Структура фосфорне киселине (Х3ПО4), номенклатура, својства, употреба

Тхе фосфорна киселина  је оксо киселина фосфора која има хемијску формулу Х₃ПО₄. Састоји се од минералне киселине у којој су три кисела протона повезана са фосфатним анионом (ПО₄^3-). Иако се не сматра јаком киселином, њена неправилна употреба може представљати ризик по здравље.

Може се наћи у два стања: као чврста твар у облику дебелих орторомбичних кристала, или кристална течност сирупастог изгледа. Његова уобичајена комерцијална презентација има концентрацију од 85% в / в и густину од 1.685 г / цм³. Ова густина долази из руке концентрације.

Три ОХ групе су одговорне за донирање киселих водоника. Због њихове присутности у својој структури, она може реаговати са различитим хидроксидима који узрокују неколико соли.

У случају натријум хидроксида, може да формира три: натријум монобазни фосфат (НаХ)₂ПО₄натријум дибазни фосфат (На₂ХПО₄и трибазични натријум фосфат (На₃ПО₄).

Међутим, у зависности од тога која се база користи за њену неутрализацију, или који су јој катиони веома близу, она може да формира и друге соли фосфата. Међу њима су: калцијум фосфат (Ца₃(ПО₄)₂), литијум фосфат (Ли₃ПО₄), фери фери (ФеПО₄), и други. Свака са својим различитим степеном протонације фосфатног аниона.

С друге стране, фосфорна киселина може "издвојити" двовалентне катионе као што је Фе²⁺, Цу²⁺, Ца²⁺ и Мг²⁺. На повишеним температурама може реаговати сам са губитком Х молекула₂Или, формирање димера, тримера и полимера фосфорних киселина.

Овај тип реакције чини ово једињење способним да успостави велики број структура са скелетима фосфора и кисеоника, од којих се такође може добити широк опсег познатих соли као што су полифосфати..

Што се тиче његовог открића, синтетизирао га је 1694. Роберт Бојл, растварајући П₂О₅ (фосфор пентоксид) у води. То је једна од минералних киселина са већом корисношћу, која је најважнија функција гнојива. Фосфор, заједно са калијумом и азотом су три главна хранива биљака.

Индек

• 1 Хемијска структура
  • 1.1 Дифосфорна киселина (Х4П2О7)
  • 1.2 Полифосфорне киселине
  • 1.3 Цикличне полифосфорне киселине
• 2 Номенклатура
  • 2.1 Орто
  • 2.2 Пиро
  • 2.3
• 3 Својства
  • 3.1 Молекуларна формула
  • 3.2 Молекуларна тежина
  • 3.3 Физички изглед
  • 3.4 Врелиште и тачке топљења
  • 3.5 Растворљивост у води
  • 3.6 Густина
  • 3.7 Густина паре
  • 3.8 Аутоматско паљење
  • 3.9 Вискозност
  • 3.10 Киселост
  • 3.11 Декомпозиција
  • 3.12 Корозивност
  • 3.13 Полимеризација
• 4 Усес
  • 4.1 Соли фосфата и општа употреба
  • 4.2 Индустријски
  • 4.3 Стоматолози
  • 4.4 Козметика
• 5 Стварање фосфорне киселине
• 6 Ризици
• 7 Референце

Хемијска структура

Фосфорна киселина се састоји од П = О везе и три П-ОХ, где су последњи носачи киселинских водоника ослобођених у медијуму за растварање. Са атомом фосфора у центру, кисеоници цртају неку врсту молекуларног тетраедра.

На овај начин, фосфорна киселина се може визуелизовати као тетраедрон. Из те перспективе речено тетраедра (по јединици Х₃ПО₄интеракцију међусобно водиковим везама; то јест, њихови врхови уско су приближни.

Ове интермолекуларне интеракције омогућавају да се фосфорна киселина кристализује у две чврсте материје: безводни и хемихидрат (Х₃ПО₄· 1 / 2Х₂О), оба са моноклинским кристалним системима. Његова анхидрована форма се такође може описати са формулом: 3Х₂О · П₂О₅, што је једнако трихидратном фосфорном пентоксиду.

Тетраедра може чак и ковалентно да се повеже, али за ову једну од њихових јединица мора се уклонити молекул воде дехидрацијом. Ово се дешава када је Х₃ПО₄ подвргава се загревању и као последица тога ствара формирање полифосфорних киселина (ПА).

Дифосфорна киселина (Х₄П₂О₇)

Најједноставнији од свих ПА је дифосфорна киселина (Х₄П₂О₇), такође познат као пирофосфорна киселина. Хемијска једначина њеног формирања је следећа:

2Х₃ПО₄ <=> Х₄П₂О₇ + Х₂О

Равнотежа зависи од количине воде и температуре. Каква је његова структура? На слици секције, структуре ортофосфорне киселине и пирофосфорне киселине приказане су у горњем левом углу.

Двије јединице се ковалентно вежу уклањањем једног молекула воде, формирајући П-О-П кисиков мост између њих. Сада постоје три кисела водоника, али четири (4 -ОХ групе). Због тога, Х₄П₂О₇ представља четири константе јонизације к_а.

Полифосфорне киселине

Дехидратација се може наставити са пирофосфорном киселином ако се загревање настави. Зашто? Зато што на сваком крају његовог молекула постоји ОХ група која се може елиминисати као молекул воде, чиме се промовише каснији раст скелета П-О-П-О-П ...

Примери ових киселина су триполифосфорне и тетраполифосфорне киселине (обе су приказане на слици). Може се видети како се П-О-П костур протеже у некој врсти ланаца формираних тетраедрама.

Ова једињења могу бити представљена формулом ХО (ПО₂ОХ)_кХ, где је ХО леви крај који се може дехидрирати. ПО₂ОХ је костур фосфора са везама П = О и ОХ; и к су јединице или молекули фосфорних киселина неопходни за добијање поменутог ланца.

Када се ова једињења потпуно неутралишу, настају такозвани полифосфати. У зависности од тога који катиони их окружују, они формирају широк спектар полифосфатних соли.

С друге стране, ако реагују са алкохолима РОХ, водоници њиховог скелета су замењени са алкил супституентима Р-. Тако настају естри фосфата (или полифосфата): РО (ПО₂ОР)_кСВЕДОК ВАСИЉКОВИЋ - ОДГОВОР: Довољно је заменити Х за Р у свим структурама слике секције да би се добила.

Цикличне полифосфорне киселине

Ланци П-О-П могу се чак затворити у циклусу прстена или фосфора. Најједноставнији од овог типа једињења је триметафосфорна киселина (горњи десни угао слике). Према томе, ПАс могу бити линеарни, циклични; или ако њихове структуре показују оба типа, разгранате.

Номенклатура

Номенклатуру фосфорне киселине одређује ИУПАЦ и како се називају тернарне соли оксо киселина.

Јер у Х₃ПО₄ атом П има валенцију +5, највишу вредност, њеној киселини је додељен суфикс -ицо префикс фосфор-.

Ортхо

Међутим, фосфорна киселина се такође обично назива ортофосфорна киселина. Зашто? Јер реч 'ортхо' је грчки и значи 'труе'; што би резултирало "правим" или "више хидрираним" обликом.

Када се анхидрид фосфорне киселине хидрира са вишком воде (П₄О₁₀, фосфорна "капа" слике изнад) Х је произведена₃ПО₄ (3Х₂О · П₂О₅). Према томе, орто префикс се додељује оним киселинама формираним са обилном водом.

Пиро

Префикс пиро се односи на сва једињења настала након примене топлоте, пошто се дифосфорна киселина јавља услед термичке дехидрације фосфорне киселине. Зато се зове пирофосфорна киселина (2Х)₂О · П₂О₅).

Гоал

Мета префикс, који је такође грчка реч, значи 'после'. Додаје се оним супстанцама чија је формула елиминисала молекул, у овом случају онај воде:

Х₃ПО₄ => ХПО₃ + Х₂О

Треба напоменути да овај пут не долази до додавања две фосфорне јединице да би се формирала дифосфорна киселина, већ се добија метафосфорна киселина (о којој нема доказа о постојању)..

Такође је важно напоменути да се ова киселина може описати као Х₂О · П₂О₅ (слично хемидрату, множењем ХПО₃ за 2). Префикс мета долази савршено према цикличној ПА, јер ако трифосфорна киселина дехидрира, али не додаје још једну јединицу Х₃ПО₄ да постане тетрафосфорна киселина, онда мора да формира прстен.

И то је случај са другим полиметапхосфорним киселинама, иако ИУПАЦ препоручује да их називамо цикличним једињењима одговарајуће ПА.

Пропертиес

Молекуларна формула

Х₃ПО₄

Молекуларна тежина

97,994 г / мол

Физички изглед

У свом чврстом облику представља орторомбичне, хигроскопне и транспарентне кристале. Под течним обликом је кристални изглед вискозног сирупа.

Комерцијално се постиже у воденом раствору са концентрацијом од 85% в / в. У свим овим презентацијама недостаје мирис.

Тачке кључања и топљења

158º Ц (316º Ф до 760 ммХг).

108º Ф (42.2º Ц).

Растворљивост у води

548 г / 100 г Х₂Или на 20 ° Ц; 369.4 г / 100 мл на 0.5 ° Ц; 446 г / 100м до 14.95º Ц.

Густина

1,892 г / цм³ (солид); 1,841 г / цм³ (100% раствор); 1,685 г / цм³ (85% раствор); 1,334 г / цм³ 50% раствор) на 25ºЦ.

Густина паре

У односу на ваздух 3,4 (ваздух = 1).

Аутоматско паљење

Није запаљив.

Вискозност

3.86 мПоисе (40% раствор на 20º Ц).

Киселост

пХ: 1.5 (0.1 Н раствор у води)

пКа: пКа1 = 2,148; пКа2 = 7,198 и пКа3 = 12,319. Због тога је његов водоник плус киселина први.

Децомпоситион

Када се загрева, ослобађа фосфорне оксиде. Ако се температура повећа на 213 ° Ц или више, она постаје пирофосфорна киселина (Х₄П₂О₇).

Корозивност

Нагризајуће за црне метале и алуминијум. Када реагује са овим металима, потиче гас водоник.

Полимеризација

Снажно се полимеризује са азо једињењима, епоксидима и полимеризујућим једињењима.

Усес

Фосфатне соли и општа употреба

-Фосфорна киселина служи као основа за разраду фосфата, који се користе као ђубрива јер је фосфор главни хранљиви састојак биљака.

-Користи се у третману тровања оловом и другим условима у којима су потребне значајне количине фосфата и производња благе ацидозе.

-Користи се за контролу пХ вредности уринарног тракта и трошкова како би се избегло стварање камена у бубрегу.

-Фосфорна киселина потиче од На соли₂ХПО₄ и НаХ₂ПО₄ који чине пуферски систем за пХ са пКа од 6.8. Овај регулациони систем пХ је присутан у човеку, има значај у регулацији интрацелуларне пХ, као иу управљању концентрацијом водоника у дисталним тубулима и колектору нефрона..

-Користи се за уклањање пљеснивог слоја оксида гвожђа који се накупља на овом металу. Фосфорна киселина формира фосфат гвожђа који се лако може уклонити са површине метала. Такође се користи у електричном полирању алуминијума и везивно средство ватросталних производа као што су алуминијум оксид и магнезијум.

Индустријски

-Фосфорна киселина је намењена као катализатор у производњи најлона и бензина. Користи се као средство за дехидрацију у литографском гравирању, у производњи боја за употребу у текстилној индустрији, у процесу коагулације латекса у индустрији гуме и у пречишћавању водоник пероксида..

-Киселина се користи као адитив у безалкохолним пићима и на тај начин доприноси њеном укусу. Разређено се примењује у процесу рафинисања шећера. Такође делује као пуферски систем у припреми шунке, желатина и антибиотика.

-Учествује у развоју детерџената, у киселој катализи производње ацетилена.

-Користи се као средство за закисељавање у избалансираној храни за сточарство и кућне љубимце. Фармацеутска индустрија га користи у производњи антиеметичких лијекова. Такође се користи у мешавини за прављење асфалта за поплочавање и поправку пукотина.

-Фосфорна киселина делује као катализатор у реакцији хидратације алкена да производи алкохол, углавном етанол. Поред тога, користи се за одређивање органског угљеника у земљишту.

Дентал

Користи се од стране стоматолога за чишћење и кондиционирање зубне површине прије постављања зубних потпорња. Такође се користи у избељивању зуба и уклањању зубних плакова. Поред тога, користи се у производњи лепкова за зубне протезе.

Козметика

Фосфорна киселина се користи за подешавање пХ у припреми козметичких производа и за његу коже. Користи се као хемијски оксидациони агенс за производњу активног угља.

Настајање фосфорне киселине

-Фосфорна киселина се припрема из фосфатних стена апатитног типа разградњом концентрованом сумпорном киселином:

Ца₃(ПО₄)₂    +       3 Х₂СО₄      +       6 Х₂О => 2 Х₃ПО₄     +       3 (ЦаСО₄.2Х₂О)

Фосфорна киселина добијена у овој реакцији је ниске чистоће, тако да се прочишћава процес који укључује таложење, екстракцију растварачем, кристализацију и технике јонске измене..

-Фосфорна киселина се може произвести растварањем фосфорног пентоксида у кључалој води.

-Такође се може добити загревањем фосфора са мешавином ваздуха и водене паре:

П₄ (л) + 5 О₂ (г) => П₄О₁₀ (с)

П₄О₁₀ (с) + Х₂О (г) => 4Х₃ПО₄ (л)

Ризици

-Пошто је притисак паре на собној температури низак, мало је вероватно да се његове паре могу инхалирати, осим ако се киселина не распрши. Ако је тако, симптоми удисања укључују: кашаљ, упалу грла, недостатак даха и отежано дисање.

-У литератури се наводи случај морнара који је био изложен парама фосфорне киселине током дужег временског периода. Имао је општу слабост, сухи кашаљ, бол у грудима и респираторне проблеме. После једне године излагања уочена је дисфункција реактивног дисајног пута.

-Контакт коже са фосфорном киселином може изазвати црвенило, бол, пликове и опекотине коже.

-Контакт киселине са очима, у зависности од његове концентрације и трајања контакта, може проузроковати ове корозивне лезије ткива или тешке опекотине са трајним оштећењем ока..

-Гутање киселине изазива опекотине у устима и грлу, осећај печења иза грудне кости, бол у стомаку, повраћање, шок и колапс.

Референце

1. Краљевско хемијско друштво. (2015). Фосфорна киселина. Преузето са: цхемспидер.цом
2. Канадски центар за здравље и сигурност на раду. (1999). Фосфорна киселина - ефекти на здравље. Преузето из: ццссо.ца
3. Ацидос.Инфо. (2018). Фосфорна киселина "Разноврсност употребе овог хемијског једињења." Преузето из: ацидос.инфо
4. Јамес П. Смитх, Валтер Е. Бровн и Јамес Р. Лехр. (1955). Структура кристалне фосфорне киселине. Ј. Ам Цхем Цхем., 77, 10, 2728-2730
5. Википедиа. (2018). Фосфорне киселине и фосфати. Такен фром: ен.википедиа.орг
6. Наука је забавно Сазнајте више о фосфорној киселини. [ПДФ] Преузето из: сцифун.цхем.висц.еду