En química, unfosfato es unanión, una sal, ungrupo funcional o unéster derivado delácido fosfórico. Tienen en común unátomo defósforo rodeado por cuatro átomos deoxígeno en formatetraédrica. También reciben el nombre deortofosfatos, por derivar de la forma más hidratada de los oxiácidos de fosforo(V), elácido ortofosfórico, H3PO4. La denominaciónfosfato también incluye a las sales procedentes de la neutralización parcial del ácido fosfórico; es decir los fosfatos monoácido (HPO42-) y los fosfato diácido (H2PO4-).[2]
Fosfato diácido;H 2PO− 4
Fosfato diácido;H 2PO− 4
Fosfato monoácido;HPO2− 4
Fosfato monoácido;HPO2− 4
Fosfato;PO3− 4
Fosfato;PO3− 4
Las sales que forman estos tres aniones reciben el nombre de primarias o monometálicas, secundarias o bimetálicas y terciarias o trimetálicas, respectivamente,[3] siempre con respecto al metal monovalente.
Los ortofosfatos son especialmente importantes entre los diversos fosfatos debido a sus funciones clave en labioquímica, labiogeoquímica y laecología, y a su importancia económica para laagricultura y laindustria.[4] La adición y eliminación de grupos fosfato (fosforilación ydesfosforilación) son pasos clave en el metabolismo celular. Los aniones fosfato tienen la propiedad de condensarse formando cadenas llamadaspolifosfatos y que constituyen una reserva energética celular de los seres vivos, ya que pueden liberarse y proporcionar la energía necesaria para llevar a cabo muchas reacciones bioquímicas que se producen en el interior de las células.[2]
El ion fosfato tiene una masa molar de 94,97 g/mol y está formado por un átomo central de fósforo rodeado de cuatro átomos de oxígeno en una disposición tetraédrica. Al tratarse el ácido ortofosfórico de un ácido triprótico, puede ser neutralizado por las bases de forma parcial o total, por lo que los fosfatos pueden ser de tres tipos; fosfatos monoácidos o hidrógeno fosfatos, HPO42-, fosfatos diácidos o dihidrógeno fosfatos, H2PO4- y fosfatos neutros o simplemente ortofosfatos. Al provenir de un ácido moderadamente débil en su primera ionización (pKa1 = 2,21), los fosfatos diácidos se comportan frente al agua como un ácido débil, por lo que la disolución de sus sales dan lugar a pH ácido (aprox. de 4). Por el contrario, los fosfatos monoácidos y los ortofosfatos, al ser el ácido fosfórico un ácido débil o muy débil en la segunda y tercera ionización (pKa2 = 7,21 y pKa3 = 12,66, respectivamente), las disoluciones de estos últimos presentan reacción básica porhidrólisis con el agua.
Los fosfatos de metales alcalinos, excepto el de litio y los de amonio son solubles en agua a temperatura y presión estándar. Entre los fosfatos de los metales alcalinotérreos, solo son solubles los fosfatos ácidos que tienen dos hidrógenos sin sustituir, los demás son insolubles o muy poco solubles. Es resto de los fosfatos metálicos, independientemente del grado de sustitución, son prácticamente insolubles, aunque sí lo son en ácidos inorgánicos fuertes no muy diluidos, con la excepción de los de circonio y titanio.[3] Por regla general, los fosfatos de hidrógeno y dihidrógeno son ligeramente más solubles que los fosfatos correspondientes.
El fosfato puede formar muchos iones poliméricos, como elpirofosfato, (P2O7)4−, y eltrifosfato, (P3O10)5−. Los diversos iones metafosfato (que suelen ser polímeros lineales largos) tienen una fórmula empírica de (PO3)−y se encuentran en muchos compuestos.
Rocas de fosfato junto a una moneda para comparar su tamaño.
Los ortofosfatos, PO43-,se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, sobre todo en forma deapatita y en depósitos defosforita, unaroca sedimentaria nodetrítica que contiene altas cantidades de minerales fosfatados diversos que pueden incluir tanto productos de alteración de diversos minerales fosfóricos como restos de animales o de excrementos de aves (guano).[5] En general, los aniones fosfato y diversos compuestos organofosforados forma parte de los organismos vivos, tanto a nivel estructural, como huesos y dientes, como a nivel celular, donde están involucrados en numerosa reacciones bioquímicas, constituyendo una reserva energética necesaria para llevar a cabo numerosas reacciones celulares. Es por ello que los fosfatos son constituyentes esenciales en todos los seres vivos.[2] En consecuencia, también son compuestos indispensables en la formulación de losabonos minerales, pues su ausencia limita el crecimiento de las plantas. Sin embargo, el fosfato mineral que se encuentra en la naturaleza, básicamentefosfato tricálcico, al ser muy poco soluble en agua es de difícil asimilación por las plantas. En consecuencia, en la formulación de fertilizantes, los fosfatos naturales obtenidos de los depósitos geológicos, son convertidos en otras formas de fosfato de mayor solubilidad, como el dihidrógeno fosfato de calcio, proceso en el que se utiliza ácidos minerales fuertes, como ácido sulfúrico:
La mezcla resultante recibe el nombre desuperfosfato de cal. Como elsulfato de calcio que le acompaña no tiene efectos fertilizantes, actuando como materia inerte, en los procesos modernos de producción de fertilizantes fosforados, el ácido sulfúrico se sustituye porácido fosfórico:
obteniéndose el fertilizante denominado superfosfato triple.
Los fosfatos forman una parte importante de la carga en lasaguas residuales. Pueden ser eliminados, en parte, por métodos fisicoquímicos precipitándolos concloruro férrico, FeCl3 o son retenidos en losfangos activos que se separan y luego pueden ser reconvertidos encompost para abonos orgánicos.
Estructura delgrupo fosfato.Fosfato inorgánico HPO42−; elementos: P (púrpura); O (rojo); H (blanco).
En sistemas biológicos, se encuentra fosfato como ion libre en solución, llamadofosfato inorgánico, en distinción del fosfato enlazado en varios ésteres de fosfato. El fosfato inorgánico generalmente se denotaPi y apH fisiológico (neutral) consiste principalmente en una mezcla de iones HPO42− y H2PO4−.
Sin embargo, los fosfatos se encuentran más comúnmente en formas de adenosín fosfato (AMP,ADP yATP) y pueden ser liberados por la hidrólisis del ATP o ADP. Existen reacciones similares para los otrosnucleótidos. Elenlace fosfoanhidrido del ADP y ATP u otros nucleótidos difosfatos o trifosfatos, contiene una gran cantidad de energía que les confiere su papel vital en todos los organismos vivos. Son llamadosfosfatos de alta energía, como el sistemafosfágeno del tejido muscular. Adicionalmente, a su uso de "moneda" energética, la adición o remoción de grupos fosfatos en proteínas es una estrategia esencial en la regulaciónmetabólica de todas las células.
El fosfato forma parte de losnucleótidos, losmonómeros en que se basa la composición delADN y demásácidos nucleicos. También hay fosfato en la composición de algunoslípidos formadores de membranas, como losfosfoglicéridos, donde su elevada constante de ionización contribuye a lacarga eléctrica de la «cabeza hidrófila».
Los fosfatos orgánicos son ésteres del ácido fosfórico, y por ello se caracterizan por ser moléculas más complejas que otros fosfatos. Se sintetizan convenientemente por reacción de O=PCl3 con los alcoholes correspondientes en presencia de una base. Muchos de estos ésteres sonneurotóxicos y guardan una estrecha relación con los gases nerviosos y algunos insecticidas. Sin embargo algunos se han empleado para ablandarplásticos como elPVC.
Los trifosfatos2-O3P-O-PO2--O-PO32- (sales delanhidruro formado por tres grupos de fosfato) se utilizan en los detergentes para ablandar el agua, ya que enmascaran elcalcio formando un complejo y evitan así su precipitación. Con el tiempohidrolizan para dar ortofosfatos que contribuyen a laeutrofización de las aguas superficiales. Por esto se intenta sustituir los trifosfatos porresinas orgánicas ozeolitas que igualmente atrapan el calcio y no tienen este efecto perjudicial.
