FOSZFORSAV (H3PO4): SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A foszforsav H ₃ PO ₄ képletű foszfor oxosav. Ásványi savból áll, amelyben három savas proton kötődik a foszfát-anionhoz (PO ₄ ^3–). Noha nem tekintik erős savnak, a nem megfelelő használata egészségkárosodást jelenthet.

Kétféle állapotban található meg: szilárd anyagként vastag ortorombás kristályok formájában vagy szirup alakú kristályos folyadékként. A leggyakoribb kereskedelmi kiszerelés koncentrációja 85 tömeg / tömeg% és a sűrűsége 1,685 g / cm ³. Ez a sűrűség a koncentráció kezéből származik.

A fenti kép egy foszforsav-molekulát mutat. Írta: Leyo, a Wikimedia Commonsból

A három OH csoport felel a savas hidrogének adományozásáért. Mivel szerkezetükben vannak jelen, képes reagálni különböző hidroxidokkal, amelyek különféle sókat eredményeznek.

A nátrium-hidroxid esetében háromféle formát képezhet: egybázisú nátrium-foszfát (NaH ₂ PO ₄), kétbázisú nátrium-foszfát (Na ₂ HPO ₄) és hárombázisú nátrium-foszfát (Na ₃ PO ₄).

Attól függően, hogy a semlegesítéshez melyik bázist használják, vagy milyen kationok vannak ahhoz közel, más foszfátsókat képezhet. Ezek között vannak: kalcium-foszfát (Ca ₃ (PO ₄) ₂), lítium-foszfát (Li ₃ PO ₄), vas-foszfát (FePO ₄) és mások. Mindegyik a foszfát-anion különböző protonációs fokával rendelkezik.

Másrészről, a foszforsav képes "elkülöníteni" kétértékű kationokat, mint például Fe2 ⁺, Cu2 ⁺, Ca2 ⁺ és Mg2 ⁺. Emelt hőmérsékleten képes reagálni önmagában a H ₂ O molekula veszteségére, foszforsav dimereket, trimereket és polimereket képezve.

Az ilyen típusú reakció lehetővé teszi, hogy ez a vegyület nagyszámú szerkezetet hozzon létre foszfor- és oxigénvázokkal, amelyekből számos só, polifoszfátok néven is előállítható.

Ami a felfedezése, hogy szintetizáljuk 1694 Robert Boyle, feloldásával P ₂ O ₅ (foszfor-pentoxid) vízben. Ez az egyik leghasznosabb ásványi sav, műtrágya funkciója a legfontosabb. A foszfor, a kálium és a nitrogén mellett, a három fő növényi tápanyag.

Kémiai szerkezet

Nem írta be gépen olvasható szerző. H Padleckas feltételezte (szerzői jogi állítások alapján)., a Wikimedia Commonson keresztül

A foszforsav P = O kötésből és három P-OH-ból áll, ahol az utóbbi az oldóközegben felszabaduló savas hidrogének hordozói. A foszfor atom közepén az oxigének egyfajta molekuláris tetraédert húznak.

Ily módon a foszforsav tetraéderként jeleníthető meg. Ebből a szempontból az említett tetraéder (H ₃ PO ₄ egységekkel) hidrogénkötések útján kölcsönhatásba lép; vagyis csúcsuk közel van egymáshoz.

Ezek az intermolekuláris kölcsönhatások lehetővé teszik, hogy a foszforsav két szilárd anyaggá kristályosodjon: a vízmentes és a hemihidrát (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), mindkettő monoklinikus kristályos rendszerekkel. Vízmentes formája a következő képlettel írható le: 3H ₂ O · P ₂ O ₅, amely megegyezik egy háromhidratált foszfor-pentoxiddal.

A tetraéterek akár kovalensen összekapcsolódhatnak is, de ehhez az egyik egységüknek kiszáradás útján el kell távolítania a vízmolekulát. Ez akkor fordul elő, amikor a H ₃ PO _4- t melegítik, és ennek következtében polifoszforsav (PA) képződik.

Difoszforsav (H

Az összes PA közül a legegyszerűbb a difoszforsav (H ₄ P ₂ O ₇), más néven pirofoszforsav. A képződése kémiai egyenlete a következő:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Az egyensúly a víz mennyiségétől és a hőmérséklettől függ. Mi a szerkezete? A szakaszban lévő képen az ortofoszforsav és a pirofoszforsav szerkezete látható a bal felső sarokban.

Két egység kovalensen kapcsolódik egymáshoz, amikor egy vízmolekula eliminálódik, P - O - P oxigénhidat képezve közöttük. Most nem három savas hidrogénatom, hanem négy (négy -OH csoport). Emiatt a H ₄ P ₂ O ₇ négy ionizációs állandóval rendelkezik, k _a.

Polifoszforsavak

A dehidráció folytatódhat pirofoszforsavval, ha a melegítés folytatódik. Miért? Mivel a molekula mindkét végén van egy OH csoport, amelyet úgy lehet eliminálni, mint egy vízmolekulát, ezáltal elősegítve a P - O - P - O - P váz növekedését…

Ezekre a savakra példa a tripolifoszforsav és a tetrapolifoszforsav (mindkettő a képen látható). Megfigyelhető, hogy a P - O - P gerincét meghosszabbítják egyfajta tetraéderből álló láncban.

Ezek a vegyületek általános képletű HO (PO ₂ OH) _x H, ahol HO a bal végén, amely lehet dehidratált. PO ₂ OH a foszfor gerince, a P = O és OH kötésekkel; és x jelentése az említett lánc előállításához szükséges foszforsav egységek vagy molekulák.

Amikor ezeket a vegyületeket egy bázissal teljesen semlegesítik, úgynevezett polifoszfátok képződnek. Attól függően, hogy mely kationok veszik körül őket, sokféle polifoszfátsót képeznek.

Másrészt, ha ROH-alkoholokkal reagálnak, a gerincükben lévő hidrogéneket R-alkil-helyettesítők helyettesítik. Ily módon a foszfát-észterek (vagy polifoszfátok) keletkeznek: RO (PO ₂ OR) _x R. A metszet képének minden szerkezetében elegendő a H helyettesítése R-vel.

Ciklikus polifoszforsavak

A P - O - P láncok akár foszforgyűrűn vagy cikluson is bezáródhatnak. Az ilyen típusú vegyületek legegyszerűbb a trimetafoszforsav (a kép jobb felső sarka). Így az AP lehet lineáris, ciklikus; vagy ha szerkezetük mindkét típust mutat, elágazó.

Elnevezéstan

Forrás: commons.wikimedia.org

A foszforsav nómenklatúráját az IUPAC diktálja, és hogyan nevezik az oxo savak ternáris sóit.

Mivel a H ₃ PO ₄ -ben a P-atom valenciája +5, a legnagyobb érték, savat a -ico utótagnak kell hozzárendelni a foszfor előtaghoz.

Orto

A foszforsavat általában ortofoszforsavnak is nevezik. Miért? Mivel az „orto” szó görög és jelent „igaz”; ami azt "valódi formává" vagy "hidratáltabbá" fordítja.

Ha a vízmentes foszfor fölöslegét hidratáljuk (P ₄ O ₁₀, a felső képen a foszfor „sapka”), H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅) képződik. Így az orto előtagot azokhoz a savakhoz rendelik, amelyek nagy mennyiségű vízzel képződtek.

Pyro

A piró előtag bármely olyan vegyületre vonatkozik, amely a hő alkalmazása után származik, mivel a difoszforsav a foszforsav termikus dehidratációjából származik. Ezért pirofoszforsavnak (2H ₂ O · P ₂ O ₅) nevezzük.

Cél

A meta előtag, amely szintén görög szó, „utána” jelent. Hozzáadják azokhoz az anyagokhoz, amelyek képlete kiküszöböli a molekulákat, ebben az esetben a vízét:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Ne feledje, hogy ezúttal két foszforsav hozzáadásakor nem fordul elő difoszforsav, hanem ehelyett a metafoszforsavat kapják (amelynek létezésére nincs bizonyíték).

Fontos megjegyezni, hogy ez a sav H ₂ O · P ₂ O _5- ként írható le (hasonlóan a hemidrátokhoz, megszorozzuk a HPO _3- t 2- del). A meta-előtag tökéletesen megfelel a ciklikus PA-knak, mivel ha a trifoszforsav dehidrálódik, de nem ad hozzá újabb H ₃ PO _{4 egységet}, hogy tetrafoszforsavvá váljon, akkor gyűrűt kell képeznie.

Ugyanez vonatkozik a többi polimetafoszforsavra, bár az IUPAC azt ajánlja, hogy hívják őket a megfelelő PA-k ciklikus vegyületeinek.

Tulajdonságok

Molekuláris képlet

H ₃ PO ₄

Molekuláris tömeg

97,994 g / mol

Fizikai megjelenés

Szilárd formájában ortorombás, higroszkópos és átlátszó kristályokat tartalmaz. Folyékony formában kristályos, viszkózus szirup megjelenésével.

A kereskedelemben 85 tömeg% vizes oldatban kapható. Mindezen előadásoknak nincs szaga.

Forráspont és olvadáspont

158 ° C (316 ° F, 760 Hgmm).

42,2 ° C.

Vízben való oldhatóság

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

Sűrűség

1.892 g / cm ³ (szilárd); 1,841 g / cm ³ (100% -os oldat); 1.685 g / cm ³ (85% -os oldat); 1,334 g / cm ³ 50% -os oldat) 25 ° C-on

Gőzsűrűség

Levegőhöz viszonyítva 3,4 (levegő = 1).

Öngyulladás

Nem tűzveszélyes.

Viszkozitás

3,86 mPoise (40% -os oldat 20 ° C-on).

savasság

pH: 1,5 (0,1 N vizes oldat)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 és pKa3 = 12,319. Ezért az első savas hidrogén.

bomlás

Hevítéskor foszfor-oxidokat szabadít fel. Ha a hőmérséklet legalább 213ºC-ra emelkedik, pirofoszforsavvá válik (H ₄ P ₂ O ₇).

korróziós

Korróziós vasfémek és alumínium. Ezekkel a fémekkel reagálva hidrogén-üzemanyag gáz keletkezik.

Polimerizáció

Hevesen polimerizál azovegyületekkel, epoxidokkal és polimerizálható vegyületekkel.

Alkalmazások

Foszfátsók és általános felhasználás

-A foszforsav szolgál alapul a foszfátok előállításához, amelyeket műtrágyaként használnak, mivel a foszfor a növények fő tápanyaga.

-Ez az ólommérgezés és más olyan állapotok kezelésére használják, amelyekben jelentős mennyiségű foszfát szükséges, és enyhe acidózis kialakulásához.

-Ez a menyék húgyúti pH-jának és költségeinek a szabályozására szolgál, a vesekő képződésének elkerülése érdekében.

-Foszforsav ad okot, hogy a Na ₂ HPO ₄ és NaH ₂ PO ₄ sókat alkotó pH-puffer rendszert, amelynek pKa értéke 6,8. Ez a pH-szabályozó rendszer jelen van az emberben, és fontos az intracelluláris pH-szabályozásban, valamint a hidrogénkoncentráció szabályozásában az nephronok disztális és gyűjtő tubulusaiban.

- Ezt a fém felhalmozódó penészes vas-oxid réteg eltávolítására használják. A foszforsav vasfoszfátot képez, amely könnyen eltávolítható a fém felületéről. Az alumínium elektromos polírozásához is felhasználják, és kötőanyagként tűzálló termékekhez, például alumínium-oxidhoz és magnézium-oxidhoz.

Ipari

-Foszforsavat használnak katalitikus ágensként a Nylon és a benzin előállításában. Dehidrálószerként használják a litográfiai metszetben, a textiliparban használt festékek előállításában, a gumiipar latex-koagulációs folyamatában és a hidrogén-peroxid tisztításában.

-Avat adalékanyagként használják az üdítőitalokban, így hozzájárulva ízéhez. A hígítást felhordják a cukorfinomítási eljárás során. Pufferrendszerként működik a sonka, a zselatin és az antibiotikumok elkészítésében is.

- Részt vesz a tisztítószerek kidolgozásában, az acetilén előállításának savas katalizálásában.

-Savtartalmú savként használják az állattenyésztés és háziállatok kiegyensúlyozott táplálékában. A gyógyszeripar használja antiemetikus gyógyszerek gyártásában. Keverékben aszfalt készítésére is használják a talaj burkolásához és a repedések kijavításához.

-Foszforsav katalizátorként szolgál az alkének hidratációs reakciójában, így alkoholt, főleg etanolt állít elő. Ezenkívül a talajban lévő szerves szén meghatározására is felhasználják.

fog

Fogorvosok használják a fogak felületének megtisztítására és kondicionálására, mielőtt a fogkereteket behelyeznék. Használható a fogfehérítésben és a fogplakkok eltávolításában is. Ezenkívül fogpótlások ragasztóinak gyártásánál is felhasználják.

kozmetikum

A foszforsavat a kozmetikai és bőrápolási termékek pH-jának beállításához használják. Vegyi oxidálószerként használják aktív szén előállítására.

Foszforsav képződés

-Foszforsavat állítanak elő az apatit típusú foszfátkövekből, koncentrált kénsavval történő emésztéssel:

Ca ₃ (PO ₄) ₂ + 3 H ₂ SO ₄ + 6 H ₂ O => 2H ₃ PO ₄ + 3 (CaSO ₄.2H ₂ O)

Az ebben a reakcióban kapott foszforsav alacsony tisztaságú, ezért tisztítási folyamaton megy keresztül, amely magában foglalja a kicsapást, az oldószer extrahálást, a kristályosítást és az ioncserélési technikákat.

-Foszforsav előállítható foszfor-pentoxid forrásban lévő vízben való feloldásával.

- Azt is elő lehet állítani, hogy foszforot melegítik levegő és vízgőz keverékével:

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)

kockázatok

-Mivel a gőznyomás szobahőmérsékleten alacsony, gőzöket valószínűleg nem szabad belélegezni, kivéve ha savra permeteznek. Ha igen, a belélegzés tünetei: köhögés, torokfájás, légszomj és nehéz légzés.

- Az irodalomban megemlítik egy tengerész esetét, aki hosszú ideig foszforsav-füstnek volt kitéve. Általános gyengeséget, száraz köhögést, mellkasi fájdalmat és légzési problémákat szenvedett. Az expozíciótól számított egy éven belül reaktív légúti diszfunkciót figyeltek meg.

- A bőr foszforsavval való érintkezése bőrpírot, fájdalmat, hólyagok és égési sérüléseket okozhat.

-A sav savval való érintkezése, koncentrációjától és az érintkezés időtartamától függően, korrodáló szöveti sérüléseket vagy súlyos égési sérüléseket okozhat, állandó szemkárosodással.

-A sav lenyelése égési sérülést okoz a szájban és a torokban, égési érzést a mellkason túl, hasi fájdalmat, hányást, sokkot és összeomlást okoz.

Irodalom

1. A Kémiai Királyi Társaság. (2015). Foszforsav. Forrás: chemspider.com
2. Kanadai Munkahelyi Biztonsági és Egészségvédelmi Központ. (1999). Foszforsav - egészségügyi hatások. Forrás: ccsso.ca
3. Acids.Info. (2018). Foszforsav »Ennek a kémiai vegyületnek a sokféle felhasználása. Forrás: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown és James R. Lehr. (1955). A kristályos foszforsav szerkezete. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Foszforsav és foszfát. Forrás: en.wikipedia.org
6. A tudomány szórakoztató. Tudjon meg többet a foszforsavról.. Forrás: scifun.chem.wisc.edu