リン酸塩

水溶液中では、オルトリン酸とその3つの派生陰イオンは、以下の解離および再結合平衡に従って共存する^{[ 6 ]。}

値は25  ℃、イオン強度0の条件下での値です。

p Ka_値は、各化学種の濃度がその共役塩基の濃度と等しくなるpH値です。 pH 1 以下では、リン酸は実質的に解離しません。 pH 4.7 付近 (最初の 2 つの p Ka_値の中間) では、リン酸二水素イオンH ₂ PO − 4が実質的に唯一の化学種となります。 pH 9.8 付近 (2 番目と 3 番目の p Ka_値の中間) では、リン酸一水素イオンHPO 2− 4が唯一の化学種となります。 pH 13 以上では、酸はリン酸イオンPO 3− 4として完全に解離します。

これは、pH値を4.7または9.8に設定することにより、一リン酸イオンおよび二リン酸イオンの塩を水溶液から選択的に結晶化できることを意味する。

実際、H ₃ PO ₄、H ₂ PO − 4およびHPO 2− 4は、連続する p Ka_が4 以上異なるため、別々の弱酸として振る舞います。

リン酸は、ピロリン酸（P ₂ O 4− 7）や三リン酸（ P ₃ O 5− 10）などの多くのポリマーイオンを形成することができます。さまざまなメタリン酸イオン（通常は長い線状ポリマー）は、PO − 3という実験式を持ち、多くの化合物に見られます。

生物系では、リンは溶液中の遊離リン酸アニオン（無機リン酸）として、または様々な有機リン酸として有機分子に結合した形で存在する。^{[ 8 ]}

無機リン酸は一般にP _iと表記され、生理的 (恒常性) pHでは主にHPO 2− 4イオンとH ₂ PO − 4イオンの混合物から構成されます。細胞質(pH = 7.0)のような中性 pH では、オルトリン酸とその 3 つの陰イオンの濃度の比率は次のようになります。 $${\displaystyle {\begin{aligned}{\frac {[{\ce {H2PO4-}}]}{[{\ce {H3PO4}}]}}&\approx 7.5\times 10^{4}\\[4pt]{\frac {[{\ce {HPO4^2-}}]}{[{\ce {H2PO4-}}]}}&\approx 0.62\\[4pt]{\frac {[{\ce {PO4^3-}}]}{[{\ce {HPO4^2-}}]}}&\approx 2.14\times 10^{-6}\end{aligned}}}$$

したがって、細胞質にはH₂PO₄⁻イオンとHPO₄²⁻イオンのみが有意_な量で存在します（H₂PO₄⁻イオン62% 、_HPO₄²⁻イオン38 %）。細胞外液（pH=7.4）では、この比率は逆転します（ H₂PO₄⁻_イオン61 % 、HPO₄²⁻イオン39 % ）。

無機リン酸塩はピロリン酸アニオンP ₂ O 4− 7としても存在し、加水分解によりオルトリン酸を生成する。

P ₂ O 4− 7 + H ₂ O ⇌ 2 HPO 2− 4

有機リン酸は、ヌクレオチド（AMP、ADP、ATPなど）やDNA、RNAなどのエステルとして一般的に存在します。遊離オルトリン酸アニオンは、 ATPまたはADP中のリン酸無水結合の加水分解によって放出されます。これらのリン酸化および脱リン酸化反応は、多くの代謝プロセスにおけるエネルギーの即時貯蔵源および供給源となります。ATPとADPは、筋肉組織中のリン酸基と同様に、高エネルギーリン酸と呼ばれることがよくあります。他のヌクレオシド二リン酸および三リン酸についても同様の反応が存在します。

生物系におけるリン酸塩の重要な存在例として、骨や歯の構造材料が挙げられます。これらの構造は、ヒドロキシアパタイトの形で存在する結晶性リン酸カルシウムからできています。哺乳類の歯の硬く緻密なエナメル質には、フルオロアパタイトが含まれている場合があります。フルオロアパタイトは、ヒドロキシリン酸カルシウムの一種で、一部のヒドロキシル基がフッ化物イオンに置換されたものです。

リン酸塩はリンの薬用塩です。多くの尿路感染症の治療に役立つリン酸塩の中には、尿をより酸性にするために使用されるものもあります。尿路にカルシウム結石ができるのを防ぐために、リン酸塩が使用されることもあります。 ^{[ 9 ]}日常の食事で十分なリンを摂取できない患者には、通常、特定の障害や疾患のために、リン酸塩が栄養補助食品として使用されます。^{[ 9 ]}注射用リン酸塩は、資格のある医療従事者のみが取り扱うことができます。^{[ 9 ]}

リン酸塩は、多くのリン酸塩鉱物に含まれる元素リンの天然形態です。鉱物学および地質学では、リン酸塩とはリン酸イオンを含む岩石または鉱石を指します。無機リン酸塩は、農業および工業で使用するリンを得るために採掘されます。 ^{[ 2 ]}

リン酸塩の世界最大の生産国および輸出国は中国であり、モロッコは既知の埋蔵量で最大規模を誇っている。^{[ 12 ]}北米では、最大の鉱床はフロリダ州中央部のボーンバレー地域、アイダホ州南東部のソーダスプリングス地域、ノースカロライナ州の海岸にある。小規模な鉱床はモンタナ州、テネシー州、ジョージア州、サウスカロライナ州にある。かつて最高品質の大規模なリン酸塩鉱床があった小さな島国ナウルとその隣のバナバ島は、過剰に採掘されている。リン鉱石は、大規模なリン酸塩採掘産業を持つエジプト、イスラエル、パレスチナ、西サハラ、ナバッサ島、チュニジア、トーゴ、ヨルダンでも見つかる。

リン鉱石鉱山は主に以下の地域に存在します。

• 北アメリカ：アメリカ合衆国、特にフロリダ州に多く、ノースカロライナ州、アイダホ州、テネシー州にも少量の鉱床が存在する。
• アフリカ：モロッコ、アルジェリア、エジプト、ニジェール、セネガル、トーゴ、チュニジア、モーリタニア
• 中東：サウジアラビア、ヨルダン、イスラエル、シリア、イラン、イラク。ヨルダン国境近くのアカシャットの町。
• 中央アジア：カザフスタン
• オセアニア:オーストラリア、マカテア、ナウル、バナバ島

2007年、現在の消費ペースでは、リンの供給は345年で枯渇すると推定された。^{[ 13 ]}しかし、一部の科学者は「リンのピーク」が30年後に訪れると考えており、持続可能な未来研究所のダナ・コーデル氏は、「現在のペースでは、埋蔵量は今後50年から100年で枯渇するだろう」と述べている。^{[ 14 ]}埋蔵量とは、現在の市場価格で回収可能と想定される量のことである。 2012年にUSGSは世界の埋蔵量を710億トンと推定したが、2011年には世界中で1億9000万トンが採掘された。^{[ 15 ]} リンは平均的な岩石の質量の0.1%を占める^{[ 16 ]}（参考までに、植物中の典型的な濃度は0.03%から0.2%である）、^{[ 17 ]その結果、地球の3× 10¹⁹}トンの地殻には数千兆トンのリンが存在する^{[ 18 ]}が、埋蔵量としてカウントされる鉱床よりも濃度は低い。埋蔵量は目録化されており、採掘コストも安い。リン鉱石中のリン酸塩鉱物が主にヒドロキシアパタイトとフルオロアパタイトであると仮定すると、リン酸塩鉱物には重量比で約18.5%のリンが含まれている。リン鉱石にこれらの鉱物が約20％含まれているとすると、平均的なリン鉱石のリン含有量は重量比で約3.7％となる。

フロリダ州のマルベリーなど一部のリン鉱石鉱床^{[ 19 ]}は、放射性ウラン同位体を相当量含んでいることで注目されています。これは、結果として得られるリン酸肥料の使用により放射能が地表水に放出される可能性があるため、懸念事項です^{[ 20 ]}。

2012年12月、コミンコ・リソーシズは、コンゴ共和国ブラザビルにあるヒンダ・プロジェクトのJORC準拠資源量を更新し、5億3100万トンと発表しました。これは世界最大の測定済みおよび推定リン鉱床です。^{[ 21 ]}

2018年頃、ノルウェーは地球上の他の地域を合わせた量にほぼ匹敵するリン鉱床を発見した。^{[ 22 ] [ 23 ]}

2022年7月、中国はリン酸塩輸出割当を発表した。^{[ 24 ]}

リン酸塩の輸入量が百万トン単位で最も多いのはブラジル（3.2）、インド（2.9）、米国（1.6）である。^{[ 25 ]}

主要なリン酸塩生産国である中国、モロッコ、米国の3カ国が、世界の生産量の約70％を占めている。

リンは核酸、リン脂質、ATPなどの重要な分子の一部であるため、リンの豊富さは植物の成長を調節する役割を果たします。^{[ 31 ]}オルトリン酸は植物が最も利用しやすいリンの種類ですが、土壌中のオルトリン酸濃度は通常低いです。^{[ 31 ]}植物は、アーバスキュラー菌根経路と直接吸収経路の2つの経路でリンを吸収します。^{[ 32 ]}直接吸収経路では、植物は根毛を通してリン酸を吸収しますが、リン酸は植物が吸収するほど速く再生されないため、根圏のリン酸濃度が低下する可能性があります。 ^{[ 32 ]}ほとんどの植物は、菌類がより広い範囲からリン酸を収集できるため、アーバスキュラー菌根経路を通してリン酸を吸収します。^{[ 32 ]}

植物はリン酸を根から中心柱、次に木部へと移動させ、その後、必要な場所に輸送できるシュートへと移動させます。 ^{[ 33 ] [ 34 ]}細胞リン酸の最大80%は液胞に蓄えられ、植物はそこでリン酸を利用して重要な機能に必要なリンの供給を維持します。^{[ 33 ] [ 34 ]}葉や植物の他の部分が枯れ始めると、リン酸は枯れかけた部分から若い葉や種子へと移動します。^{[ 34 ]}

沖積表土中の細菌の周囲には、ヒドロキシアパタイトカルシウムと方解石の沈殿物が見られる。^{[ 35 ]}粘土鉱物は生体鉱化作用を促進するため、細菌と粘土鉱物の存在により、ヒドロキシアパタイトカルシウムと方解石の沈殿物が生じた。^{[ 35 ]}

リン酸塩は、主に鉄およびアルミニウム（オキシ水酸化物）などの土壌鉱物表面に吸着することが多い。 ^{[ 36 ]}ゲータイトは、これらの結合に特に一般的で重要な鉄の形態である。^{[ 36 ]}高pHは、これらの鉱物の吸着能力を低下させる可能性がある。^{[ 36 ] [ 37 ]}リン酸塩は、カオリナイト、モンモリロナイト、イライトなどの粘土鉱物の端にも吸着する可能性がある。^{[ 37 ]}土壌有機物は、吸着部位をめぐってリン酸塩と競合するため、有機物含有量の多い土壌は、リン酸塩を吸着する能力が低下する。^{[ 37 ]}

リン酸塩は多くの肥料の主成分です。農地に施用された後、雨によって余分なリン酸塩が近くの水域に流れ込む可能性があります。^{[ 3 ]}リン酸肥料の需要は増加しており、水域への影響も増大していると考えられます。^{[ 4 ]}環境へのリン酸塩のその他の発生源には、洗剤、下水、家庭での肥料の使用などがあります。^{[ 38 ]}一部の国では、洗剤によるリン酸塩汚染を減らすために、洗剤中のリン酸塩を規制する法律を制定しています（洗剤中のリン酸塩を参照）。^{[ 39 ]}

環境中に高濃度のリン酸塩が加わると、植物の過剰な成長など、重大な生態学的影響が生じる可能性があります。^{[ 4 ]}淡水では、藻類の大量発生により、バクテリアが死んだ藻類を餌とするため、酸素が枯渇することがあります（富栄養化を参照）。^{[ 40 ]}汚染の文脈では、リン酸塩は水質の主要指標である全溶解固形物の構成成分の1つですが、すべてのリンが藻類が分解して消費できる分子形態であるとは限りません。^{[ 41 ]}