Структура, номенклатура, свойства, употреби на фосфорната киселина (H3PO4)

на фосфорна киселина  е оксо киселина на фосфор, която има химична формула Н₃PO₄. Състои се от минерална киселина, в която три киселинни протона са свързани с фосфатния анион (РО₄^3-). Въпреки че не се счита за силна киселина, неговата неправилна употреба може да представлява риск за здравето.

Той може да бъде открит в две състояния: като твърдо вещество под формата на дебели орторомбични кристали или кристална течност със сиропова форма. Неговото най-обичайно търговско представяне има концентрация от 85% w / w и плътност от 1.685 g / cm³. Тази плътност идва от ръката на концентрацията.

Трите ОН групи са отговорни за даряването на киселите водороди. Поради присъствието им в своята структура, той може да реагира с различни хидроксиди, причинявайки няколко соли.

В случай на натриев хидроксид, той може да образува три: натриев моноосновен фосфат (NaH)₂PO₄натриев двуосновен фосфат (Na₂НРО₄) и триосновен натриев фосфат (Na₃PO₄).

Въпреки това, в зависимост от това коя база се използва за нейната неутрализация или кои катиони са много близки до нея, тя може да образува други соли на фосфати. Сред тях са: калциев фосфат (Са₃(PO₄)₂), литиев фосфат (Li₃PO₄), железен фосфат (FePO₄) и други. Всеки един с различни степени на протониране на фосфатния анион.

От друга страна, фосфорната киселина може да "изолира" двувалентните катиони като Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ и Mg²⁺. При повишени температури може да реагира със себе си със загубата на молекула Н₂Или образуване на димери, тримерове и полимери на фосфорни киселини.

Този тип реакция прави това съединение способно да установи голям брой структури с фосфорни и кислородни скелети, от които също може да се получи широк спектър от известни соли като полифосфати..

Що се отнася до неговото откритие, то е синтезирано през 1694 г. от Робърт Бойл, разтварящ Р₂О₅ (фосфорен пентоксид) във вода. Той е една от минералните киселини с по-голяма полезност, тъй като е най-важната му функция като тор. Фосфорът, заедно с калия и азота са трите основни хранителни вещества на растенията.

индекс

• 1 Химическа структура
  • 1.1 Дифосфорна киселина (H4P2O7)
  • 1.2 Полифосфорни киселини
  • 1.3 Циклични полифосфорни киселини
• 2 Номенклатура
  • 2.1 Орто
  • 2.2. Piro
  • 2.3 Цел
• 3 Свойства
  • 3.1 Молекулна формула
  • 3.2 Молекулно тегло
  • 3.3 Физически вид
  • 3.4 Точки на кипене и топене
  • 3.5 Разтворимост във вода
  • 3.6 Плътност
  • 3.7 Плътност на парите
  • 3.8 Автоматично запалване
  • 3.9 Вискозитет
  • 3.10 Киселинност
  • 3.11 Разлагане
  • 3.12 Корозивност
  • 3.13 Полимеризация
• 4 Използване
  • 4.1 Соли на фосфати и общи употреби
  • 4.2 Промишлени
  • 4.3 Стоматолози
  • 4.4 Козметика
• 5 Образуване на фосфорна киселина
• 6 Рискове
• 7 Препратки

Химическа структура

Фосфорната киселина се състои от Р = О връзка и три Р-ОН, където последните са носителите на киселинните водороди, освободени в среда за разтваряне. С фосфорен атом в центъра, кислородите привличат вид молекулен тетраедър.

По този начин фосфорната киселина може да се визуализира като тетраедър. От тази гледна точка тетраедрата (за единици Н₃PO₄) взаимодействат помежду си чрез водородни връзки; това е, техните върхове тясно приблизителни.

Тези междумолекулни взаимодействия позволяват на фосфорната киселина да кристализира в две твърди вещества: безводната и полухидрата (Н₃PO₄· 1 / 2H₂О) и двете с моноклинни кристални системи. Неговата безводна форма може също да бъде описана с формулата: ЗН₂O · P₂О₅, това, което е равно на трихидратния фосфорен пентоксид.

Тетраедрата може дори да свърже ковалентно, но за тази една от техните единици трябва да премахне една молекула вода чрез дехидратация. Това се случва, когато Н₃PO₄ той се подлага на нагряване и като следствие генерира образуването на полифосфорни киселини (PA).

Дифосфорна киселина (Н₄P₂О₇)

Най-простият от всички PAs е дифосфорна киселина (Н₄P₂О₇), известен също като пирофосфорна киселина. Химическото уравнение на неговото формиране е следното:

2H₃PO₄ <=> Н₄P₂О₇ + Н₂О

Балансът зависи от количеството вода и температурата. Каква е нейната структура? В изображението на секцията в горния ляв ъгъл са показани структури на ортофосфорната киселина и пирофосфорната киселина..

Две единици са ковалентно свързани чрез отстраняване на една молекула вода, образувайки P-O-P кислороден мост между тях. Сега има три киселинни водорода, но четири (четири-OH групи). Поради това, H₄P₂О₇ представя четири константи на йонизация k_за.

Полифосфорни киселини

Дехидратацията може да продължи с пирофосфорна киселина, ако нагряването продължава. Защо? Тъй като на всеки край на неговата молекула има ОН група, която може да бъде елиминирана като водна молекула, като по този начин се насърчава последващия растеж на скелета P-O-P-O-P ...

Примери за тези киселини са триполифосфорни и тетраполифосфорни киселини (и двете са илюстрирани на изображението). Може да се види как скелетът P-O-P се простира в един вид верига, образувана от тетраедри.

Тези съединения могат да бъдат представени с формулата HO (РО₂OH)_хН, където НО е левият край, който може да бъде дехидратиран. PO₂ОН е фосфорен скелет с връзки Р = О и ОН; и х са единиците или молекулите на фосфорните киселини, необходими за получаване на споменатата верига.

Когато тези съединения се неутрализират напълно с база, произхождат така наречените полифосфати. В зависимост от това кои катиони ги заобикалят, те образуват голямо разнообразие от полифосфатни соли.

От друга страна, ако те реагират с алкохоли ROH, водородите на техния скелет се заменят с алкиловите заместители R-. Така, фосфатните (или полифосфатните) естери възникват: RO (РО₂OR)_хА. Достатъчно е да заместим H за R във всички структури на образа на секцията, за да ги получим.

Циклични полифосфорни киселини

Веригите P-O-P могат дори да бъдат затворени в цикъл на пръстен или фосфор. Най-простият от този тип съединение е триметафосфорната киселина (горния десен ъгъл на изображението). По този начин, PAs могат да бъдат линейни, циклични; или ако техните структури показват и двата вида, разклонени.

номенклатура

Номенклатурата на фосфорната киселина се определя от IUPAC и как се наричат ​​трикомпонентни соли на оксокиселини.

Защото в H₃PO₄ атомът на Р има валентност +5, най-високата стойност, а на неговата киселина се приписва суфикс -ico към фосфора с префикса-.

Орто

Обаче, фосфорната киселина се нарича също така ортофосфорна киселина. Защо? Защото думата „орто“ е гръцка и означава „истина“; това, което би довело до "истинска" или "по-хидратирана" форма.

Когато фосфорният анхидрид се хидратира с излишък от вода (Р₄О₁₀, произвежда се фосфорната "капачка" на изображението по-горе)₃PO₄ (3H₂O · P₂О₅). По този начин, орто префиксът се приписва на онези киселини, образувани с обилна вода.

Piro

Префиксът пиро се отнася до всички съединения, възникнали след прилагането на топлина, тъй като дифосфорната киселина възниква от термичната дехидратация на фосфорната киселина. Поради това се нарича пирофосфорна киселина (2H)₂O · P₂О₅).

гол

Мета-префиксът, който също е гръцка дума, означава „след“. Той се добавя към онези вещества, чиято формула е елиминирала молекула, в този случай вода:

Н₃PO₄ => HPO₃ + Н₂О

Трябва да се отбележи, че този път добавянето на две фосфорни единици не се получава, за да се образува дифосфорната киселина, а се получава метафосфорна киселина (за която няма доказателства за съществуването му)..

Важно е също да се отбележи, че тази киселина може да бъде описана като Н₂O · P₂О₅ (подобно на хемидрата, умножавайки HPO₃ за 2). Префиксът meta идва перфектно според цикличното PA, защото ако трифосфорната киселина дехидратира, но не добавя друга единица H₃PO₄ за да стане тетрафосфорна киселина, тогава тя трябва да образува пръстен.

Такъв е случаят с други полиметафосфорни киселини, въпреки че IUPAC препоръчва да ги наречем циклични съединения на съответната РА \ t.

свойства

Молекулна формула

Н₃PO₄

Молекулно тегло

97,994 g / mol

Физически вид

В твърдата си форма тя представлява орторомбични, хигроскопични и прозрачни кристали. Под течната форма е кристален вид на вискозен сироп.

Търговски се постига във воден разтвор с концентрация 85% w / w. Във всички тези презентации липсва миризма.

Точки на кипене и топене

158º С (316º F до 760 mmHg).

108º F (42,2º C).

Разтворимост във вода

548 g / 100 g Н₂Или при 20 ° C; 369.4 g / 100 ml при 0.5 ° С; 446 g / 100m до 14.95 ° С.

плътност

1,892 g / cm³ (Твърдо вещество); 1,841 g / cm³ (100% разтвор); 1,685 g / cm³ (85% разтвор); 1,334 g / cm³ 50% разтвор) при 25 ° С.

Плътност на парите

Относно въздуха 3,4 (въздух = 1).

Автоматично запалване

Не е запалим.

вискозитет

3.86 mPoise (40% разтвор при 20 ° С).

вкисналост

рН: 1.5 (0.1 N разтвор във вода)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 и pKa3 = 12,319. Следователно, неговият водород плюс киселина е първият.

разлагане

При нагряване освобождава фосфорни оксиди. Ако температурата се повиши до 213 ° C или повече, тя става пирофосфорна киселина (Н₄P₂О₇).

корозивно

Корозивен за черни метали и алуминий. При взаимодействие с тези метали се получава водороден горивен газ.

полимеризация

Силно полимеризира с азосъединения, епоксиди и полимеризиращи се съединения.

приложения

Фосфатни соли и общо приложение

-Фосфорната киселина служи като основа за изработване на фосфати, които се използват като торове, тъй като фосфорът е основен хранителен елемент на растенията.

-Използва се за лечение на оловно отравяне и други състояния, при които се изискват значителни количества фосфат и производството на лека ацидоза.

-Използва се за контролиране на рН на уринарния тракт на норка и разходи, за да се избегне образуването на камъни в бъбреците.

-Фосфорната киселина произвежда натриеви соли₂НРО₄ и NaH₂PO₄ които представляват буферна система за рН с рКа от 6.8. Тази регулаторна система за рН е налична при човека, имаща значение в регулирането на вътреклетъчното рН, както и в управлението на концентрацията на водород в дисталните тубули и колектора на нефроните..

-Използва се за премахване на плесенясалия слой железен оксид, който се натрупва върху този метал. Фосфорната киселина образува железен фосфат, който може лесно да се отстрани от металната повърхност. Използва се и при електрическото полиране на алуминий и е свързващо вещество на огнеупорни продукти като алуминиев оксид и магнезий..

индустриален

-Фосфорната киселина е предназначена като каталитичен агент при производството на найлон и бензин. Използва се като дехидратиращ агент в литографското гравиране, в производството на багрила за текстилната промишленост, в процеса на коагулация на латекс в каучуковата промишленост и в пречистването на водороден пероксид..

-Киселината се използва като добавка в безалкохолните напитки, като по този начин допринася за нейния аромат. Разреден се прилага в процеса на рафиниране на захар. Той също така действа като буферна система при приготвянето на шунка, желатин и антибиотици.

-Участва в разработването на детергенти, в киселия катализа на производството на ацетилен.

-Използва се като подкислител в балансирана храна за животновъдството и домашните любимци. Фармацевтичната индустрия я използва в производството на антиеметични лекарства. Използва се и в смес, за да направи асфалт, за да проправи земята и да поправи пукнатини.

-Фосфорната киселина действа като катализатор в реакцията на хидратация на алкените за производство на алкохол, главно етанол. Освен това, той се използва за определяне на органичния въглерод в почвите.

стоматологично

Използва се от зъболекари за почистване и кондициониране на повърхността на зъба преди поставянето на зъбните опори. Той също така намира приложение при избелване на зъби и при отстраняване на зъбни плаки. В допълнение, той се използва в производството на лепила за зъбни протези.

козметика

Фосфорната киселина се използва за регулиране на рН при приготвянето на козметични продукти и за грижа за кожата. Използва се като химически окислител за производството на активен въглен.

Образуване на фосфорна киселина

-Фосфорната киселина се приготвя от фосфатни скали от апатитен тип чрез разлагане с концентрирана сярна киселина:

Ca₃(PO₄)₂    +       3 Н₂SW₄      +       6 Н₂О => 2Н₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂О)

Получената при тази реакция фосфорна киселина е с ниска чистота, така че претърпява процес на пречистване, който включва утаяване, екстракция с разтворител, кристализация и йонообменни техники..

-Фосфорната киселина може да бъде получена чрез разтваряне на фосфорен пентоксид във вряща вода.

-Може да се получи и чрез нагряване на фосфор със смес от въздух и водна пара:

P₄ (1) + 5 ° С₂ (g) => P₄О₁₀ (S)

P₄О₁₀ (s) + H₂О (g) => 4Н₃PO₄ (L)

рискове

-Тъй като налягането на парите е ниско при стайна температура, малко е вероятно неговите пари да се вдишат, освен ако киселината не се разпръсне. Ако е така, симптомите на вдишване включват: кашлица, възпалено гърло, задух и затруднено дишане.

-Литературата цитира случая на моряк, който е бил изложен на пари на фосфорна киселина за дълъг период от време. Той страдаше от обща слабост, суха кашлица, болка в гърдите и дихателни проблеми. След една година експозиция се наблюдава реактивна дисфункция на дихателните пътища.

-Контактът с кожата с фосфорна киселина може да причини зачервяване, болка, мехури и кожни изгаряния.

-Контактът на киселината с очите, в зависимост от неговата концентрация и продължителността на контакта, може да доведе до тези корозионни лезии или тежки изгаряния с трайно увреждане на очите..

-Приемането на киселина причинява изгаряне в устата и гърлото, усещане за парене отвъд гръдната кост, коремна болка, повръщане, шок и колапс..

препратки

1. Кралско химическо дружество. (2015). Фосфорна киселина. Взето от: chemspider.com
2. Канадски център за здравословни и безопасни условия на труд. (1999 г.). Фосфорна киселина - ефект върху здравето. Взето от: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Фосфорна киселина "Разнообразие от употреби на това химично съединение." acidos.info
4. Джеймс П. Смит, Уолтър Е. Браун и Джеймс Р. Лер. (1955). Структура на кристална фосфорна киселина. J. Am.Chem.Soc., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Фосфорни киселини и фосфати. Взето от: en.wikipedia.org
6. Научете повече за фосфорната киселина. [PDF]. Взето от: scifun.chem.wisc.edu