リンおよびリン酸塩

リンサイクルは、地球内のさまざまな形のリンの循環を表す生物地球化学的サイクルの一つです。リンはガス状では利用できないため、主に岩石圏に限定される。リンは主にリン酸塩として土壌、化石、動植物、水系に存在する。

リン

リンは周期表の15番目の元素で、記号はP。窒素と一緒に15族に属し、分子量は31 g mol-1。リンの電子配置は1s2 2s2 2p6 3s2 3p3。多価の原子で、+3、+5カチオンを形成することができます。リンはいくつかの同位体がありますが、P-31が一般的で、存在率は100％です。P-32とP-33の同位体は放射性で、純粋なベータ粒子を放出することができます。リンは非常に反応性が高いため、個々の原子の形では存在できない。自然界に存在するリンは、大きく分けて白リンと赤リンの2種類があります。白リンは、4つのリン原子が正四面体で配列している。白リンは、淡黄色の透明な固体です。反応性が高く、毒性も強い。赤リンは、白リンを加熱して得られるポリマーの形で存在する。白リン、赤リンのほかに、黒鉛に似た構造を持つ黒リンという種類もある。

リン酸塩

リン酸塩は、リンの一般的な無機形態で、自然環境中に存在します。土砂・岩石として存在し、必要なリンを得るために採掘される。リン原子が4個の酸素原子と結合して、a-3多原子アニオンを形成する。リンと酸素の間に単結合と二重結合があるため、リンの酸化状態はここで+5となる。四面体である。リン酸アニオンの構造を以下に示す。

PO43-

リン酸アニオンは異なるカチオンと結合して多くのイオン性化合物を形成することができる。水素原子が3つ付いているものをリン酸塩といいます。リンは体内に多く存在するミネラルで、特にリン酸塩が豊富です。例えば、リン酸基はDNA、RNA、ATP、リン脂質、骨などに含まれており、骨や血液中のリン酸が少なくなると、さまざまな病気の原因となる。リン酸塩を食事に取り入れることは重要です。リンは、乳製品、魚、肉、卵、穀物などからリン酸塩として体内に入ることができます。

また、リンは植物にとって必須の多量栄養素である。そのため、肥料にはリン酸塩が大量に含まれている。しかし、このリン酸塩が流されて水域に蓄積すると、水質汚濁の原因となる。このような状況を「富栄養化」といいます。この場合、水域に栄養分が多いと、植物プランクトンもリン酸塩などの栄養分を必要とするため、植物プランクトンが急激に増殖する。そうすると、水中の溶存酸素が植物プランクトンに大量に吸収され、他の生物は酸素を得られず死んでしまうのです。