Fosfato
Lo ione fosfato è un anione poliatomico avente formula PO43- in cui il fosforo ha numero di ossidazione + 5 ed è ibridato sp3.
Ha geometria tetraedrica e il fosforo è legato tramite doppio legame a un atomo di ossigeno e tramite legame semplice ai rimanenti tre e pertanto lo ione fosfato è stabilizzato per risonanza.
Poiché il fosfato è un sale derivante dall’acido fosforico vengono detti fosfati anche gli anioni idrogenofosfato HPO42- e diidrogenofosfato H2PO4–.
Il fosfato, sotto forma di PO43- e HPO42-, è un nutriente per le piante e per gli animali.
Fa parte del DNA e dell’RNA e delle molecole che forniscono energia come l’ATP sotto forma di fosfolipide nella membrana cellulare.
Tra i composti contenenti lo ione fosfato vi sono gli esteri fosforici aventi formula O=P(OR)3 in cui i tre atomi di ossigeno legati al fosforo tramite legame semplice sono legati a un gruppo R che può essere un alchile o un arile.
I fosfati o esteri fosforici hanno struttura generale O=P(OR)3. Non hanno legami diretti carbonio-fosforo, essendo esteri dell’acido fosforico.
Equilibrio acido-base
Lo ione fosfato è la base coniugata dell’idrogeno fosfato e in acqua idrolizza secondo l’equilibrio:
PO43- + H2O ⇄ HPO42- + OH–
regolato da una costante di equilibrio Kb3 = Kw/Ka3 = 10-14/4.8·10-13 = 0.021. Pertanto una soluzione contenente ioni fosfato dà idrolisi basica.
Solubilità
I fosfati sono in genere sali poco solubili ad eccezione del fosfato di sodio Na3PO4, di potassio K3PO4 e di ammonio (NH4)3PO4.
I fosfati meno solubili sono quelli di alluminio AlPO4, cadmio (II) Cd3(PO4)2, calcio Ca3(PO4)2, magnesio Mg3(PO4)2, cobalto (II) Co3(PO4)2, rame (II) Cu3(PO4)2, litio Li3PO4, nichel (II) Ni3(PO4)2, argento Ag3PO4 e di ferro (III) FePO4.
Tra i sali poco solubili del fosforo vi è la fluorapatite Ca5(PO4)3F e l’idrossiapatite Ca5(PO4)3OH principale costituente minerale del tessuto osseo che sono contenuti nelle rocce fosfatiche.
Tamponi biologici
Negli organismi pluricellulari il fluido all’interno della cellula e i fluidi che circondano le cellule hanno un pH caratteristico e praticamente costante che viene mantenuto da sistemi tampone biologici come il tampone fosfato che è costituito da H2PO4– che funge da donatore di ioni H+ e dallo ione idrogeno fosfato HPO42- che funge da accettore di ioni H+. Tra questi ioni si stabilisce l’equilibrio:
H2PO4–(aq) ⇌ H+(aq) + HPO42-(aq)
Se a tale sistema, per il principio di Le Chatelier, si aggiungono ioni H+ essi reagiscono con lo ione HPO42- e l’equilibrio si sposta verso sinistra mentre l’aggiunta di OH– fa spostare l’equilibrio a destra in quanto lo ione diidrogeno fosfato dà luogo alla formazione di idrogeno fosfato e acqua secondo la reazione:
H2PO4–(aq) + OH– (aq) ⇌ HPO42-(aq) + H2O(l)
Secondo l’equazione di Henderson-Hasselbalch il pH di una tale soluzione tampone è dato da:
pH = pKa + log [HPO42-]/[ H2PO4–]
La costante Ka2 dell’acido fosforico a cui si deve fare riferimento vale 6.23 ·10-8 quindi pKa = – log Ka = – log 6.23 ·10-8 = 7.21
Quando le concentrazioni di H2PO4– e HPO42- sono le stesse si ha che il loro rapporto vale 1 e poiché log 1 = 0 il pH coincide con il pKa.
Nei mammiferi il fluido cellulare ha un valore di pH che oscilla tra 6.9 e 7.4 e il tampone diidrogeno fosfato/ idrogeno fosfato è efficace nel mantenere il pH all’interno di questo range.
Usi
L’uso principale del fosfato è nel settore agricolo e le rocce fosfatiche sono di vitale importanza nell’industria dei fertilizzanti.
Il fosfato fornisce al terreno le sostanze nutritive vitali per le piante ed inoltre viene utilizzato nell’alimentazione animale e negli integratori.