pKa1=2.12
pKa2=7.21
pKa3=12.67

WordNet

a salt of phosphoric acid (同)orthophosphate, inorganic_phosphate
carbonated drink with fruit syrup and a little phosphoric acid

PrepTutorEJDIC

〈U〉リン酸塩 / 《複数形で》リン酸肥料

Wikipedia preview

出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2014/01/24 23:51:10」(JST)

wiki ja

[Wiki ja表示]

リン酸

一般情報
IUPAC名	リン酸
別名	オルトリン酸
分子式	H₃PO₄
分子量	98.00 g/mol
形状	斜方晶系に属す不安定な結晶、またはシロップ状の無色の液体
CAS登録番号	[7664-38-2]
SMILES	OP(O)(O)=O
性質
密度と相	1.834 g/cm³, （固体）
融点	42.35 °C
沸点	213 °C（分解）
pK_a	2.12, 7.21, 12.67
出典	ICSC

リン酸（リンさん、燐酸、英: phosphoric acid）は、リンのオキソ酸の一種で、化学式 H₃PO₄の無機酸である。オルトリン酸（おるとりんさん、orthophosphoric acid）とも呼ばれる。リン酸骨格をもつ他の類似化合物群（ピロリン酸など）はリン酸類（リンさんるい、英: phosphoric acids）と呼ばれている。リン酸類に属する化合物を「リン酸」と略することがある。リン酸化物に水を反応させることで生成する。生化学の領域では、リン酸イオン溶液は無機リン酸（Pi)と呼ばれ、ATPやDNAあるいはRNAの官能基として結合しているものを指す。

1 概要
2 性質
- 2.1 水溶液中の電離平衡
- 2.2 縮合リン酸
3 利用
- 3.1 ハロゲン化水素の調製
- 3.2 皮膜処理
- 3.3 食品添加物
- 3.4 肥料
- 3.5 赤外線吸収剤
4 合成
5 リン酸イオン
6 リン酸塩
- 6.1 リン酸塩鉱物
7 健康関連
8 参考文献
9 関連項目
10 外部リンク

概要[編集]

純粋なリン酸は斜方晶系に属す不安定な結晶、またはシロップ状の無色の液体。融点 42.35℃。水・アルコール・エーテルに可溶。

生化学において最も重要な無機オキソ酸といっても過言ではなく、DNA、ATPを構成するため非常に重要。生化学反応では、低分子化合物の代謝においてリン酸が付加した化合物（リン酸エステルなど）が中間体として用いられることが多い。またタンパク質の機能調節（またそれによるシグナル伝達）においてもリン酸化は重要である。これらのリン酸化は多くの場合ATPを用い、特定のリン酸化酵素によって行われる。

このほか、肥料・洗剤の製造、エチレン製造の触媒、清涼剤（コーラの酸味料など）、歯科用セメント、金属表面処理剤、ゴム乳液の凝結剤、医薬、微生物による廃水浄化など用途は幅広い。

性質[編集]

純粋な無水リン酸は常圧で融点42.35℃の白色固体であり、融解後は無色透明な液体となる。液体無水リン酸は高い電気伝導性を示し、またかなり強い酸性媒体であり、ハメットの酸度関数ではH₀=−5を示す。

オルトリン酸という別名があるが、この別名が用いられる場合はポリリン酸類と区別するという意味で用いられる。オルトリン酸は無機物であり、3価のやや弱い酸である。極性の高い化合物であるため、水に溶けやすい。オルトリン酸を含むリン酸類のリン原子の酸化数は+5であり、酸素の酸化数は-2、水素の酸化数は+1である。

75～85%の純粋な水溶液は、無色透明で無臭、揮発性のない粘性液体である。この高い粘度はヒドロキシル基による水素結合によるものである。

一般的には85%（d=1.685 g/cm³）、モル濃度は14.6 mol/dm³、規定度は43.8 Nの水溶液として用いられることが多い。高濃度では腐食性を持つが、希薄溶液にすると腐食性は下がる。高濃度の溶液では温度によりオルトリン酸とポリリン酸の間で平衡が存在するが、表記の簡略化のため市販の濃リン酸は成分の全てがオルトリン酸であると表記されている。

水溶液中の電離平衡[編集]

3価の酸であるため、水と反応すると電離して3つの水素イオン(H⁺)を放出する。

H₃PO₄_(aq) + H₂O_(l) H₃O⁺_(aq) + H₂PO₄^–_(aq) K_a1= 7.5×10⁻³

H₂PO₄^–_(aq)+ H₂O_(l) H₃O⁺_(aq) + HPO₄^2–_(aq) K_a2= 6.2×10⁻⁸

HPO₄^2–_(aq)+ H₂O_(l) H₃O⁺_(aq) + PO₄^3–_(aq) K_a3= 2.14×10⁻¹³

1段階目の電離により発生するアニオンはH₂PO₄^–である。以下同様に2段階目の電離によりHPO₄^2–が、3段階目の電離によりPO₄^3–が発生する。25℃における平衡反応式と酸解離定数（K_a1, K_a2, and K_a3）の値は上に示す通りであり、pKaの値もそれぞれpK_a1=2.12、pK_a2=7.21、pK_a3=12.67（各25℃）となる。一段目はやや強く解離し0.1 mol/dm³の水溶液では電離度は約0.27であり、三段目の解離はきわめて弱く、中和滴定曲線でも第三当量点は現れない。

pK_aの値からも分かるように、オルトリン酸の共役塩基は幅広いpHに渡って存在することができる。この性質を利用し、リン酸塩としたものが緩衝溶液に用いられている。リン酸塩類は生物学の分野においても多々登場しており、特にDNAやRNA、アデノシン三リン酸などのリン酸化された糖がよく知られている。詳細については記事リン酸塩を参照のこと。

水酸化ナトリウム水溶液による中和滴定曲線

酸解離に関する標準エンタルピー変化、ギブス自由エネルギー変化、エントロピー変化の値が報告されており^[1]、解離に伴いエントロピーの減少がおこるのは、電荷の増加に伴いイオンの水和の程度が増加し、電縮が起こり水分子の水素結合による秩序化の度合いが増加するからである^[2]。


第一解離	−7.95 kJ/mol	12.26 kJ/mol	−67.8 J/mol K	−155 J/mol K
第二解離	4.15 kJ/mol	41.13 kJ/mol	−123.9 J/mol K	−226 J/mol K
第三解離	14.74 kJ/mol	70.45 kJ/mol	−188.7 J/mol K	−　 J/mol K

縮合リン酸[編集]

オルトリン酸を加熱すると脱水反応が起こる。150℃で無水物となり、200℃で2つのオルトリン酸が反応し徐々にピロリン酸(二リン酸、H₄P₂O₇)が生成する。さらに高次の縮合リン酸(H_n+2P_nO_3n+1)も生成し、300℃以上では1つのリン酸ユニットにつき1つの水分子が脱離してメタリン酸（ポリリン酸、示性式：(HPO₃)_n）が生成する^[3]。メタリン酸はオルトリン酸が脱水縮合した化合物とみなすことが可能である。

いずれも複数のPO₄四面体を酸素原子を架橋として連結した構造であり、ポリリン酸は一般的にPO₄四面体が環状に連結したシクロリン酸（しくろりんさん、cyclophosphoric acid）である。

このような加熱により生成するポリリン酸の混合物は、高温において金属などに対する作用も激しくなり、ガラスでさえ侵すようになり、強リン酸（きょうりんさん）と呼ばれることもある。

それ以上の脱水は非常に難しいが、脱水したら五酸化二リン（十酸化四リン）が生成する。五酸化二リンは水と激しく反応する固体であり、乾燥剤としても用いられる。

利用[編集]

ハロゲン化水素の調製[編集]

リン酸と無機ハロゲン化物を反応させると、対応するハロゲン化水素ガスが発生する。これは研究室レベルでハロゲン化水素を入手する簡単な方法である。

NaCl(s)+H₃PO₄(l) → NaH₂PO₄(s)+HCl(g)

NaBr(s)+H₃PO₄(l) → NaH₂PO₄(s)+HBr(g)

NaI (s)+H₃PO₄(l) → NaH₂PO₄(s)+HI (g)

皮膜処理[編集]

詳細は「リン酸塩皮膜処理」を参照

リン酸は錆びた鉄の表面に存在する酸化鉄を不溶性のリン酸塩へと変換し、皮膜を生成することができる。この廃液処理は環境に配慮する必要がある。

食品添加物[編集]

リン酸塩としたものが食品添加物として用いられている。リン酸塩が身体に与える影響について、様々な議論が交わされている。

肥料[編集]

リン酸は窒素、カリウムと伴に肥料の三大要素であり、量的には肥料としての消費量が圧倒的に多い。リン鉱石を硫酸で処理しリン酸を可溶性とした、過リン酸石灰が最も多く生産されているが、硫酸イオンを含まずリン酸の含量の多い重過リン酸石灰も普及している。

赤外線吸収剤[編集]

赤外線を吸収する性質を利用して赤外線吸収リン酸塩ガラス、赤外線吸収フィルム用樹脂、UVカット化粧品などに用いられている。また、この性質を利用して軍用では水和蒸気を煙幕として発生させる白リン弾や赤リン発煙弾がある。

合成[編集]

熱合成法

リン単体を燃焼させ五酸化二リンを生成させ、これを希薄なリン酸水溶液に溶解させることで純粋なリン酸が得られる。最も環境にやさしい合成法であるが、鉱山から採掘されたリン単体に含まれる不純物を取り除く必要がある。

3H₂SO₄(aq) + Ca₃(PO₄)₂(aq) + 6H₂O(l) ↔ 2H₃PO₄(aq) + 3CaSO₄(aq)+ 6H₂O(l)

湿式合成法

約35％の硫酸をリン鉱石（リン酸カルシウム）と反応させることで得られる。

3H₂SO₄(aq) + Ca₃(PO₄)₂(aq) + 6H₂O(l) ↔ 2H₃PO₄(aq) + 3CaSO₄(aq)+ 6H₂O(l)

10H₂SO₄(aq) + 3Ca₃(PO₄)₂・CaF₂ + 20H₂O(l) ↔ 6H₃PO₄(aq) + 10(CaSO₄・2H₂O)+ 2HF(g)

ろ過により精製可能であるが、フッ化水素酸などの不純物が混入することがあるため、熱合成法と比較すると純度が落ちる。

2008年度日本国内生産量は 152,976 t、消費量は 37,625 t である^[4]。

リン酸イオン[編集]

リン酸の第一段階電離により、リン酸二水素イオン（りんさんにすいそいおん、dihydrogenphosphate(1-), H₂PO₄⁻）、第二段階解離によりリン酸水素イオン（りんさんすいそいおん、hydrogenphosphate(2-), HPO₄²⁻）、第三段階解離によりリン酸イオン（りんさんいおん、phosphate, PO₄³⁻）を生成し、それぞれリン酸二水素塩、リン酸水素塩、リン酸塩の結晶中に存在する。

リン酸イオンは正四面体型構造であり、P−O結合距離はリン酸アルミニウム結晶中で152 pmである。

リン酸塩[編集]

詳細は「リン酸塩」を参照

リン酸塩（りんさんえん、phosphate）には正塩、および水素塩/酸性塩（リン酸水素塩、hydrogenphosphate / リン酸二水素塩、dihydrogenphosphate）が存在し、リン酸ナトリウム（Na₃PO₄）水溶液は塩基性（pH～12）、リン酸水素ナトリウム（Na₂HPO₄）水溶液は弱塩基性（pH～9.5）、リン酸二水素ナトリウム（NaH₂PO₄）水溶液は弱酸性（pH～4.5）を示す。

アルカリ金属塩、アンモニウム塩は水に可溶であるが、アルカリ土類金属塩をはじめとしてその他のものは極めて難溶性であることが多い。

リン酸塩鉱物[編集]

燐灰石

生物の作用によるもの、ペグマタイトなどに含まれるものなどがあり、希土類元素、ウラン、トリウムなどを含むものが多い。

カコクセナイト, Cacoxenite (AlFe₂₄O₆(OH)₁₂(PO₄)₁₇・75H₂O)
トルコ石, Turquoise (CuAl₆(PO₄）₄（OH）₈·4H₂O)
モナズ石, Monazite ((Ce,La,Nd,Th)PO₄)
燐灰ウラン石, Autunite (Ca(UO₂)₂(PO₄)₂・10-12H₂O)
燐灰石, Apatite (Ca₅(OH,F)(PO₄)₃)

健康関連[編集]

コーラなどの飲料・食品に酸味を与えるための廉価な添加物としてクエン酸などの代用に使われるが、これらによるリン酸の摂取と骨の密度の低下とが結びつけられている^[5]。逆にリンの摂取が少ないと骨密度が下がるという研究^[6]もあるがこの研究は腸内でのリン酸とマグネシウム、カルシウムの結合の影響は考慮せず体内に吸収されたリンの量での研究である。またリン酸を含む飲料が尿によるカルシウム排出量に影響しないという研究^[7]^[8]がある。リン自体は人体に必須のミネラルであり、厚生労働省が定めた摂取基準によれば18～49歳の成人の1日あたり目安量は男性1050 mg、女性900 mg、上限量は男女とも3500 mgとされている^[9]、しかしリン酸でなくても野菜、肉など生物に由来する食物に普通に含まれる元素である。

参考文献[編集]

[ヘルプ]

^ D.D. Wagman, W.H. Evans, V.B. Parker, R.H. Schumm, I. Halow, S.M. Bailey, K.L. Churney, R.I. Nuttal, K.L. Churney and R.I. Nuttal, The NBS tables of chemical thermodynamics properties, J. Phys. Chem. Ref. Data 11 Suppl. 2 (1982)
^ 田中元治　『基礎化学選書8　酸と塩基』　裳華房、1971年
^ phosphoric acid. The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001-05
^ 経済産業省生産動態統計・生産・出荷・在庫統計平成20年年計による
^ Katherine L Tucker, Kyoko Morita, Ning Qiao, Marian T Hannan, L Adrienne Cupples and Douglas P Kiel (2006). “Colas, but not other carbonated beverages, are associated with low bone mineral density in older women: The Framingham osteoporosis study”. Am. J Clin. Nut. 84 (4): 936–42. PMID 17023723.
^ Elmståhl S, Gullberg B et al. :Increased incidence of fractures in middle-aged and elderly men with low intakes of phosphorus and zinc" Osteoporos Int 8(4), 1998, pp333-40. PMID 10024903
^ Heaney RP, Rafferty K. "Carbonated beverages and urinary calcium excretion" American Journal of Clinical Nutrition 74(3), September 2001, pp343-347. PMID 11522558
^ Barger-Lux MJ, Heaney RP, Stegman MR. "Effects of moderate caffeine intake on the calcium economy of premenopausal women" American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 52:722–725
^ 日本人の食事摂取基準（2005年版）（厚生労働省）

外部リンク[編集]

International Chemical Safety Card 1008
National Pollutant Inventory - Phosphoric acid fact sheet
NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
Excel spreadsheet containing phosphoric acid titration curve, distribution diagram and buffer pH calculation
General Hydroponics Liquid pH Down MSDS fact sheet

この項目は、化学に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（プロジェクト:化学／Portal:化学）。

UpToDate Contents

全文を閲覧するには購読必要です。 To read the full text you will need to subscribe.

1. 低リン血症の評価および治療 evaluation and treatment of hypophosphatemia
2. 高リン血症の原因および治療の概要 overview of the causes and treatment of hyperphosphatemia
3. 慢性腎疾患における高リン血症の治療 treatment of hyperphosphatemia in chronic kidney disease
4. Chapter 6F：カルシウム・リンバランスにおけるホルモン調節 chapter 6f hormonal regulation of calcium and phosphate balance
5. 低リン血症の原因 causes of hypophosphatemia

Japanese Journal

真性粘菌変形体リン酸化ミオシン軽鎖脱リン酸化酵素の機能解析(平成23年度大学院理学研究科修士論文題目と要旨)

石井里佳
日本女子大学紀要. 理学部 20, 138, 2012-03-31
NAID 110009320949

P-92 プレス法用リン酸塩系埋没材と歯科用ジルコニアとの反応(セラミックス,一般講演(ポスター発表),第59回日本歯科理工学会学術講演会)

吉原健太郎,榊原亨,伴清治,河合達志,中村好徳,田中貴信
日本歯科理工学会誌 31(2), 192, 2012-03-25
Various processing techniques for dental zirconia have been developing. One of them, the press-on-technique is the method that soften veneering porcelain by heated furnace and press to the space facin …
NAID 110009358587

Related Pictures

★リンクテーブル★

リンク元	「アニオンギャップ」「オキソ酸」「リン酸カルシウム」「phosphate」「リン酸エステル」
拡張検索	「イノシトール-1-リン酸合成酵素」「リン酸輸送タンパク質」「ミオイノシトール-1-リン酸シンテターゼ」「リン酸化状態」「グルコース-6-リン酸トランスロカーゼ」
関連記事	「リン」「酸」

「アニオンギャップ」

　　[★]

英: anion gap, AG
同: 陰イオンギャップ
関: AG

定義

血液中の陽イオンと陰イオンの差

[Na⁺]－[HCO₃^-]－[Cl^-]

血液中の陽イオン

Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, pIが7.4よりも大きいタンパク質(αグロブリン、βグロブリン)

血液中の陰イオン

Cl^-, HCO₃^-, HPO₄^2-, SO₄^2-, 有機イオン、アルブミン

意義

[Na⁺]－[HCO₃^-]－[Cl^-] = 未測定陰イオン - 未測定陽イオン

未測定陽イオンの変動はほとんど無く、アニオンギャップは未測定陰イオン濃度の推定に用いられる
不揮発性酸(乳酸、リン酸、硫酸、ケト酸など)↑→未測定陰イオン↑→アニオンギャップ↑
アニオンギャップが開大していると言うことは、不揮発性酸(乳酸、リン酸、硫酸、ケト酸)が血中に増加していることを示す。

基準値

「[Na⁺]－[HCO₃^-]－[Cl^-]の場合」

基準値　：12 mEq/l

基準範囲：8-16 mEq/l　or 12±2 mEq/l or 12±4 mEq/l(LAB.643)

解釈

高値であれば代謝性アシドーシスかもしれない　　←　アニオンギャップ開大

高値

アニオンギャップの開大する　代謝性アシドーシス

代謝アシドーシスをきたしているとき、HCO₃^-によりH⁺を滴定するため、HCO₃^-が減少する。HCO₃^-の減少を、Cl^-ではない陰イオンが増加することで生体内の電気的中性を保つような病態ではアニオンギャップが開大する。
(病態の形成機序としては不揮発酸が増大した結果としてHCO₃^-が減少しているのだが)
(1)腎不全時のリン酸、硫酸の増加、(2)低酸素血症時の乳酸の増加[ 乳酸アシドーシス ]、(3)ケトン体増加[ 糖尿病性ケトアシドーシス ]

注意

アニオンギャップの開大しない代謝性アシドーシスもある

代謝アシドーシスをきたしているとき、HCO₃^-によりH⁺を滴定するため、HCO₃^-が減少する。このとき、陰イオンが代償的に増加していれば、アニオンギャップは正常となる。アニオンギャップの開大しない代謝アシドーシスではCl^-が増加している(Cl-の値に注意する)。
(不揮発性酸の過剰産生ではなく、代謝的にHCO₃^-の過剰喪失、H⁺の過剰産生、H+の排泄障害が考えられる)
消化管からのHCO₃^-喪失、尿細管アシドーシスによるH⁺排泄の障害、NH₄Cl負荷などの外因性H⁺摂取

低値

多発性骨髄腫、ブロム中毒、高ナトリウム血症
unmeasured anionの減少 or unmeasured cationの増加 (水・電解質と酸塩基平衡改訂第2版 p. 144)

unmeasured anionの減少：低アルブミン血症。Alb 1mg/dlの低下→AG約2.5-3.0mEqの低下。高AGをマスクしうるので注意。

「オキソ酸」

　　[★]

英: oxo acid、oxoacid

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%82%AD%E3%82%BD%E9%85%B8

。]] オキソ酸（オキソさん、Oxoacid）とは、ある原子にヒドロキシル基 (-OH) とオキソ基 (=O) が結合しており、且つそのヒドロキシル基が酸性プロトンを与える化合物のことを指す<ref>IUPAC Gold Book - oxoacids</ref>。ただし、無機化学命名法IUPAC1990年勧告のオキソ酸の定義では、先述した化合物の他にアクア酸(aqua acid)<ref>中心金属イオンに配位した水分子に酸性プロトンが存在する酸。例：ヘキサアクア鉄(III)イオン</ref>、ヒドロキソ酸(hydroxoacid)<ref>隣接するオキソ基が存在しないヒドロキシル基に酸性プロトンが存在する酸。例：オルトケイ酸 (H₄SiO₄)</ref>もオキソ酸に含まれることになる。無機化合物のオキソ酸の例としては硫酸や硝酸、リン酸などが挙げられる。有機化合物で最も重要なオキソ酸はカルボン酸である。酸性の強弱は化合物の種類によりさまざまなものがある。一般に、オキソ酸は多原子イオンと水素イオンを与える。

オキソ酸が脱水縮合することで、ポリオキソ酸が生成する。例えば、リン酸では二リン酸、三リン酸である。酸無水物も同様に、オキソ酸の脱水縮合生成物にあたる。遷移金属元素のオキソ酸は金属オキソ酸（ポリ酸）と呼ぶ。

ポーリングの規則

単核オキソ酸の酸性度の強さを推定する2つの経験則としてポーリングの規則（Pauling's rules）が知られている。

1, 中心元素 E のオキソ酸の化学式が EO_m(OH)_n で表されるときに、酸解離定数 K_a は次の関係式で表される。

<math>\mbox{p}K_a = -\log K_a \approx 8 - 5m </math>

2, n＞1の酸の逐次酸解離のpKa値はプロトン解離が1回起こる毎に5ずつ増加する。

ただし、この規則に従わないオキソ酸も存在する。例えば炭酸の推定値は3であるが実測値は6.4である。これは水溶液中に溶けている二酸化炭素が僅かしか炭酸にならないためである。このことを考慮に入れるとpKa値は規則通り約3.6となる。また、亜硫酸も規則に従わない。これは溶液中に亜硫酸分子は検出されず、さらにSO₂が複雑な平衡を持っているからである。

<math>\rm CO_2 + H_2O \ \overrightarrow\longleftarrow \ H_2CO_3</math>

<math>\rm SO_2 + H_2O \ \overrightarrow\longleftarrow \ H^+ + HSO_3^-</math>