KYSELINA FOSFOREČNÁ (H3PO4): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Kyseliny fosforečnej je oxokyselín fosforu, ktoré majú chemický vzorec H ₃ PO ₄ . Skladá sa z minerálnej kyseliny, v ktorej sú tri kyslé protóny viazané na fosfátový anión (PO ₄ ^3– ). Aj keď sa nepovažuje za silnú kyselinu, jej nesprávne použitie môže predstavovať zdravotné riziko.

Nachádza sa v dvoch stavoch: ako pevná látka vo forme hustých ortorombických kryštálov alebo kryštalická kvapalina so sirupovým vzhľadom. Jeho najbežnejšie komerčné prezentácie má koncentráciu 85% m / m a hustotu 1,685 g / cm ³ . Táto hustota pochádza z koncentrácie.

Obrázok hore ukazuje jednu molekulu kyseliny fosforečnej. Autor: Leyo, z Wikimedia Commons

Tri OH skupiny sú zodpovedné za darovanie kyslých vodíkov. Vzhľadom na ich prítomnosť v štruktúre môže reagovať s rôznymi hydroxidmi, pričom vznikajú rôzne soli.

V prípade hydroxidu sodného, sa môžu tvoriť tri: dihydrogenfosforečnan sodný (NaH ₂ PO ₄ ), hydrogénfosforečnan sodný (Na ₂ HPO ₄ ) a fosforečnan sodný (Na ₃ PO ₄ ).

Avšak v závislosti od toho, ktorá báza sa používa na jej neutralizáciu alebo ktoré katióny sú veľmi blízko, môže tvoriť ďalšie fosfátové soli. Medzi nimi sú: fosforečnan vápenatý (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), fosforečnan lítny (Li ₃ PO ₄ ), fosfát železa (FEPO ₄ ), a ďalšie. Každý z nich má rôzne stupne protonácie fosfátového aniónu.

Na druhej strane môže kyselina fosforečná „oddeľovať“ dvojmocné katióny, ako sú Fe2 ⁺ , Cu2 ⁺ , Ca2 ⁺ a Mg2 ⁺ . Pri zvýšených teplotách sa môže reagovať s sám o sebe so stratou H ₂ O molekuly , ktoré tvoria diméry, triméru a polyméry kyseliny fosforečnej.

Tento typ reakcie umožňuje tejto zlúčenine vytvoriť veľké množstvo štruktúr s kostrami fosforu a kyslíka, z ktorých je možné získať širokú škálu solí známych ako polyfosforečnany.

Pokiaľ ide o jeho objavu, že bol syntetizovaný v roku 1694 Robert Boyle, rozpúšťanie P ₂ O ₅ (oxid fosforečný) vo vode. Je to jedna z najužitočnejších minerálnych kyselín, jej funkcia ako hnojiva je najdôležitejšia. Fosfor spolu s draslíkom a dusíkom sú tri hlavné rastlinné živiny.

Chemická štruktúra

Autorom nebol poskytnutý žiadny strojovo čitateľný autor. H Padleckas prevzatý (na základe autorských práv). , prostredníctvom Wikimedia Commons

Kyselina fosforečná sa skladá z väzby P = O a troch P-OH, kde posledne menované sú nosičmi kyslých vodíkov uvoľňovaných v rozpúšťacom médiu. S atómom fosforu v strede, kyslíky čerpajú určitý druh molekulárneho tetraedónu.

Týmto spôsobom môže byť kyselina fosforečná vizualizovaná ako tetraedrón. Z tohto pohľadu, pričom štvorstenov (o H ₃ PO ₄ jednotky ) na seba vzájomne pôsobia prostredníctvom vodíkových väzieb; to znamená, že ich vrcholy sa približujú.

Tieto medzimolekulárne interakcie umožňujú kyselina fosforečná kryštalizovať do dvoch pevných látok: bezvodej jednej a hemihydrátu (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), a to ako s monoklinickej kryštálovej systémami. Jej bezvodá forma môže byť tiež opísaná vzorca: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , ktorá je rovná oxidu fosforečného tri-hydratované.

Tetrahedróny sa môžu dokonca kovalentne viazať, ale z tohto dôvodu musí jedna z ich jednotiek dehydratáciu odstrániť molekulu vody. K tomu dochádza, keď H ₃ PO ₄ sa podrobí ohrevu, a v dôsledku toho vytvára tvorbu fosforečných kyselín (PA).

Kyselina difosforečná (H

Najjednoduchšie všetkých PA je kyselina difosforečnou (H ₄ P ₂ O ₇ ), známy tiež ako kyselina pyrofosforečné. Chemická rovnica jej vzniku je nasledovná:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Rovnováha závisí od množstva vody a teploty. Aká je jeho štruktúra? Na obrázku v časti sú v ľavom hornom rohu zobrazené štruktúry kyseliny ortofosforečnej a kyseliny pyrofosforečnej.

Keď je odstránená molekula vody, sú kovalentne spojené dve jednotky, ktoré medzi nimi vytvárajú kyslíkový mostík P - O - P. Teraz to nie sú tri kyslé vodíky, ale štyri (štyri skupiny -OH). Z tohto dôvodu, H ₄ P ₂ O ₇ má štyri ionizačné konštanty K .

Kyseliny polyfosforečné

Dehydratácia môže pokračovať kyselinou pyrofosforečnou, ak pokračuje zahrievanie. Prečo? Pretože na každom konci svojej molekuly je skupina OH, ktorú je možné vylúčiť ako molekulu vody, čím sa podporuje následný rast kostry P - O - P - O - P …

Príkladmi týchto kyselín sú kyselina tripolyfosforečná a tetrapolyfosforečná (obe sú znázornené na obrázku). Je možné pozorovať, ako je kostra P - O - P pretiahnutá v určitom reťazci tvorenom tetraedrou.

Tieto zlúčeniny môžu byť reprezentované všeobecným vzorcom HO (PO ₂ OH) _x H, kde ho je ľavý koniec, ktorý môže byť dehydratovaný. PO ₂ OH je fosfor chrbtica s P = O a OH väzbami; a x sú jednotky kyseliny fosforečnej alebo molekuly potrebné na získanie uvedeného reťazca.

Keď sú tieto zlúčeniny úplne neutralizované zásadou, vytvárajú sa takzvané polyfosfáty. Podľa toho, ktoré katióny ich obklopujú, tvoria širokú škálu polyfosfátových solí.

Na druhej strane, ak reagujú s alkoholmi ROH, sú atómy vodíka v ich hlavných reťazcoch nahradené R-alkylovými substituentami. Tak, fosfátové estery (alebo polyfosfáty) vznikajú: RO (PO ₂ OR) _x R. To stačí nahradiť H pre R vo všetkých štruktúrach obrazu časti pre ich získanie.

Cyklické polyfosforečné kyseliny

P - O - P reťazce sa môžu dokonca uzavrieť na fosforovom kruhu alebo cykle. Najjednoduchšou zlúčeninou tohto typu je kyselina trimetafosforečná (horný pravý roh obrázka). Teda AP môžu byť lineárne, cyklické; alebo ak ich štruktúry vykazujú oba typy, rozvetvené.

názvoslovie

Zdroj: commons.wikimedia.org

Nomenklatúru kyseliny fosforečnej určuje IUPAC a názov ternárnych solí oxokyselín.

Pretože v H ₃ PO ₄ atómu P mocenstvom +5, najvyššiu hodnotu, jeho kyselina je priradený príponu -ico predčíslie phosphor-.

orto

Kyselina fosforečná sa však tiež bežne nazýva kyselina ortofosforečná. Prečo? Pretože slovo „ortho“ je grécke a znamená „true“; ktorý by sa premietol do „skutočnej formy“ alebo „hydratovanejšej“ formy.

Ak je fosforečná bezvodý hydratovaný s prebytkom vody (P ₄ O ₁₀ , fosfor "viečko" v hornej časti obrázku), H ₃ PO ₄ (3 H ₂ O · P ₂ O ₅ ) je produkovaný. Prefix ortho je teda priradený kyselinám, ktoré sa tvoria s veľkým množstvom vody.

pyro

Predpona pyro označuje akúkoľvek zlúčeninu vznikajúcu po aplikácii tepla, pretože kyselina difosforečná vzniká tepelnou dehydratáciou kyseliny fosforečnej. Preto sa nazýva pyrofosforečnou (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Cieľ

Predpona meta, ktoré je tiež grécke slovo, znamená „po“. Pridáva sa k látkam, ktorých vzorec odstránil molekulu, v tomto prípade vodu.

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Všimnite si, že tentoraz sa neprída o pridanie dvoch fosforečných jednotiek, aby sa vytvorila kyselina difosforečná, ale namiesto toho sa získa kyselina metafosforečná (o ktorej neexistuje dôkaz o jej existencii).

Je tiež dôležité poznamenať, že táto kyselina môže byť opísaný ako H ₂ O · P ₂ O ₅ (podobné hemidrate, násobenie HPO ₃ o 2). Meta Predpona je úplne v súlade s cyklickými PA, pretože v prípade, dehydruje kyselinou trifosforečnou, ale nepridá ďalší H ₃ PO _{4 jednotky} , aby sa kyselina tetrafosforečnou, musí tvoriť kruh.

A to isté platí aj pre iné kyseliny polymetafosforečné, hoci IUPAC ich odporúča nazývať cyklickými zlúčeninami príslušných PA.

vlastnosti

Molekulárny vzorec

H ₃ PO ₄

Molekulová hmotnosť

97,994 g / mol

Fyzický vzhľad

Vo svojej pevnej forme predstavuje ortorombické, hygroskopické a priehľadné kryštály. V tekutej forme je kryštalická s výskytom viskózneho sirupu.

Je komerčne dostupný vo vodnom roztoku s koncentráciou 85% hmotnostných. Vo všetkých týchto prezentáciách nemá žiadny zápach.

Teploty varu a topenia

158 ° C (316 ° F, 760 mmHg).

Teplota topenia: 42,2 ° C.

Rozpustnosť vo vode

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

Hustota

1,892 g / cm ³ (pevná látka); 1,841 g / cm ³ (100% roztok); 1,685 g / cm ³ (85% roztok); 1,334 g / cm ³ 50% roztok) pri teplote 25 ° C

Hustota pár

Vo vzťahu k vzduchu 3,4 (vzduch = 1).

Automatické zapaľovanie

Nie je horľavý.

Viskozita

3,86 mPoise (40% roztok pri 20 ° C).

kyslosť

pH: 1,5 (0,1 N roztok vo vode)

pKa: pKal = 2,148; pKa2 = 7,198 a pKa3 = 12,319. Preto je váš kyslý vodík prvý.

rozklad

Pri zahrievaní uvoľňuje oxidy fosforu. Ak teplota stúpne na 213 ° C alebo viac, stáva sa kyselinou pyrofosforečnou (H ₄ P ₂ O ₇ ).

korózie

Žieravé pre železné kovy a hliník. Reakciou s týmito kovmi vzniká plynný vodík.

polymerizácie

Prudko polymerizuje s azozlúčeninami, epoxidmi a polymerizovateľnými zlúčeninami.

aplikácia

Fosfátové soli a všeobecné použitie

- Kyselina fosforečná slúži ako základ na výrobu fosfátov, ktoré sa používajú ako hnojivá, pretože fosfor je hlavnou živinou v rastlinách.

-Používa sa pri liečbe otravy olovom a ďalších stavov, pri ktorých je potrebné značné množstvo fosfátu, a pri výrobe miernej acidózy.

- Používa sa na kontrolu pH močových ciest noriek a výdavkov, aby sa zabránilo tvorbe obličkových kameňov.

Fosforečnej kyseliny vyvoláva Na ₂ HPO ₄ a NaH ₂ PO ₄ solí , ktoré tvoria pH vyrovnávací systém s pKa 6,8. Tento systém regulujúci pH je prítomný u človeka, ktorý je dôležitý pri regulácii intracelulárneho pH, ako aj pri riadení koncentrácie vodíka v distálnych a zberných tubuliach nefónov.

- Používa sa na odstránenie plesnivej vrstvy oxidu železa, ktorá sa hromadí na tomto kove. Kyselina fosforečná tvorí fosfát železa, ktorý sa dá ľahko odstrániť z kovového povrchu. Používa sa tiež pri elektrickom leštení hliníka a je spojivom pre žiaruvzdorné výrobky, ako je oxid hlinitý a magnézia.

Priemyselný

Kyselina fosforečná sa používa ako katalytické činidlo pri výrobe nylonu a benzínu. Používa sa ako dehydratačné činidlo pri litografickom gravírovaní, pri výrobe farbív pre textilný priemysel, pri procese zrážania latexu v gumárenskom priemysle a pri čistení peroxidu vodíka.

- Kyselina sa používa ako prísada do nealkoholických nápojov, čím prispieva k jej chuti. Zriedený sa používa v procese rafinácie cukru. Pôsobí tiež ako tlmivý systém pri príprave šunky, želatíny a antibiotík.

- Zúčastňuje sa na vývoji detergentov, na kyslej katalýze výroby acetylénu.

- Používa sa ako okysľovacie činidlo vo vyvážených potravinách pre živočíšny priemysel a domáce zvieratá. Farmaceutický priemysel ho používa pri výrobe antiemetík. Používa sa tiež v zmesi na výrobu asfaltu, aby pripravil pôdu a opravil praskliny.

Kyselina fosforečná pôsobí ako katalyzátor pri hydratačnej reakcii alkénov za vzniku alkoholu, najmä etanolu. Okrem toho sa používa pri stanovení organického uhlíka v pôde.

zubné

Používajú ho zubári na čistenie a kondicionovanie povrchu zubov pred umiestnením zubných konzol. Používa sa tiež pri bielení zubov a odstraňovaní zubných povlakov. Okrem toho sa používa pri výrobe lepidiel pre zubné protézy.

kozmetika

Kyselina fosforečná sa používa na úpravu pH v kozmetických výrobkoch a výrobkoch určených na starostlivosť o pleť. Používa sa ako chemické oxidačné činidlo na výrobu aktívneho uhlia.

Tvorba kyseliny fosforečnej

- Kyselina fosforečná sa pripravuje z fosfátových hornín typu apatitu trávením koncentrovanou kyselinou sírovou:

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)

Kyselina fosforečná získaná pri tejto reakcii má nízku čistotu, preto sa podrobuje čistiacemu procesu, ktorý zahŕňa zrážanie, extrakciu rozpúšťadlom, kryštalizáciu a iónomeničové techniky.

- Kyselina fosforečná sa môže vyrábať rozpustením oxidu fosforečného vo vriacej vode.

- Môže sa získať aj zahrievaním fosforu so zmesou vzduchu a vodnej pary:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

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

riziká

- Pretože tlak pary je nízky pri izbovej teplote, je nepravdepodobné, že by sa jej výpary vdýchli, pokiaľ sa nestrekne kyselina. Ak áno, príznaky vdýchnutia zahŕňajú: kašeľ, bolesti v krku, dýchavičnosť a namáhavé dýchanie.

- V literatúre sa uvádza prípad námorníka, ktorý bol dlho vystavený dymom kyseliny fosforečnej. Pociťoval všeobecnú slabosť, suchý kašeľ, bolesť na hrudníku a dýchacie ťažkosti. Do jedného roka po expozícii bola pozorovaná reaktívna dysfunkcia dýchacích ciest.

-Kožký kontakt s kyselinou fosforečnou môže spôsobiť sčervenanie, bolesť, pľuzgiere a popáleniny kože.

- Kontakt kyseliny s očami, v závislosti od jej koncentrácie a trvania kontaktu, môže v nich spôsobiť korózne poškodenie tkaniva alebo ťažké popáleniny s trvalým poškodením očí.

-Pôsobenie kyseliny spôsobuje pálenie v ústach a krku, pálenie mimo hrudníka, bolesť brucha, zvracanie, šok a kolaps.

Referencie

1. Kráľovská spoločnosť chémie. (2015). Kyselina fosforečná. Prevzaté z: chemspider.com
2. Kanadské centrum pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci. (1999). Kyselina fosforečná - účinky na zdravie. Prevzaté z: ccsso.ca
3. Acids.Info. (2018). Kyselina fosforečná »Rôzne použitia tejto chemickej zlúčeniny. Prevzaté z: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown a James R. Lehr. (1955). Štruktúra kryštalickej kyseliny fosforečnej. J. Am. Chem. Soc., 77, 10, 2728 - 2730
5. Wikipedia. (2018). Kyseliny fosforečné a fosforečnany. Prevzaté z: en.wikipedia.org
6. Veda je zábava. Dozviete sa viac o kyseline fosforečnej. , Prevzaté z: scifun.chem.wisc.edu