化学製品豆知識

第二章 縮合リン酸塩

無機リン酸塩には、オルトリン酸(一般的にリン酸)と縮合リン酸、低級リン酸に大別される。今回は、縮合リン酸塩を中心に説明する。
縮合リン酸塩とは、オルトリン酸(H3PO4)を加熱することにより脱水反応が起こり、無機高分子となった物の総称である。
たとえば

ナトリウム塩

2Na2HPO4 → Na4P2O7(ピロリン酸四ナトリウム) + H2O  (190℃付近)
2NaH2PO4 → Na2H2P2O7(ピロリン酸二水素二ナトリウム) + H2O (190℃付近)
Na2H2P2O7 → NaPO3(メタリン酸ナトリウム)  (260℃以上)

カルシウム塩

Ca(H2PO4)2 → γ-Ca(PO3)2(メタリン酸カルシウム:350℃) →
β-Ca(PO3)2(600℃) → α-Ca(PO3)2 (970℃)
CaHPO4 → γ-CaP2O7(ピロリン酸カルシウム:320〜340℃) →
β-CaP2O7 (700〜750℃) → α-CaP2O7 (1140℃)

など加熱温度により生成される物質が異なる。
図2.重合リン酸塩の金属イオン封鎖 これら縮合リン酸塩には、ポリリン酸塩、メタリン酸塩とウルトラリン酸があり、金属とリンの原子比率Me2O/P2O5(以降Rと表記:Meは一価の金属として計算)によって分類される。ポリリン酸塩は2>=R>1、メタリン酸塩はR=1、ウルトラリン酸塩はR<1の範囲とされている。
これらは構造的な違いがあり、ポリリン酸はPO4四面体がP-O-Pで鎖状に連結、メタリン酸はPO4四面体がP-O-Pで環状に連結され、ウルトラリン酸は網目状に連結された無機高分子である。(「ヘキサメタリン酸ナトリウム」は一般名称であり、ここで言う環状構造では無く、鎖状構造の高分子量体が多く含まれている)
これらは、水溶液中で共存する金属イオン、特に二価以上の陽イオンと可溶性錯イオンを形成してその金属イオンの特徴を失わせる。図2.に縮合リン酸塩と金属キレート能力を示す。そのため、工業的には水処理剤としてスケール防止(原因物質はCaイオンやFeイオンなど)、食品関連でも金属イオンによる保存や味覚への悪影響を防止するために使用される。これらは、使用する環境(特にpH)やその他の効果作用により各種縮合リン酸塩を選択されている。