Struktura fosforne kiseline (H3PO4), nomenklatura, svojstva, uporaba

fosforna kiselina  je okso kiselina fosfora koja ima kemijsku formulu H₃PO₄. Sastoji se od mineralne kiseline u kojoj su tri kisela protona povezana s fosfatnim anionom (PO₄^3-). Iako se ne smatra jakom kiselinom, njezina nepravilna uporaba može predstavljati rizik za zdravlje.

Može se naći u dva stanja: kao kruta tvar u obliku debelih ortorombskih kristala ili kristalna tekućina sirupastog izgleda. Njegova najčešća komercijalna prezentacija ima koncentraciju od 85% w / w i gustoću od 1.685 g / cm³. Ta gustoća dolazi iz ruke koncentracije.

Tri OH skupine odgovorne su za doniranje kiselih vodika. Zbog njihove prisutnosti u svojoj strukturi, ona može reagirati s različitim hidroksidima koji uzrokuju nekoliko soli.

U slučaju natrijevog hidroksida može tvoriti tri: natrijev monobazični fosfat (NaH)₂PO₄natrijev dibazični fosfat (Na₂HPO₄i tribazični natrijev fosfat (Na₃PO₄).

Međutim, ovisno o tome koja se baza koristi za njenu neutralizaciju, ili koji su joj kationi vrlo blizu, ona može tvoriti druge soli fosfata. Među njima su: kalcijev fosfat (Ca₃(PO₄)₂, litij fosfat (Li₃PO₄, feri feri (FePO₄), i drugi. Svatko s različitim stupnjem protonacije fosfatnog aniona.

S druge strane, fosforna kiselina može "izdvojiti" dvovalentne katione kao što je Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ i Mg²⁺. Na povišenim temperaturama može reagirati sam sa gubitkom molekule H₂Ili, formiranje dimera, trimera i polimera fosfornih kiselina.

Ovaj tip reakcije čini ovaj spoj sposobnim za uspostavljanje velikog broja struktura s kosturima fosfora i kisika, od kojih se također može dobiti širok raspon poznatih soli kao što su polifosfati..

Što se tiče njegovog otkrića, sintetizirao ga je 1694. Robert Boyle, rastvarajući P₂O₅ (fosfor pentoksid) u vodi. To je jedna od mineralnih kiselina s većom korisnošću, budući da je njezina funkcija gnojiva najvažnija. Fosfor, zajedno s kalijem i dušikom, tri su glavna hranjiva biljka.

indeks

• 1 Kemijska struktura
  • 1.1 Difosforna kiselina (H4P2O7)
  • 1.2 Polifosforne kiseline
  • 1.3. Cikličke polifosforne kiseline
• 2 Nomenklatura
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Cilj
• 3 Svojstva
  • 3.1 Molekularna formula
  • 3.2 Molekularna težina
  • 3.3 Fizički izgled
  • 3.4 Točke vrenja i taljenja
  • 3.5 Topljivost u vodi
  • 3.6 Gustoća
  • 3.7 Gustoća pare
  • 3.8 Automatsko paljenje
  • 3.9 Viskoznost
  • 3.10 Kiselost
  • 3.11 Raspadanje
  • 3.12 Korozivnost
  • 3.13 Polimerizacija
• 4 Upotreba
  • 4.1 Soli fosfata i opća uporaba
  • 4.2 Industrijski
  • 4.3 Stomatolozi
  • 4.4 Kozmetika
• 5 Nastajanje fosforne kiseline
• 6 Rizici
• 7 Reference

Kemijska struktura

Fosforna kiselina se sastoji od P = O veze i tri P-OH, gdje su potonji nosači kiselinskih vodika oslobođenih u mediju za otapanje. S fosfornim atomom u središtu, kisici povlače neku vrstu molekularnog tetraedra.

Na taj način se fosforna kiselina može vizualizirati kao tetraedar. Iz te perspektive rečene tetraedre (po jedinici H₃PO₄) međusobno djeluju pomoću vodikovih veza; to jest, njihovi vrhovi usko su približni.

Ove intermolekularne interakcije omogućuju kristalizaciju fosforne kiseline u dvije krute tvari: bezvodni i hemihidrat (H₃PO₄1 / 2H₂O), oba s monoklinskim kristalnim sustavima. Njegov bezvodni oblik također se može opisati formulom: 3H₂O · P₂O₅, što je jednako trihidriranom fosfornom pentoksidu.

Tetraedre mogu čak i kovalentno povezati, ali za to jedna od njihovih jedinica mora ukloniti molekulu vode dehidracijom. To se događa kada je H₃PO₄ podvrgava se zagrijavanju, a kao posljedica toga stvara stvaranje polifosfornih kiselina (PA).

Difosforna kiselina (H₄P₂O₇)

Najjednostavniji od svih PAs je difosforna kiselina (H₄P₂O₇), također poznat kao pirofosforna kiselina. Kemijska jednadžba njenog oblikovanja je sljedeća:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Ravnoteža ovisi o količini vode i temperaturi. Kakva je njegova struktura? Na slici presjeka u gornjem lijevom kutu prikazane su strukture ortofosforne kiseline i pirofosforne kiseline..

Dvije jedinice se kovalentno vežu uklanjanjem jedne molekule vode, tvoreći P-O-P kisikov most između njih. Sada postoje tri kisela vodika, ali četiri (4 -OH skupine). Zbog toga, H₄P₂O₇ predstavlja četiri konstante ionizacije k_u.

Polifosforne kiseline

Dehidracija se može nastaviti s pirofosfornom kiselinom ako se zagrijavanje nastavi. Zašto? Budući da se na svakom kraju njegove molekule nalazi OH skupina koja se može eliminirati kao molekula vode, čime se promiče kasniji rast kostura P-O-P-O-P ...

Primjeri ovih kiselina su tripolifosforne i tetrapolifosforne kiseline (obje prikazane na slici). Može se vidjeti kako se P-O-P kostur proteže u nekoj vrsti lanca formiranog tetraedrom.

Ovi spojevi mogu biti predstavljeni formulom HO (PO₂OH)_xH, gdje je HO lijevi kraj koji se može dehidrirati. PO₂OH je kostur fosfora s vezama P = O i OH; i x su jedinice ili molekule fosfornih kiselina potrebne za dobivanje navedenog lanca.

Kada se ti spojevi potpuno neutraliziraju, nastaju takozvani polifosfati. Ovisno o tome koji kationi ih okružuju, oni tvore široku paletu polifosfatnih soli.

S druge strane, ako reagiraju s alkoholima ROH, vodici njihovog kostura su zamijenjeni s alkil supstituentima R-. Tako nastaju esteri fosfata (ili polifosfata): RO (PO₂ILI)_xA. Dovoljno je zamijeniti H za R u svim strukturama slike dijela kako bi ih se dobilo.

Cikličke polifosforne kiseline

Lanci P-O-P mogu se čak zatvoriti u ciklusu prstena ili fosfora. Najjednostavniji od ove vrste spoja je trimetaphosforna kiselina (gornji desni kut slike). Prema tome, PAs mogu biti linearni, ciklički; ili ako njihove strukture pokazuju oba tipa, razgranate.

nomenklatura

Nomenklaturu fosforne kiseline određuje IUPAC i kako se nazivaju ternarne soli okso kiselina.

Jer u H₃PO₄ atom P ima valenciju +5, najveću vrijednost, njezinu kiselinu dodijeljen je sufiks -ico na fosfor prefiksa-.

Orto

Međutim, fosforna kiselina se također obično naziva ortofosfornom kiselinom. Zašto? Jer riječ 'ortho' je grčki i znači 'istinito'; što bi rezultiralo "istinskim" ili "više hidratiziranim" oblikom.

Kada se fosforni anhidrid hidrira s viškom vode (P₄O₁₀, fosforna "kapa" na slici iznad) H₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Tako je orto prefiks dodijeljen onim kiselinama koje nastaju s obilnom vodom.

Piro

Prefiks piro se odnosi na sve spojeve nastale nakon primjene topline, budući da difosforna kiselina nastaje toplinskom dehidracijom fosforne kiseline. Stoga se naziva pirofosforna kiselina (2H)₂O · P₂O₅).

cilj

Meta prefiks, koji je također grčka riječ, znači 'poslije'. Dodaje se onim tvarima čija je formula eliminirala molekulu, u ovom slučaju onu vode:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Treba napomenuti da se ovaj put ne pojavljuje dodavanje dvije fosforne jedinice da bi se formirala difosforna kiselina, već se dobiva metafosforna kiselina (o kojoj nema dokaza o postojanju)..

Također je važno primijetiti da se ova kiselina može opisati kao H₂O · P₂O₅ (slično hemidratu, množenjem HPO₃ za 2). Prefiks meta dolazi savršeno prema cikličkoj PA, jer ako trifosforna kiselina dehidrira, ali ne dodaje još jednu jedinicu H₃PO₄ da postane tetrafosforna kiselina, onda mora tvoriti prsten.

I to je slučaj s drugim polimetaphosfornim kiselinama, iako IUPAC preporučuje da ih se naziva cikličkim spojevima odgovarajuće PA.

nekretnine

Molekularna formula

H₃PO₄

Molekularna težina

97,994 g / mol

Fizički izgled

U svom čvrstom obliku predstavlja ortorombske, higroskopne i prozirne kristale. Pod tekućim oblikom to je kristalni izgled viskoznog sirupa.

Komercijalno se postiže u vodenoj otopini s koncentracijom od 85% w / w. U svim ovim prezentacijama nedostaje miris.

Točke vrenja i taljenja

158º C (316º F do 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Topljivost u vodi

548 g / 100 g H₂Ili na 20 ° C; 369,4 g / 100 ml pri 0,5 ° C; 446 g / 100 m do 14,95 ° C.

gustoća

1,892 g / cm³ (Solid); 1,841 g / cm³ (100% otopina); 1,685 g / cm³ (85% otopina); 1,334 g / cm³ 50% otopina) na 25 ° C.

Gustoća pare

U odnosu na zrak 3,4 (zrak = 1).

Automatsko paljenje

Nije zapaljiv.

viskoznost

3.86 mPoise (40% otopina na 20 ° C).

jetkost

pH: 1,5 (0,1 N otopina u vodi)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 i pKa3 = 12,319. Posljedično, njegov vodik plus kiselina je prvi.

raspad

Kada se zagrije, oslobađa fosforne okside. Ako se temperatura poveća na 213 ° C ili više, ona postaje pirofosforna kiselina (H₄P₂O₇).

nagrizanje

Nagrizajuće za željezne metale i aluminij. Pri reakciji s tim metalima potječe plinoviti vodik.

polimerizacija

Snažno se polimerizira s azo spojevima, epoksidima i spojevima koji polimeriziraju.

aplikacije

Fosfatne soli i opća uporaba

-Fosforna kiselina služi kao osnova za razradu fosfata, koji se koriste kao gnojiva jer je fosfor glavni nutrijent biljke.

-Koristi se u liječenju trovanja olovom i drugim uvjetima u kojima su potrebne značajne količine fosfata i proizvodnja blage acidoze.

-Koristi se za kontrolu pH vrijednosti urinarnog trakta i troškova kako bi se izbjeglo stvaranje bubrežnih kamenaca.

-Fosforna kiselina potječe iz Na soli₂HPO₄ i NaH₂PO₄ koji tvore puferski sustav za pH sa pKa od 6.8. Ovaj regulatorni sustav pH prisutan je u čovjeku, ima važnu ulogu u regulaciji intracelularne pH vrijednosti, kao iu upravljanju koncentracijom vodika u distalnim tubulima i kolektoru nefrona..

-Koristi se u uklanjanju pljesnivog sloja željeznog oksida koji se nakuplja na ovom metalu. Fosforna kiselina tvori željezni fosfat koji se lako može ukloniti s površine metala. Također se koristi u električnom poliranju aluminija i vezivno je sredstvo vatrostalnih proizvoda kao što je glinica i magnezij.

industrijski

-Fosforna kiselina je namijenjena kao katalitičko sredstvo u proizvodnji najlona i benzina. Koristi se kao sredstvo za dehidriranje u litografskom graviranju, u proizvodnji boja za uporabu u tekstilnoj industriji, u procesu koagulacije lateksa u industriji gume i u pročišćavanju vodikovog peroksida..

-Kiselina se koristi kao dodatak u bezalkoholnim pićima i time doprinosi njenom okusu. Razrijeđena se primjenjuje u procesu rafiniranja šećera. Djeluje i kao puferski sustav u pripremi šunke, želatine i antibiotika.

-Uključen u razvoj deterdženata, u kiseloj katalizi proizvodnje acetilena.

-Koristi se kao sredstvo za zakiseljavanje u uravnoteženoj hrani za stočarstvo i kućne ljubimce. Farmaceutska industrija ga koristi u proizvodnji antiemetičkih lijekova. Također se koristi u mješavini za izradu asfalta kako bi se utrolo i popravilo pukotine.

-Fosforna kiselina djeluje kao katalizator u reakciji hidratacije alkena u proizvodnji alkohola, uglavnom etanola. Osim toga, koristi se za određivanje organskog ugljika u tlima.

stomatološke

Koristi se od strane stomatologa za čišćenje i kondicioniranje površine zuba prije postavljanja zubnih potpora. Također se koristi u izbjeljivanju zuba i uklanjanju zubnih plakova. Osim toga, koristi se u proizvodnji ljepila za zubne proteze.

kozmetika

Fosforna kiselina se koristi za podešavanje pH u pripremi kozmetičkih proizvoda i za njegu kože. Koristi se kao kemijsko oksidacijsko sredstvo za proizvodnju aktivnog ugljena.

Nastajanje fosforne kiseline

-Fosforna kiselina se priprema iz fosfatnih stijena apatitnog tipa digestijom s koncentriranom sumpornom kiselinom:

Ca₃(PO₄)₂    +       3H₂SW₄      +       6H₂O => 2H₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂O)

Fosforna kiselina dobivena u ovoj reakciji je niske čistoće, tako da je podvrgnuta postupku pročišćavanja koji uključuje taloženje, ekstrakciju otapala, kristalizaciju i tehnike ionske izmjene..

-Fosforna kiselina može se proizvesti otapanjem fosfornog pentoksida u kipućoj vodi.

-Također se može dobiti zagrijavanjem fosfora mješavinom zraka i vodene pare:

P₄ (l) + 5 ° C₂ (g) => P₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (L)

rizici

-Budući da je njegov tlak para na sobnoj temperaturi nizak, malo je vjerojatno da se njegove pare mogu inhalirati, osim ako se kiselina ne rasprši. U tom slučaju simptomi udisanja uključuju: kašalj, grlobolju, nedostatak daha i otežano disanje.

-U literaturi se navodi slučaj mornara koji je bio izložen parama fosforne kiseline tijekom dugog vremenskog razdoblja. Imao je opću slabost, suhi kašalj, bol u prsima i probleme s disanjem. Nakon jedne godine izloženosti, uočena je reaktivna disfunkcija dišnih putova.

-Dodir s kožom s fosfornom kiselinom može uzrokovati crvenilo, bol, plikove i opekline kože.

-Kontakt kiseline s očima, ovisno o koncentraciji i trajanju kontakta, može prouzročiti te korozivne lezije tkiva ili teške opekline s trajnim oštećenjem oka..

-Gutanje kiseline uzrokuje opekline u ustima i grlu, osjećaj pečenja izvan prsne kosti, bol u trbuhu, povraćanje, šok i kolaps.

reference

1. Kraljevsko kemijsko društvo. (2015). Fosforna kiselina. Preuzeto s: chemspider.com
2. Kanadski centar za zdravlje i sigurnost na radu. (1999). Fosforna kiselina - učinci na zdravlje. Preuzeto iz: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018.). Fosforna kiselina "Raznovrsna uporaba ovog kemijskog spoja." Preuzeto iz: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown i James R. Lehr. (1955). Struktura kristalne fosforne kiseline. J. Am Chem Chem., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018.). Fosforne kiseline i fosfati. Preuzeto s: en.wikipedia.org
6. Znanost je zabavno Saznajte o fosfornoj kiselini. [PDF]. Preuzeto s: scifun.chem.wisc.edu