ACID FOSFORIC (H3PO4): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Acidul fosforic este un oxoacid de fosfor având formula chimică H ₃ PO ₄ . Este format dintr-un acid mineral în care trei protoni acidi sunt legați de anionul fosfat (PO ₄ ^3– ). Deși nu este considerat un acid puternic, utilizarea sa necorespunzătoare poate prezenta un risc pentru sănătate.

Poate fi găsit în două stări: ca un solid sub formă de cristale ortorombe groase sau un lichid cristalin cu aspect de sirop. Prezentarea sa cea mai comuna comercial are o concentrație de 85% g / g și o densitate de 1.685 g / cm ³ . Această densitate provine de la mâna de concentrare.

Imaginea de mai sus arată o singură moleculă de acid fosforic. De Leyo, de la Wikimedia Commons

Cele trei grupe OH sunt responsabile pentru donarea de hidrogeni acide. Datorită prezenței acestora în structura sa, acesta poate reacționa cu diferiți hidroxizi, originând diferite săruri.

În cazul hidroxidului de sodiu, se poate forma trei: fosfat monobazic de sodiu (NaH ₂ PO ₄ ), fosfat dibazic de sodiu (Na ₂ HPO ₄ ) și fosfat de sodiu tribazic (Na ₃ PO ₄ ).

Cu toate acestea, în funcție de ce bază este utilizată pentru neutralizarea sa sau de ce cationi sunt foarte apropiați de ea, poate forma alte săruri fosfatate. Printre aceștia se numără: fosfat de calciu (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), fosfat de litiu (Li ₃ PO ₄ ), fosfat feric (FePO ₄ ) și alții. Fiecare cu diferitele sale grade de protonație a anionului fosfat.

Pe de altă parte, acidul fosforic poate „sechesta” cationi divalenți precum Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ și Mg ²⁺ . La temperaturi ridicate poate reacționa cu sine prin pierderea unei molecule H ₂ O, formând dimeri, trimeri și polimeri de acizi fosforici.

Acest tip de reacție face ca acest compus să poată stabili un număr mare de structuri cu scheleturi de fosfor și oxigen, din care se poate obține o gamă largă de săruri cunoscute sub numele de polifosfați.

În ceea ce privește descoperirea sa, a fost sintetizat în 1694 de Robert Boyle, dizolvând P ₂ O ₅ (pentoxid de fosfor) în apă. Este unul dintre cei mai utili acizi minerali, funcția sa de îngrășământ fiind cea mai importantă. Fosforul, alături de potasiu și azot, sunt cele trei substanțe nutritive principale ale plantelor.

Structura chimică

De niciun autor care nu poate fi citit de mașină. H Padleckas asumat (bazat pe revendicări de copyright). , prin Wikimedia Commons

Acidul fosforic este format dintr-o legătură P = O și trei P - OH, unde acestea din urmă sunt purtătoarele hidrogenilor acide eliberați într-un mediu de dizolvare. Cu atomul de fosfor în centru, oxigenii atrag un fel de tetraedru molecular.

În acest fel, acidul fosforic poate fi vizualizat ca un tetraedru. Din această perspectivă, tetraedrul menționat (cu unități H ₃ PO ₄ ) interacționează între ele prin legături de hidrogen; adică vârfurile lor sunt aproape aproximative.

Aceste interacțiuni intermoleculare permit acidului fosforic să cristalizeze în două solide: cel anhidru și hemihidratul (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), ambele cu sisteme de cristale monoclinice. Forma sa anhidră poate fi descrisă cu formula: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , care este egal cu o pentoxid de fosfor tri hidratat.

Tetraedrele pot fi chiar legate covalent, dar pentru aceasta una dintre unitățile lor trebuie să elimine o moleculă de apă prin deshidratare. Aceasta se produce atunci când H ₃ PO ₄ este supusă încălzirii și, în consecință, generează formarea de acizi polifosforici (PA).

Acidul difosforic (H

Cel mai simplu dintre toate PA-urile este acidul difosforic (H ₄ P ₂ O ₇ ), cunoscut și sub numele de acid pirofosforic. Ecuația chimică a formării sale este următoarea:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Echilibrul depinde de cantitatea de apă și de temperatură. Care este structura sa? În imaginea din secțiune, structurile acidului ortofosforic și acidul pirofosforic sunt ilustrate în colțul din stânga sus.

Două unități sunt unite covalent atunci când o moleculă de apă este eliminată, formând o punte de oxigen P-O-P între ele. Acum nu sunt trei hidrogeni acizi, ci patru (patru grupe-OH). Din această cauză, H ₄ P ₂ O ₇ are patru constante de ionizare k _a .

Acizi polifosforici

Deshidratarea poate continua cu acidul pirofosforic dacă încălzirea continuă. De ce? Deoarece la fiecare capăt al moleculei sale există o grupare OH care poate fi eliminată ca o moleculă de apă, promovând astfel creșterea ulterioară a scheletului P-O-P-O-P …

Exemple de acești acizi sunt acizii tripolifosforici și tetrapolifosforici (ambele ilustrate în imagine). Se poate observa cum coloana vertebrală P-O-P este alungită într-un fel de lanț format din tetraedru.

Acești compuși pot fi reprezentați prin formula HO (PO ₂ OH) _x H, unde HO este capătul stâng care poate fi deshidratat. PO ₂ OH este coloana vertebrală a fosforului cu legăturile P = O și OH; și x sunt unitățile sau moleculele acidului fosforic necesare pentru obținerea lanțului menționat.

Când acești compuși sunt complet neutralizați cu o bază, se creează așa-numitele polifosfați. În funcție de cationii care îi înconjoară, ei formează o mare varietate de săruri polifosfat.

Pe de altă parte, dacă reacționează cu alcooli ROH, hidrogenii din coloana lor vertebrală sunt înlocuiți cu substituenții R-alchil. Astfel apar esteri fosfat (sau polifosfați): RO (PO ₂ OR) _x R. Este suficient să substituiți H pentru R în toate structurile imaginii secțiunii pentru a le obține.

Acizi polifosforici ciclici

Lanțurile P-O-P se pot închide chiar și pe un inel sau ciclu fosforic. Cel mai simplu din acest tip de compus este acidul trimetafosforic (colțul din dreapta sus al imaginii). Astfel, AP-urile pot fi liniare, ciclice; sau dacă structurile lor prezintă ambele tipuri, ramificate.

Nomenclatură

Sursa: commons.wikimedia.org

Nomenclatura acidului fosforic este dictată de IUPAC și cum sunt numite sărurile ternare ale acizilor oxo.

Deoarece în H ₃ PO ₄ atomul P are valență +5, cea mai mare valoare, acidul său este atribuit sufixului -ico la prefixul fosfor-.

Ortho

Cu toate acestea, acidul fosforic este de asemenea numit în mod obișnuit acid ortofosforic. De ce? Deoarece cuvântul „ortho” este grecesc și înseamnă „adevărat”; care s-ar traduce prin „forma adevărată” sau „mai hidratată” a acesteia.

Atunci când anhidrul fosforic este hidratat cu un exces de apă (P ₄ O ₁₀ , se produce „capacul” fosforului din imaginea superioară), H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ). Astfel, prefixul orto este atribuit acilor formați cu multă apă.

Pyro

Prefixul piro se referă la orice compus care provine după aplicarea căldurii, deoarece acidul difosforic provine din deshidratarea termică a acidului fosforic. Prin urmare, se numește acidul pirofosforic (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Poartă

Prefixul meta, care este și un cuvânt grecesc, înseamnă „după”. Se adaugă la acele substanțe a căror formulă a eliminat o moleculă, în acest caz, cea a apei:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Rețineți că, de această dată, adăugarea a două unități fosforice nu are loc pentru a forma acid difosforic, ci în schimb se obține acid metafosforic (pentru care nu există dovezi ale existenței sale).

De asemenea , este important de remarcat faptul că acest acid poate fi descris ca H ₂ O · P ₂ O ₅ (similar cu hemidrate, înmulțirea HPO ₃ cu 2). Prefixul meta este perfect în concordanță cu PA-urile ciclice, deoarece dacă acidul trifosforic se deshidratează, dar nu adaugă o altă _unitate H ₃ PO ₄ pentru a deveni acid tetrafosforic, atunci trebuie să formeze un inel.

Și acesta este același lucru cu alți acizi polimetafosforici, deși IUPAC recomandă numirea lor compuși ciclici din PA-urile corespunzătoare.

Proprietăți

Formulă moleculară

H ₃ PO ₄

Greutate moleculară

97,994 g / mol

Aspectul fizic

În forma sa solidă prezintă cristale ortorombe, higroscopice și transparente. În formă lichidă este cristalină cu aspectul unui sirop vâscos.

Este disponibil comercial într-o soluție apoasă cu o concentrație de 85% greutate / greutate. În toate aceste prezentări nu are miros.

Punctele de fierbere și de topire

158 ° C (316 ° F la 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Solubilitatea apei

548 g / 100 g de H ₂ O la 20 ° C; 369,4 g / 100 ml la 0,5 ° C; 446 g / 100m la 14,95ºC.

Densitate

1.892 g / cm ³ (solid); 1.841 g / cm ³ (100% soluție); 1.685 g / cm ³ (85% soluție); 1,334 g / cm ³ soluție 50%) la 25 ° C

Densitatea vaporilor

În raport cu aerul 3,4 (aer = 1).

Aprindere automată

Nu este inflamabil.

Viscozitate

3,86 mPoe (soluție 40% la 20 ° C).

Aciditate

pH: 1,5 (soluție 0,1 N în apă)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7.198 și pKa3 = 12.319. Prin urmare, hidrogenul cel mai acid este primul.

Descompunere

Când este încălzit, eliberează oxizi de fosfor. Dacă temperatura crește până la 213º C sau mai mult, devine acid pirofosforic (H ₄ P ₂ O ₇ ).

corozivitatii

Coroziv pentru metale feroase și aluminiu. Reacția cu aceste metale dă naștere la gazul de hidrogen

polimerizarea

Polimerizează violent cu compuși azoici, epoxizi și compuși polimerizabili.

Aplicații

Săruri fosfatate și utilizări generale

-Acidul fosforic servește ca bază pentru producerea de fosfați, care sunt folosiți ca îngrășăminte, deoarece fosforul este un nutrient principal în plante.

-A fost utilizat în tratamentul intoxicațiilor cu plumb și în alte condiții în care sunt necesare cantități semnificative de fosfat și în producerea de acidoză ușoară.

-Este utilizat pentru a controla pH-ul tractului urinar al nurcilor și cheltuielilor, pentru a evita formarea de pietre la rinichi.

-Fosforic dă naștere Na ₂ HPO ₄ și NaH ₂ PO ₄ săruri care constituie un sistem tampon de pH , cu un pKa de 6,8. Acest sistem de reglare a pH-ului este prezent la om, fiind important în reglarea pH-ului intracelular, precum și în gestionarea concentrației de hidrogen în tuburile distale și colectoare ale nefronilor.

-Este utilizat în eliminarea stratului mucegăit de oxid de fier care se acumulează pe acest metal. Acidul fosforic formează fosfat de fier care poate fi îndepărtat cu ușurință de pe suprafața metalului. De asemenea, este utilizat în lustruirea electrică a aluminiului și este un agent de legare pentru produsele refractare, cum ar fi alumina și magnezia.

Industrial

-Acidul fosforic este utilizat ca agent catalitic la producerea de nailon și benzină. Este utilizat ca agent de deshidratare în gravura litografică, în producerea de coloranți pentru utilizare în industria textilă, în procesul de coagulare a latexului în industria cauciucului și în purificarea peroxidului de hidrogen.

-Acidul este utilizat ca aditiv în băuturile răcoritoare, contribuind astfel la aroma sa. Diluat se aplică în procesul de rafinare a zahărului. De asemenea, acționează ca un sistem tampon în prepararea șuncă, gelatină și antibiotice.

-Participă la elaborarea detergenților, la cataliza acidă a producției de acetilenă.

-Este folosit ca acidulant în alimente echilibrate pentru industria animalelor și animale de companie. Industria farmaceutică o folosește la fabricarea medicamentelor antiemetice. De asemenea, este utilizat într-un amestec pentru a face asfalt pentru a asfalta terenul și pentru a repara fisurile.

-Acidul fosforic acționează ca un catalizator în reacția de hidratare a alchenelor pentru a produce alcool, în principal etanol. În plus, este utilizat în determinarea carbonului organic în soluri.

dentar

Este utilizat de către stomatologi pentru curățarea și condiționarea suprafeței dintelui înainte de a pune suporturi dentare. De asemenea, se folosește în albirea dinților și în îndepărtarea plăcilor dentare. În plus, este utilizat la fabricarea de adezivi pentru proteze dentare.

Produse cosmetice

Acidul fosforic este utilizat pentru a ajusta pH-ul în produsele cosmetice și de îngrijire a pielii. Este utilizat ca agent oxidant chimic pentru producerea de carbon activat.

Formarea acidului fosforic

-Acidul fosforic este preparat din rocile fosfat de tip apatit, prin digestie cu acid sulfuric concentrat:

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 3 H ₂ SO ₄ + 6 H ₂ O => 2 H ₃ PO ₄ + 3 ( CaSO ₄ .2H ₂ O)

Acidul fosforic obținut în această reacție are o puritate scăzută, motiv pentru care este supus unui proces de purificare care include tehnici de precipitare, extracție de solvent, cristalizare și schimb de ioni.

-Acidul fosforic poate fi produs prin dizolvarea pentoxidului de fosfor în apă clocotită.

-Pot fi obținut și prin încălzirea fosforului cu un amestec de aer și vapori de apă:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

P ₄ O ₁₀ (s) + H ₂ O (g) => 4H ₃ PO ₄ (l)

riscuri

-Pentru că presiunea de vapori a acestuia este scăzută la temperatura camerei, este puțin probabil ca vaporii să fie inhalați dacă nu este pulverizat acid. Dacă da, simptomele de inhalare includ: tuse, dureri în gât, lipsă de respirație și respirație obosită.

-În literatura de specialitate este citat cazul unui marinar care a fost expus la vapori de acid fosforic o perioadă lungă de timp. El a suferit slăbiciune generală, o tuse uscată, dureri în piept și probleme de respirație. În decurs de un an de la expunere, a fost observată disfuncția căilor respiratorii reactive.

-Contactul cu pielea cu acidul fosforic poate provoca roșeață, durere, blistere și arsuri ale pielii.

-Contactul acidului cu ochii, în funcție de concentrația acestuia și de durata contactului, poate produce în ei, leziuni corozive ale țesuturilor sau arsuri grave cu leziuni permanente ale ochilor.

-Ingestia acidului provoacă arsuri la nivelul gurii și gâtului, senzație de arsură dincolo de zona de sân, dureri abdominale, vărsături, șoc și colaps.

Referințe

1. Societatea Regală de Chimie. (2015). Acid fosforic. Luat de la: chemspider.com
2. Centrul canadian de securitate și sănătate în muncă. (1999). Acid fosforic - Efecte asupra sănătății. Preluat de la: ccsso.ca
3. Acids.Info. (2018). Acid fosforic »varietate de utilizări ale acestui compus chimic. Luat de la: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown și James R. Lehr. (1955). Structura acidului fosforic cristalin. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Acizii fosforici și fosfații. Preluat de la: en.wikipedia.org
6. Știința este distractivă. Aflați despre acidul fosforic. . Luat de la: scifun.chem.wisc.edu