Všeobecné vlastnosti
Sumárny vzorec	PO4^3-
Synonymá	ortofosforečnan
Fyzikálne vlastnosti
Molárna hmotnosť	94,973 g/mol
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI. Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok.
Chemický portál

Fosforečnan alebo fosfát je soľ kyseliny fosforečnej. Fosforečnanový anión má empirický vzorec PO₄^3−.

V roztoku dochádza v závislosti od pH k protonizácii fosforečnanového aniónu, takže sa môže vyskytovať ako

• fosforečnan PO₄^3−
• hydrogénfosforečnan HPO₄^2−
• dihydrogénfosforečnan H₂PO₄^−

• 
  H₃PO₄
  kyselina fosforečná
• 
  H₂PO₄^−
  dihydrogénfosforečnanový anión
• 
  HPO₄^2−
  hydrogénfosforečnanový anión
• 
  PO₄^3−
  fosforečnanový anión

Chemické vlastnosti

Fosforečnanový ión má fosforový atóm obklopený štyrmi atómami kyslíka v tetraédrickom usporiadaní. Fosforečnanový ión je konjugovanou bázou hydrogénfosforečnanového iónu HPO₄^2-, ktorý je zase konjugovanou bázou dihydrogénfosforečnanového iónu H₂PO₄^-, ktorý je konjugovanou bázou kyseliny ortofosforečnej, H₃PO₄.

Mnoho fosforečnanov je pri štandardnej teplote a tlaku rozpustných vo vode. Fosforečnany sodný, draselný, rubídny, cézny a amónny sú všetky rozpustné vo vode. Väčšina ostatných fosforečnanov je vo vode len málo rozpustná alebo úplne nerozpustná. Vo všeobecnosti sú hydrogénfosforečnan a dihydrogénfosforečnan o niečo lepšie rozpustné, než odpovedajúce fosforečnany.

Rovnováha v roztoku

Prítomná forma kyseliny fosforečnej vo vodnom roztoku sa mení podľa pH.

Vo vodnom roztoku existuje kyselina fosforečná a jej tri anióny v rovnováhe, ktorá je daná disociačnými konštantami:[1]

Rovnováha	Disociačná konštanta Ka[2]	pKa
H3PO4 ⇌ H2PO4^- + H^+	Ka1 = [ H^+ ] [ H2PO4^- ] / [ H3PO4 ] ≈ 7.5 × 10^−3	pKa1 = 2.14
H2PO4^- ⇌ HPO4^2- + H^+	Ka2 = [ H^+ ] [ HPO4^2- ] / [ H2PO4^- ] ≈ 6.2 × 10^−8	pKa2 = 7.20
HPO4^2- ⇌ PO4^3− + H^+	Ka3 = [ H^+ ] [ PO4^3− ] / [ HPO4^2- ] ≈ 2.14 × 10^−13	pKa3 = 12.37

Hodnoty sú udané pre 25 °C a iónovú silu I = 0.

pK_a hodnoty odpovedajú pH, pri ktorom je v roztoku koncentrácia zlúčeniny zhodná s jej konjugovanou bázou. Pri pH nižšom než 1 je kyselina fosforečná prakticky úplne nedisociovaná. Okolo pH 4,7 (v strede medzi prvými dvoma pK_a) je prakticky jedinou prítomnou formou v roztoku. Pri pH okolo 9,8 (v strede medzi druhými dvoma pK_a) je hlavnou formou HPO₄^2-. Pri pH nad 13 existuje kyselina fosforečná ako úplne disociovaný fosforečnanový anión, PO₄^3−.

Vďaka tomu je možné kryštalizovať soli hydrogénfosforečnanov a dihydrogénfosforečnanov nastavením pH, konkrétne pri 4,7 a 9,8.

Fosforečnanové anióny, H₂PO₄^-, HPO₄^2- a PO₄^3−, sa chovajú ako samostatné slabé kyseliny, pretože ich pK_a sa líši o viac ako 4.

Fosforečnany tvoria i polymérne ióny, napríklad pyrofosfát (P₂O₇)^4- alebo trifosfát (P₃O₁₀)5^-. Rôzne metafosfátové ióny (zvyčajne ako lineárne polyméry) majú empirický vzorec (PO₃)^- a sú prítomné v mnohých zlúčeninách.

Biochémia fosfátov

V biologických systémoch sa fosfor často nachádza vo forme voľných fosfátových iónov, kde sa zvyčajne nazýva anorganický fosfát, alebo viazaný na organické molekuly v podobe organofosfátov.

Anorganický fosfát sa v biochémii často zapisuje ako P_i a pri fyziologickom pH pozosáva hlavne z iónov HPO₄^2- a H₂PO₄^-. Pri neutrálnom pH, napríklad v cytozole (pH = 7), je pomer koncentrácií približne:

[ H₂PO₄^- ] / [ H₃PO₄ ] ≈ 7.5 × 10^4

[ HPO₄^2- ] / [ H₂PO₄^- ] ≈ 0.62

[ PO₄^3− ] / [ HPO₄^2- ] ≈ 2.14 × 10^−6

Na základe toho sú prítomné v cytozole vo významnom množstve len HPO₄^2- a H₂PO₄^- (38 % HPO₄^2- a 62 % H₂PO₄^-). V extracelulárnej tekutine (pH = 7,4) je tento pomer opačný (61 % HPO₄^2- a 39 % H₂PO₄^-).

Anorganický fosfát môže byť prítomný i v podobe pyrofosfátu, ktorý hydrolýzou dáva ortofosfát:

[P₂O₇]^4- + H₂O ⇌ 2 [HPO₄]^2-

Organické fosfáty sa častejšie nachádzajú v podobe esterov ako nukleotidy (napr. AMP, ADP a ATP) a v DNA a RNA. Voľný ortofosfátový anión sa uvoľňuje hydrolýzou fosfoanhydridovej väzby v ADP alebo ATP. Tieto fosforylačné a defosforylačné reakcie sú skladiskom a zdrojom chemickej energie pre mnoho metabolických procesov. ATP a ADP sa občas označujú ako vysokoenergetické fosfáty, podobne i fosfagény v svaloch. Podobné reakcie existujú i pre difosfáty a trifosfáty ostatných nukleozidov.

Kosti a zuby

Dôležitou úlohou fosfátu v biologických systémoch je ich použitie ako štruktúrny materiál v kostiach a zuboch. Tieto štruktúry sa skladajú z fosforečnanu vápenatého vo forme hydroxyapatitu. Tvrdá zubná sklovina cicavčích zubov je tvorená fluoroapatitom, fosforečnanom hydroxyvápenatým, kde sú niektoré hydroxylové skupiny nahradené fluoridovými aniónmi.

Referencie

1. CAMPBELL, Neil A.; Reece, Jane B.. Biology. Seventh. vyd. San Francisco, California : Benjamin Cummings, 2005. ISBN 0-8053-7171-0. S. 65.
2. Kipton J. Powell, Paul L. Brown, Robert H. Byrne, Tamás Gajda, Glenn Hefter, Staffan Sjöberg, Hans Wanner (2005): "Chemical speciation of environmentally significant heavy metals with inorganic ligands. Part 1: The Hg^2+, Cl^−, OH^−, CO₃^2−, SO₄^2−, and PO₄^3− aqueous systems". Pure and Applied Chemistry, volume 77, issue 4, pages 739–800. DOI:10.1351/pac200577040739

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Phosphate na anglickej Wikipédii.

Externé odkazy

• FILIT – zdroj, z ktorého pôvodne čerpal tento článok.