磷酸盐

这是磷酸氢根（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。

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。

化学特性

File:Phosphate Group.PNG

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。

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：

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

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

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

在25℃的环境下有以各种不同的酸度系数（mol/L）：

$K_{a1}=\frac{[H^+][H_2PO_4^-]}{[H_3PO_4]}\simeq 7.5\times10^{-3} \mbox{,} K_{a2}=\frac{[H^+][HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^-]}\simeq 6.2\times10^{-8} \mbox{,} K_{a3}=\frac{[H^+][PO_4^{3-}]}{[HPO_4^{2-}]}\simeq 2.14\times10^{-13}$

若在强碱的pH值下（pH=13），可以发现：

$\frac{[H_2PO_4^-]}{[H_3PO_4]}\simeq 7.5\times10^{10} \mbox{ , }\frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^-]}\simeq 6.2\times10^5 \mbox{ , } \frac{[PO_4^{3-}]}{[HPO_4^{2-}]}\simeq 2.14$

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：

$\frac{[H_2PO_4^-]}{[H_3PO_4]}\simeq 7.5\times10^4 \mbox{ , }\frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^-]}\simeq 0.62 \mbox{ , } \frac{[PO_4^{3-}]}{[HPO_4^{2-}]}\simeq 2.14\times10^{-6}$

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：

$\frac{[H_2PO_4^-]}{[H_3PO_4]}\simeq 0.075 \mbox{ , }\frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^-]}\simeq 6.2\times10^{-7} \mbox{ , } \frac{[PO_4^{3-}]}{[HPO_4^{2-}]}\simeq 2.14\times10^{-12}$

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。

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、佐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：

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

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

磷酸盐一般会用在清洁剂中作为软水剂，但是因为藻类的繁荣衰退周期会影响磷酸盐在分水岭的排放，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）

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.