Phosphates -Phosphate
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Des noms | |||
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Nom IUPAC systématique
Phosphate |
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Identifiants | |||
Modèle 3D ( JSmol )
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3903772 | |||
ChEBI | |||
ChemSpider | |||
1997 | |||
Engrener | Phosphates | ||
CID PubChem
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UNII | |||
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Propriétés | |||
Bon de commande3− 4 |
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Masse molaire | 94,9714 g · mol -1 | ||
Acide conjugué | Monohydrogénophosphate | ||
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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En chimie , un phosphate est un anion , un sel , un groupe fonctionnel ou un ester dérivé d'un acide phosphorique . Cela signifie le plus souvent orthophosphate , un dérivé de l'acide orthophosphorique H
3Bon de commande
4.
L' ion phosphate ou orthophosphate [PO
4]3−
est dérivé de l'acide phosphorique par élimination de trois protons H+
. L'élimination d'un ou deux protons donne l' ion phosphate dihydrogène [H
2Bon de commande
4]−
et l' ion hydrogénophosphate [HPO
4]2−
respectivement. Ces noms sont également utilisés pour les sels de ces anions, tels que le dihydrogénophosphate d'ammonium et le phosphate trisodique .
En chimie organique , le phosphate ou orthophosphate est un organophosphate , un ester de l'acide orthophosphorique de la forme PO .
4RR′R″ où un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par des groupes organiques . Un exemple est le phosphate de triméthyle , (CH
3)
3Bon de commande
4. Le terme fait également référence au groupe fonctionnel trivalent OP(O-)
3dans de tels esters.
Les orthophosphates sont particulièrement importants parmi les différents phosphates en raison de leurs rôles clés dans la biochimie , la biogéochimie et l'écologie , et de leur importance économique pour l'agriculture et l'industrie. L'ajout et l'élimination des groupements phosphate ( phosphorylation et déphosphorylation ) sont des étapes clés du métabolisme cellulaire .
Les orthophosphates peuvent se condenser pour former des pyrophosphates .
Propriétés chimiques
L'ion phosphate a une masse molaire de 94,97 g/mol et consiste en un atome de phosphore central entouré de quatre atomes d' oxygène dans un arrangement tétraédrique . C'est la base conjuguée de l'ion hydrogénophosphate H (PO
4)2−
, qui à son tour est la base conjuguée de l'ion dihydrogénophosphate H
2(PO
4)−
, qui à son tour est la base conjuguée de l' acide orthophosphorique , H
3Bon de commande
4.
De nombreux phosphates sont solubles dans l'eau à température et pression normales . Les phosphates de sodium, de potassium, de rubidium , de césium et d'ammonium sont tous solubles dans l'eau. La plupart des autres phosphates ne sont que légèrement solubles ou sont insolubles dans l'eau. En règle générale, les hydrogéno et dihydrogénophosphates sont légèrement plus solubles que les phosphates correspondants.
Équilibres en solution
En solution aqueuse, l'acide orthophosphorique et ses trois anions dérivés coexistent selon les équilibres de dissociation et de recombinaison ci-dessous
Équilibre | Constante de dissociation K a | p K un |
---|---|---|
H 3 PO 4 ⇌ H 2Bon de commande− 4+ H+ |
K a 1 = [ H+ ] [ H 2Bon de commande− 4] / [ H 3Bon de commande 4] ≈ 7,5 × 10 −3 |
pKa1 = 2,14 _ |
H 2Bon de commande− 4⇌ HPO2− 4+ H+ |
K a 2 = [ H+ ] [ HPO2− 4] / [ H 2Bon de commande− 4] ≈ 6,2 × 10 −8 |
pKa2 = 7,20 _ |
HPO2− 4⇌ Bon de commande3− 4+ H+ |
K a 3 = [ H+ ] [ Bon de commande3− 4] / [ HPO2− 4] ≈ 2,14 × 10 −13 |
pKa3 = 12,37 _ |
Les valeurs sont à 25 °C et 0 force ionique.
Les valeurs de p Ka sont les valeurs de pH où la concentration de chaque espèce est égale à celle de ses bases conjuguées . A pH 1 ou moins, l'acide phosphorique est pratiquement non dissocié. Autour de pH 4,7 (à mi-chemin entre les deux premières valeurs de p K a ), l'ion dihydrogénophosphate, [H
2Bon de commande
4]−
, est pratiquement la seule espèce présente. Autour de pH 9,8 (à mi-chemin entre les deuxième et troisième valeurs de p K a ), l'ion monohydrogénophosphate, [HPO
4]2−
, est la seule espèce présente. À pH 13 ou plus, l'acide est complètement dissocié sous forme d'ion phosphate (PO
4)3−
.
Cela signifie que les sels des ions mono- et di-phosphate peuvent être sélectivement cristallisés à partir d'une solution aqueuse en réglant la valeur du pH sur 4,7 ou 9,8.
En effet, H
3Bon de commande
4, H
2(PO
4)−
et H(PO
4)2−
se comportent comme des acides faibles séparés car les p K a successifs diffèrent de plus de 4.
Le phosphate peut former de nombreux ions polymères tels que le pyrophosphate , (P
2O
sept)4−
, et triphosphate , (P
3O
dix)5−
. Les différents ions métaphosphate (qui sont généralement de longs polymères linéaires) ont une formule empirique de (PO
3)−
et se retrouvent dans de nombreux composés.
Biochimie des phosphates
Dans les systèmes biologiques , le phosphore peut se trouver sous forme d'anions phosphate libres en solution ( phosphate inorganique ) ou lié à des molécules organiques sous forme de divers organophosphates .
Le phosphate inorganique est généralement noté P i et à pH physiologique (homéostatique) consiste principalement en un mélange de [HPO
4]2−
et [H
2Bon de commande
4]−
ions. A pH neutre, comme dans le cytosol (pH = 7,0), les concentrations de l'acide orthophosphorique et de ses trois anions ont les rapports
- [ H
2Bon de commande−
4] / [ H
3Bon de commande
4] ≈ 7,5 × 10 4 - [ HPO2−
4] / [ H
2Bon de commande−
4] ≈ 0,62 - [ Bon de commande3−
4] / [ HPO2−
4] ≈ 2,14 × 10 −6
Ainsi, seul [H
2Bon de commande
4]−
et [HPO
4]2−
les ions sont présents en quantité significative dans le cytosol (62% [H
2Bon de commande
4]−
, 38 % [HPO
4]2−
). Dans le liquide extracellulaire (pH = 7,4), cette proportion est inversée (61 % [HPO
4]2−
, 39 % [H
2Bon de commande
4]−
).
Le phosphate inorganique peut également être présent sous forme d' anions pyrophosphate [P
2O
sept]4−
, qui peut donner de l'orthophosphate par hydrolyse :
-
[P
2O
sept]4−
+ H 2 O ⇌ 2 [HPO
4]2−
Les phosphates organiques se trouvent couramment sous la forme d'esters sous forme de nucléotides (p. ex. AMP , ADP et ATP ) et dans l'ADN et l'ARN . Les anions orthophosphate libres peuvent être libérés par l'hydrolyse des liaisons phosphoanhydride dans l'ATP ou l'ADP. Ces réactions de phosphorylation et de déphosphorylation sont le stockage immédiat et la source d'énergie pour de nombreux processus métaboliques . L' ATP et l'ADP sont souvent appelés phosphates à haute énergie , tout comme les phosphagènes dans les tissus musculaires. Des réactions similaires existent pour les autres nucléosides diphosphates et triphosphates .
Os et dents
Une occurrence importante des phosphates dans les systèmes biologiques est le matériau structurel des os et des dents. Ces structures sont constituées de phosphate de calcium cristallin sous forme d' hydroxyapatite . L'émail dur et dense des dents de mammifères peut contenir de la fluoroapatite , un hydroxyphosphate de calcium dans lequel certains des groupes hydroxyle ont été remplacés par des ions fluorure .
Utilisations pour la recherche médicale et biologique
Le type médicinal (sel) de phosphore est le phosphate. Certains phosphates, qui aident à guérir de nombreuses infections des voies urinaires, sont utilisés pour rendre l'urine plus acide. Pour éviter le développement de calculs calciques dans les voies urinaires, certains phosphates sont utilisés. Pour les patients qui ne parviennent pas à obtenir suffisamment de phosphore dans leur alimentation quotidienne, les phosphates sont utilisés comme compléments alimentaires, généralement en raison de certains troubles ou maladies. Les phosphates injectables ne peuvent être manipulés que par un fournisseur de soins de santé.
Métabolisme des plantes
Les plantes absorbent le phosphore par plusieurs voies : la voie mycorhizienne arbusculaire et la voie d'absorption directe.
Effets néfastes sur la santé
L'hyperphosphatémie , ou un taux sanguin élevé de phosphates, est associée à une mortalité élevée dans la population générale. L'hyperphosphatémie est généralement causée par les additifs alimentaires phosphatés , car les phosphates naturellement présents dans les aliments ne sont pas complètement absorbés par le tractus gastro-intestinal . Les phosphates induisent une calcification vasculaire et une concentration élevée de phosphates dans le sang s'est révélée être un prédicteur d' événements cardiovasculaires .
Les phosphates sont couramment utilisés comme additifs dans les aliments transformés industriellement et la restauration rapide . La restauration rapide et les aliments transformés prêts à consommer sont les principaux contributeurs à l'augmentation de la consommation de phosphate au sein de la population. Les additifs phosphates sont également couramment présents dans les boissons gazeuses aromatisées ainsi que dans certains produits laitiers .
Production
Occurrence géologique
Les phosphates sont la forme naturelle de l'élément phosphore , présent dans de nombreux minéraux phosphatés . En minéralogie et en géologie, le phosphate fait référence à une roche ou à un minerai contenant des ions phosphate. Les phosphates inorganiques sont extraits pour obtenir du phosphore destiné à l'agriculture et à l'industrie.
Le plus grand producteur et exportateur mondial de phosphates est le Maroc . En Amérique du Nord, les gisements les plus importants se trouvent dans la région de Bone Valley au centre de la Floride , dans la région de Soda Springs au sud -est de l'Idaho et sur la côte de la Caroline du Nord . Des gisements plus petits sont situés dans le Montana , le Tennessee , la Géorgie et la Caroline du Sud . La petite nation insulaire de Nauru et son voisin l'île de Banaba , qui possédaient autrefois d'énormes gisements de phosphate de la meilleure qualité, ont été exploités de manière excessive. Le phosphate naturel peut également être trouvé en Égypte, en Israël, en Palestine, au Sahara occidental, sur l'île de Navassa , en Tunisie, au Togo et en Jordanie, pays qui possèdent de grandes industries d'extraction de phosphate.
Les mines de phosphorite se trouvent principalement dans :
- Amérique du Nord :Caroline du Nord , en Idaho et au Tennessee États-Unis, en particulier en Floride, avec des gisements moindres en
- Afrique : Maroc , Algérie , Egypte , Niger , Sénégal , Togo , Tunisie .
- Moyen-Orient : Israël , Arabie saoudite , Jordanie , Syrie , Iran et Irak , dans la ville d' Akashat , près de la frontière jordanienne.
- Asie centrale : Kazakhstan
- Océanie : Australie , Makatea , Nauru et Banaba Island
En 2007, au rythme actuel de consommation, on estimait que l'approvisionnement en phosphore s'épuiserait en 345 ans. Cependant, certains scientifiques pensaient qu'un " pic de phosphore " se produirait dans 30 ans et Dana Cordell de l'Institute for Sustainable Futures a déclaré qu'aux "taux actuels, les réserves seront épuisées dans les 50 à 100 prochaines années". Les réserves désignent le montant supposé recouvrable aux prix courants du marché. En 2012, l' USGS a estimé les réserves mondiales à 71 milliards de tonnes, tandis que 0,19 milliard de tonnes ont été extraites dans le monde en 2011. Le phosphore comprend 0,1 % en masse de la roche moyenne (alors que, pour la perspective, sa concentration typique dans la végétation est de 0,03 % à 0,2 %) , et par conséquent il y a des quadrillions de tonnes de phosphore dans la croûte terrestre de 3 × 10 19 tonnes, bien qu'à une concentration principalement inférieure à celle des dépôts comptés comme réserves, qui sont inventoriés et moins chers à extraire. Si l'on suppose que les minéraux phosphatés dans la roche phosphatée sont principalement de l'hydroxyapatite et de la fluoroapatite, les minéraux phosphatés contiennent environ 18,5% de phosphore en poids. Si la roche phosphatée contient environ 20 % de ces minéraux, la roche phosphatée moyenne contient environ 3,7 % de phosphore en poids.
Certains gisements de roche phosphatée, tels que Mulberry en Floride, se distinguent par leur inclusion de quantités importantes d'isotopes radioactifs de l'uranium. Ceci est préoccupant car la radioactivité peut être libérée dans les eaux de surface suite à l'application de l' engrais phosphaté qui en résulte .
En décembre 2012, Cominco Resources a annoncé une ressource conforme JORC mise à jour de son projet Hinda au Congo-Brazzaville de 531 millions de tonnes, ce qui en fait le plus grand gisement de phosphate mesuré et indiqué au monde.
Exploitation minière
Les trois principaux pays producteurs de phosphate (Chine, Maroc et États-Unis) représentent environ 70 % de la production mondiale.
Pays | Production (millions de kg) |
Part de la production mondiale (%) |
Réserves (millions de kg) |
---|---|---|---|
Algérie | 1 300 | 0,54 | 2 200 000 |
Australie | 2 700 | 1.17 | 1 100 000 |
Brésil | 4 700 | 3,00 | 1 600 000 |
Chine | 95 000 | 44,83 | 3 200 000 |
Egypte | 5 000 | 2.47 | 2 800 000 |
Finlande | 995 | - | 1 000 000 |
Inde | 1 480 | 0,49 | 46 000 |
Irak | 200 | 0,09 | 430 000 |
Israël | 2 810 | 1.48 | 57 000 |
Jordan | 9 220 | 3.36 | 800 000 |
Kazakhstan | 1 500 | 0,72 | 260 000 |
Mexique | 558 | 0,76 | 30 000 |
Maroc et Sahara Occidental | 35 500 | 13h45 | 50 000 000 |
Pérou | 4 000 | 1,79 | 210 000 |
Russie | 13 100 | 5,60 | 600 000 |
Arabie Saoudite | 6 500 | 1.48 | 1 400 000 |
Sénégal | 3 420 | 0,45 | 50 000 |
Afrique du Sud | 2 100 | 0,99 | 1 400 000 |
Syrie | 2 000 | 0,34 | 1 800 000 |
Aller | 800 | 0,45 | 30 000 |
Tunisie | 4 110 | 1,79 | 100 000 |
Ouzbékistan | 900 | - | 100 000 |
États-Unis | 23 300 | 12h37 | 1 000 000 |
Viêt Nam | 4 650 | 1.21 | 30 000 |
Autres pays | 1 140 | 1.17 | 840 000 |
Total | 227 000 | 100 | 71 000 000 |
Écologie
Sur le plan écologique, en raison de son rôle important dans les systèmes biologiques, le phosphate est une ressource très recherchée. Une fois utilisé, il s'agit souvent d'un nutriment limitant dans les environnements et sa disponibilité peut régir le taux de croissance des organismes. Cela est généralement vrai des environnements d' eau douce , alors que l'azote est plus souvent le nutriment limitant dans les environnements marins (eau de mer). L'ajout de niveaux élevés de phosphate dans des environnements et des micro-environnements dans lesquels il est généralement rare peut avoir des conséquences écologiques importantes. Par exemple, des efflorescences dans les populations de certains organismes au détriment d'autres, et l'effondrement de populations privées de ressources telles que l'oxygène (voir eutrophisation ) peuvent se produire. Dans le contexte de la pollution, les phosphates sont un composant des solides dissous totaux , un indicateur majeur de la qualité de l'eau, mais tout le phosphore n'est pas sous une forme moléculaire que les algues peuvent décomposer et consommer.
L'hydroxyapatite de calcium et les précipités de calcite peuvent être trouvés autour des bactéries dans la couche arable alluviale . Comme les minéraux argileux favorisent la biominéralisation, la présence de bactéries et de minéraux argileux a entraîné des précipités d'hydroxyapatite de calcium et de calcite.
Les gisements de phosphate peuvent contenir des quantités importantes de métaux lourds d'origine naturelle. Les opérations minières traitant la roche phosphatée peuvent laisser des tas de résidus contenant des niveaux élevés de cadmium , de plomb , de nickel , de cuivre , de chrome et d'uranium . À moins d'être soigneusement gérés, ces déchets peuvent lixivier des métaux lourds dans les eaux souterraines ou les estuaires voisins. L'absorption de ces substances par les plantes et la vie marine peut entraîner une concentration de métaux lourds toxiques dans les produits alimentaires.
Voir également
-
Pyrophosphate – (P
2O
sept)4−
-
Polyphosphate – (HPO
3)
n -
Métaphosphate – (POn
3) - Engrais
-
Hypophosphite - H
2(PO
2)−
- Composés organophosphorés
- Phosphate – OP(OR) 3 , comme le phosphate de triphényle
- Revêtement de conversion au phosphate
- Phosphate soda , une boisson de fontaine à soda
- Phosphinate – OP(OR)R 2
- Phosphine – PR 3
- Oxyde de phosphine – OPR 3
- Phosphinite – P(OR)R 2
- Phosphite – P(OR) 3
- Phosphogypse
- Phosphonate – OP(OR) 2 R
- Phosphonite – P(OR) 2 R
- Phosphorylation
- Phosphate diammonique - (NH 4 ) 2 HPO 4
- Phosphate disodique – Na 2 HPO 4
- Phosphate monosodique – NaH 2 PO 4
- Tripolyphosphate de sodium – Na 5 P 3 O 10
- Bassin Ouled Abdoun
Références
Liens externes
- US Minerals Databrowser fournit des graphiques de données couvrant la consommation, la production, les importations, les exportations et le prix du phosphate et de 86 autres minéraux
- Phosphate : monographie de l'analyte – The Association for Clinical Biochemistry and Laboratory Medicine