Δομή φωσφορικού οξέος (H3PO4), ονοματολογία, ιδιότητες, χρήσεις

Το φωσφορικό οξύ  είναι οξο οξύ φωσφόρου που έχει χημικό τύπο Η₃PO₄. Αποτελείται από ένα ανόργανο οξύ στο οποίο τρία όξινα πρωτόνια συνδέονται με το φωσφορικό ανιόν (PO₄^3-). Αν και δεν θεωρείται ισχυρό οξύ, η ακατάλληλη χρήση του μπορεί να αποτελέσει κίνδυνο για την υγεία.

Μπορεί να βρεθεί σε δύο καταστάσεις: ως στερεό υπό τη μορφή παχύρρευστων ορθορομβικών κρυστάλλων ή κρυσταλλικό υγρό με σιρόπια εμφάνιση. Η συνηθέστερη εμπορική του παρουσίαση έχει συγκέντρωση 85% β / β και πυκνότητα 1,685 g / cm³. Αυτή η πυκνότητα προέρχεται από το χέρι συγκέντρωσης.

Οι τρεις ομάδες ΟΗ είναι υπεύθυνες για τη δωρεά των όξινων υδρογόνων. Λόγω της παρουσίας τους στη δομή του, μπορεί να αντιδράσει με διαφορετικά υδροξείδια που προκαλούν αρκετά άλατα.

Στην περίπτωση του υδροξειδίου του νατρίου, μπορεί να σχηματίσει τρία: μονοβασικό φωσφορικό νάτριο (NaH)₂PO₄), διβασικό φωσφορικό νάτριο (Na₂HPO₄) και τριβασικό φωσφορικό νάτριο (Na₃PO₄).

Ωστόσο, ανάλογα με την βάση που χρησιμοποιείται για την εξουδετέρωση της ή τα κατιόντα που είναι πολύ κοντά σε αυτήν, μπορεί να σχηματίσει και άλλα άλατα φωσφορικών αλάτων. Μεταξύ αυτών είναι: φωσφορικό ασβέστιο (Ca₃(PO₄)₂), φωσφορικό λίθιο (Li₃PO₄), φωσφορικό σίδηρο (FePO₄) και άλλα. Κάθε ένας με διαφορετικούς βαθμούς πρωτονίωσης του φωσφορικού ανιόντος.

Από την άλλη πλευρά, το φωσφορικό οξύ μπορεί να "διαχωρίσει" τα δισθενή κατιόντα όπως το Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ και Mg²⁺. Σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να αντιδράσει με τον εαυτό του με την απώλεια μορίου Η₂Ή, σχηματίζοντας διμερή, trimeros και πολυμερή φωσφορικών οξέων.

Αυτός ο τύπος αντίδρασης καθιστά αυτή την ένωση ικανή να καθιερώσει έναν μεγάλο αριθμό δομών με σκελετούς φωσφόρου και οξυγόνου, από τους οποίους μπορεί επίσης να ληφθεί ένα ευρύ φάσμα γνωστών αλάτων όπως πολυφωσφορικά..

Όσον αφορά την ανακάλυψή του, συντέθηκε το 1694 από τον Robert Boyle, διαλύοντας το P₂Ο₅ (πεντοξείδιο του φωσφόρου) σε νερό. Είναι ένα από τα ανόργανα οξέα με μεγαλύτερη χρησιμότητα, και η λειτουργία του ως λιπάσματος είναι το πιο σημαντικό. Ο φωσφόρος μαζί με το κάλιο και το άζωτο είναι τα τρία κύρια θρεπτικά συστατικά των φυτών.

Ευρετήριο

• 1 Χημική δομή
  • 1.1 Διφωσφορικό οξύ (Η4Ρ2Ο7)
  • 1.2 Πολυφωσφορικά οξέα
  • 1.3 Κυκλικά πολυφωσφορικά οξέα
• 2 Ονοματολογία
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Στόχος
• 3 Ιδιότητες
  • 3.1 Μοριακός τύπος
  • 3.2 Μοριακό βάρος
  • 3.3 Φυσική εμφάνιση
  • 3.4 Σημεία βρασμού και τήξης
  • 3.5 Διαλυτότητα στο νερό
  • 3.6 Πυκνότητα
  • 3.7 Πυκνότητα ατμών
  • 3.8 Αυτόματη ανάφλεξη
  • 3.9 Ιξώδες
  • 3.10 Οξύτητα
  • 3.11 Αποσύνθεση
  • 3.12 Διαβρωτικότητα
  • 3.13 Πολυμερισμός
• 4 Χρήσεις
  • 4.1 Αλάτια φωσφορικών αλάτων και γενικές χρήσεις
  • 4.2 Βιομηχανική
  • 4.3 Οδοντίατροι
  • 4.4 Καλλυντικά
• 5 Σχηματισμός φωσφορικού οξέος
• 6 Κίνδυνοι
• 7 Αναφορές

Χημική δομή

Το φωσφορικό οξύ συνίσταται από δεσμό Ρ = Ο και τρία Ρ-ΟΗ, όπου τα τελευταία είναι οι φορείς των όξινων υδρογόνων που απελευθερώνονται σε ένα μέσο διάλυσης. Με το άτομο φωσφόρου στο κέντρο, τα οξυγόνα αντλούν ένα είδος μοριακού τετραέδρου.

Με αυτό τον τρόπο, το φωσφορικό οξύ μπορεί να εμφανιστεί ως τετράεδρο. Από αυτή την άποψη, τα εν λόγω τετράεδρα (ανά μονάδες Η₃PO₄) αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. δηλαδή, οι κορυφές τους προσεγγίζουν κατά πολύ.

Αυτές οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις επιτρέπουν στο φωσφορικό οξύ να κρυσταλλωθεί σε δύο στερεά: το άνυδρο και το ημιένυδρο (Η₃PO₄· 1 / 2Η₂O), αμφότερα με μονοκλινικά κρυσταλλικά συστήματα. Η άνυδρη μορφή της μπορεί επίσης να περιγραφεί με τον τύπο: 3Η₂O · P₂Ο₅, τι ισοδυναμεί με ένα τριενυδατωμένο πεντοξείδιο του φωσφόρου.

Το τετράεδδρο μπορεί ακόμη και να συνδεθεί ομοιοπολικά, αλλά γι 'αυτή τη μονάδα πρέπει να αφαιρέσει ένα μόριο νερού με αφυδάτωση. Αυτό συμβαίνει όταν το Η₃PO₄ υποβάλλονται σε θέρμανση και κατά συνέπεια παράγει το σχηματισμό πολυφωσφορικών οξέων (ΡΑ).

Διφωσφορικό οξύ (Η₄P₂Ο₇)

Το απλούστερο όλων των ΡΑ είναι το διφωσφορικό οξύ (Η₄P₂Ο₇), επίσης γνωστό ως πυροφωσφορικό οξύ. Η χημική εξίσωση του σχηματισμού της είναι η ακόλουθη:

2Η₃PO₄ <=> H₄P₂Ο₇ + H₂Ο

Η ισορροπία εξαρτάται από την ποσότητα νερού και τη θερμοκρασία. Ποια είναι η δομή της; Στην εικόνα του τμήματος, οι δομές του ορθοφωσφορικού οξέος και του πυροφωσφορικού οξέος απεικονίζονται στην άνω αριστερή γωνία.

Δύο μονάδες συνδέονται ομοιοπολικά με την απομάκρυνση ενός μορίου νερού, σχηματίζοντας μεταξύ τους μία γέφυρα οξυγόνου Ρ-Ο-Ρ. Τώρα υπάρχουν τρία όξινα υδρογόνα, αλλά τέσσερα (τέσσερις -ΟΗ ομάδες). Εξαιτίας αυτού, το Η₄P₂Ο₇ παρουσιάζει τέσσερις σταθερές ιονισμού k_α.

Πολυφωσφορικά οξέα

Η αφυδάτωση μπορεί να συνεχίσει πυροφωσφορικό οξύ, αν του πλανήτη συνεχίζεται. Γιατί; Επειδή κάθε άκρο του μορίου του είναι μία ομάδα ΟΗ αφαιρούμενο ως μόριο νερού, προωθώντας έτσι την περαιτέρω ανάπτυξη του σκελετού Ρ-Ο-Ρ-Ο-Ρ ...

Παραδείγματα αυτών των οξέων είναι τα τριπολυφωσφορικά και τα τετραπολυφωσφορικά οξέα (και τα δύο απεικονίζονται στην εικόνα). Μπορούμε να δούμε πώς ο σκελετός Ρ-Ο-Ρ εκτείνεται σε ένα είδος αλυσίδας που σχηματίζεται από τετράεδρα.

Αυτές οι ενώσεις μπορούν να αντιπροσωπεύονται από τον τύπο ΗΟ (ΡΟ₂ΟΗ)_xH, όπου το HO είναι το αριστερό άκρο που μπορεί να αφυδατωθεί. PO₂ΟΗ είναι ο σκελετός φωσφόρου με τους δεσμούς Ρ = Ο και ΟΗ. και χ είναι οι μονάδες ή τα μόρια των φωσφορικών οξέων που είναι απαραίτητα για να ληφθεί η εν λόγω αλυσίδα.

Όταν αυτές οι ενώσεις εξουδετερώνονται πλήρως με μια βάση, προέρχονται τα λεγόμενα πολυφωσφορικά. Ανάλογα με τα κατιόντα που τα περιβάλλουν, σχηματίζουν μια μεγάλη ποικιλία αλάτων πολυφωσφορικών.

Από την άλλη πλευρά, εάν αντιδρούν με αλκοόλες ROH, τα υδρογόνα του σκελετού τους αντικαθίστανται από τους υποκαταστάτες αλκυλίου R-. Έτσι, προκύπτουν οι εστέρες φωσφορικού (ή πολυφωσφορικού): RO (PO₂OR)_xΑ. Αρκεί να αντικαταστήσουμε το H για R σε όλες τις δομές της εικόνας του τμήματος για να τις αποκτήσουμε.

Κυκλικά πολυφωσφορικά οξέα

Οι αλυσίδες Ρ-Ο-Ρ μπορούν ακόμη να κλείσουν σε κύκλους δακτυλίου ή φωσφόρου. Το απλούστερο αυτού του τύπου ένωσης είναι το τριμεταφωσφορικό οξύ (πάνω δεξιά γωνία της εικόνας). Έτσι, οι ΡΑ μπορούν να είναι γραμμικές, κυκλικές. ή εάν οι δομές τους παρουσιάζουν και τους δύο τύπους, διακλαδισμένες.

Ονοματολογία

Η ονοματολογία του φωσφορικού οξέος καθορίζεται από την IUPAC και τον ορισμό των τριμερών αλάτων των οξο-οξέων.

Επειδή στο Η₃PO₄ το άτομο του Ρ έχει το σθένος +5, την υψηλότερη τιμή, το οξύ του αποδίδεται το suffix -ico στο πρόθεμα φωσφόρου-.

Ορθο

Εντούτοις, το φωσφορικό οξύ επίσης συνήθως αναφέρεται ως ορθοφωσφορικό οξύ. Γιατί; Επειδή η λέξη «ortho» είναι ελληνική και σημαίνει «αλήθεια». τι θα είχε ως αποτέλεσμα την "αληθινή" ή "πιο ενυδατωμένη" μορφή του.

Όταν ο φωσφορικός ανυδρίτης ενυδατώνεται με περίσσεια νερού (Ρ₄Ο₁₀, το φωσφορο "καπάκι" της εικόνας παραπάνω) παράγεται₃PO₄ (3Η₂O · P₂Ο₅). Έτσι, το ορθό πρόθεμα αποδίδεται στα οξέα που σχηματίζονται με άφθονο νερό.

Πίρο

Το πρόθεμα πυρο αναφέρεται σε όλες οι ενώσεις προέκυψε μετά την εφαρμογή θερμότητας, δεδομένου ότι η πυροφωσφορικό οξύ προκύπτει από τη θερμική αφυδάτωση του φωσφορικού οξέος. Ως εκ τούτου ονομάζεται πυροφωσφορικό οξύ (2Η)₂O · P₂Ο₅).

Στόχος

Το πρόθεμα meta, που είναι και ελληνική λέξη, σημαίνει 'μετά'. Προστίθεται σε εκείνες τις ουσίες των οποίων ο τύπος έχει εξαλείψει ένα μόριο, στην περίπτωση αυτή, το νερό:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂Ο

Σημειώστε ότι αυτή τη φορά η προσθήκη δύο φωσφορικών μονάδων δεν εμφανίζεται να σχηματίζει το διφωσφορικό οξύ, αλλά αντ 'αυτού λαμβάνεται μεταφωσφορικό οξύ (από το οποίο δεν υπάρχουν στοιχεία για την ύπαρξή του)..

Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτό το οξύ μπορεί να περιγραφεί ως Η₂O · P₂Ο₅ (παρόμοιο με το hemidrato, πολλαπλασιάζοντας την HPO₃ για 2). Το πρόθεμα meta έρχεται άψογα σύμφωνα με την κυκλική ΡΑ, επειδή αν το τριφωσφορικό οξύ αφυδατώνει, αλλά δεν προσθέτει άλλη μονάδα Η₃PO₄ για να γίνει τετραφωσφορικό οξύ, τότε πρέπει να σχηματίσει δακτύλιο.

Και αυτό συμβαίνει με άλλα πολυμεταφωσφορικά οξέα, αν και η IUPAC συνιστά να τα ονομάζουμε ως κυκλικές ενώσεις των αντίστοιχων ΡΑ.

Ιδιότητες

Μοριακός τύπος

H₃PO₄

Μοριακό βάρος

97,994 g / mol

Φυσική εμφάνιση

Στη στερεά του μορφή παρουσιάζει ορθορομβικά, υγροσκοπικά και διαφανή κρύσταλλα. Υπό την υγρή μορφή, είναι κρυσταλλική της εμφάνισης ενός ιξώδους σιροπιού.

Εμπορικά επιτυγχάνεται σε υδατικό διάλυμα με συγκέντρωση 85% β / β. Σε όλες αυτές τις παρουσιάσεις στερείται οσμής.

Σημεία βρασμού και τήξης

158 ° C (316 ° F έως 760 mmHg).

108º F (42,2º C).

Διαλυτότητα στο νερό

548 g / 100 g Η₂Ή στους 20ºC. 369,4 g / 100 ml στους 0,5 ° C. 446 g / 100 m έως 14,95 ° C.

Πυκνότητα

1,892 g / cm³ (στερεό). 1,841 g / cm³ (Διάλυμα 100%). 1,685 g / cm³ (85% διάλυμα). 1,334 g / cm³ 50% διάλυμα) στους 25 ° C.

Πυκνότητα ατμών

Σχετικά με τον αέρα 3,4 (αέρας = 1).

Αυτόματη ανάφλεξη

Δεν είναι εύφλεκτο.

Ιξώδες

3.86 mPoise (διάλυμα 40% στους 20 ° C).

Οξύτητα

ρΗ: 1,5 (διάλυμα 0,1 Ν σε νερό)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 και pKa3 = 12,319. Κατά συνέπεια, το υδρογόνο συν το οξύ είναι το πρώτο.

Αποσύνθεση

Όταν θερμαίνεται, απελευθερώνει οξείδια φωσφόρου. Εάν η θερμοκρασία ανέλθει στους 213 ° C ή περισσότερο, γίνεται πυροφωσφορικό οξύ (H₄P₂Ο₇).

Διαβρωτικότητα

Διαβρωτικό σε σιδηρούχα μέταλλα και αλουμίνιο. Όταν αντιδρά με αυτά τα μέταλλα, παράγεται το αέριο καύσιμο υδρογόνο.

Πολυμερισμός

Πολυμερίζεται βίαια με αζω ενώσεις, εποξείδια και πολυμεριζόμενες ενώσεις.

Χρησιμοποιεί

Φωσφορικά άλατα και γενικές χρήσεις

-Το φωσφορικό οξύ χρησιμεύει ως βάση για την επεξεργασία των φωσφορικών αλάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται ως λιπάσματα, επειδή ο φώσφορος αποτελεί βασική θρεπτική ουσία των φυτών.

-Έχει χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία δηλητηρίασης με μόλυβδο και άλλων καταστάσεων στις οποίες απαιτούνται σημαντικές ποσότητες φωσφορικών αλάτων και η παραγωγή ήπιας οξέωσης.

-Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του pH της ουροποιητικής οδού του βιζόν και των δαπανών για να αποφευχθεί ο σχηματισμός λίθων νεφρών.

-Το φωσφορικό οξύ προέρχεται από άλατα Na₂HPO₄ και NaH₂PO₄ τα οποία αποτελούν ένα ρυθμιστικό σύστημα για ρΗ με ρΚα 6.8. Αυτό το ρυθμιστικό σύστημα του ρΗ υπάρχει στον άνθρωπο, που έχει σημασία στη ρύθμιση του ενδοκυτταρικού ρΗ, καθώς και στη διαχείριση της συγκέντρωσης υδρογόνου στα απομακρυσμένα σωληνάρια και στον συλλέκτη των νεφρών..

-Χρησιμοποιείται στην απομάκρυνση του χυτευμένου στρώματος οξειδίου σιδήρου που συσσωρεύεται σε αυτό το μέταλλο. Το φωσφορικό οξύ σχηματίζει φωσφορικό σίδηρο το οποίο μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί από την επιφάνεια του μετάλλου. Χρησιμοποιείται επίσης στην ηλεκτρική στίλβωση αλουμινίου και είναι ένας συνδετικός παράγοντας πυρίμαχων προϊόντων όπως η αλουμίνα και η μαγνησία.

Βιομηχανική

-Το φωσφορικό οξύ προορίζεται ως καταλυτικός παράγοντας στην κατασκευή νάιλον και βενζίνης. Χρησιμοποιείται ως μέσο αφυδάτωσης σε λιθογραφική χάραξη, στην κατασκευή βαφών για χρήση στην κλωστοϋφαντουργία, στη διαδικασία πήξης λατέξ στη βιομηχανία ελαστικού και στον καθαρισμό υπεροξειδίου του υδρογόνου.

-Το οξύ χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στα αναψυκτικά, συμβάλλοντας έτσι στη γεύση του. Το αραιωμένο εφαρμόζεται στη διαδικασία εξευγενισμού της ζάχαρης. Λειτουργεί επίσης ως ρυθμιστικό σύστημα για την παρασκευή ζαμπόν, ζελατίνης και αντιβιοτικών.

-Συμμετέχει στην ανάπτυξη απορρυπαντικών, στην όξινη κατάλυση της παραγωγής ακετυλενίου.

-Χρησιμοποιείται ως μέσο οξίνισης σε ισορροπημένες ζωοτροφές για τη βιομηχανία κτηνοτροφίας και τα κατοικίδια ζώα. Η φαρμακευτική βιομηχανία το χρησιμοποιεί στην παρασκευή αντιεμετικών φαρμάκων. Χρησιμοποιείται επίσης σε ένα μείγμα για την κατασκευή ασφάλτου για την προετοιμασία του εδάφους και την αποκατάσταση των ρωγμών.

-Το φωσφορικό οξύ δρα ως καταλύτης στην αντίδραση ενυδάτωσης αλκενίων για την παραγωγή αλκοόλης, κυρίως αιθανόλης. Επιπλέον, χρησιμοποιείται στον προσδιορισμό του οργανικού άνθρακα στα εδάφη.

Οδοντιατρική

Χρησιμοποιείται από τους οδοντιάτρους για να καθαρίσει και να ρυθμίσει την επιφάνεια του δοντιού πριν από την τοποθέτηση των οδοντικών στηριγμάτων. Χρησιμοποιεί επίσης λεύκανση δοντιών και αφαίρεση οδοντικών πλακών. Επιπλέον, χρησιμοποιείται στην κατασκευή συγκολλητικών ουσιών για οδοντικές προθέσεις.

Καλλυντικά

Το φωσφορικό οξύ χρησιμοποιείται για την ρύθμιση του pH στην παρασκευή καλλυντικών προϊόντων και για την περιποίηση του δέρματος. Χρησιμοποιείται ως χημικό οξειδωτικό μέσο για την παραγωγή ενεργού άνθρακα.

Σχηματισμός φωσφορικού οξέος

-Το φωσφορικό οξύ παρασκευάζεται από πετρώματα φωσφορικού τύπου απατίτη με πέψη με πυκνό θειικό οξύ:

Ca₃(PO₄)₂    +       3 Η₂Έτσι₄      +       6 Η₂Ο => 2Η₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2Η₂Ο)

Το φωσφορικό οξύ που αποκτάται σε αυτή την αντίδραση είναι χαμηλής καθαρότητας, έτσι υποβάλλεται σε διαδικασία καθαρισμού που περιλαμβάνει τεχνικές καταβύθισης, εκχύλισης με διαλύτη, κρυστάλλωση και ανταλλαγή ιόντων..

-Το φωσφορικό οξύ μπορεί να παραχθεί με διάλυση πεντοξειδίου του φωσφόρου σε βραστό νερό.

-Μπορεί επίσης να ληφθεί με θέρμανση φωσφόρου με μίγμα αέρα και υδρατμών:

P₄ (1) + 5Ο₂ (g) => Ρ₄Ο₁₀ (ες)

P₄Ο₁₀ (ων) + Η₂O (g) => 4Η₃PO₄ (ΐ)

Κίνδυνοι

-Επειδή η τάση ατμών της είναι χαμηλή σε θερμοκρασία δωματίου, είναι απίθανο οι εισπνοές ατμών να εισπνευστούν, εκτός εάν ψεκαστεί το οξύ. Εάν ναι, τα συμπτώματα της εισπνοής περιλαμβάνουν: βήχα, πονόλαιμο, δύσπνοια και δυσκολία στην αναπνοή.

-Η βιβλιογραφία αναφέρει την περίπτωση ενός ναυτικού που εκτέθηκε σε ατμούς φωσφορικού οξέος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Έπασχε από γενική αδυναμία, ξηρό βήχα, πόνο στο στήθος και αναπνευστικά προβλήματα. Μετά από ένα έτος έκθεσης, παρατηρήθηκε δυσλειτουργία αντιδραστικών αεραγωγών.

-Η επαφή του δέρματος με φωσφορικό οξύ μπορεί να προκαλέσει ερυθρότητα, πόνο, φλύκταινες και εγκαύματα στο δέρμα.

-Η επαφή του οξέος με τα μάτια, ανάλογα με τη συγκέντρωσή του και τη διάρκεια της επαφής, μπορεί να προκαλέσει σε αυτές διαβρωτικές βλάβες ιστού ή σοβαρά εγκαύματα με μόνιμη βλάβη στα μάτια..

-Η κατάποση οξέος προκαλεί έγκαυμα στο στόμα και στο λαιμό, αίσθημα καύσου πέρα ​​από το στέρνο, κοιλιακό άλγος, έμετο, σοκ και κατάρρευση.

Αναφορές

1. Βασιλική Εταιρεία Χημείας. (2015). Φωσφορικό οξύ. Από: chemspider.com
2. Καναδικό Κέντρο για την Υγεία και την Ασφάλεια στην Εργασία. (1999). Φωσφορικό οξύ - Επιδράσεις στην υγεία. Από: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Φωσφορικό οξύ "Ποικιλία χρήσεων αυτής της χημικής ένωσης." Λαμβάνεται από: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown και James R. Lehr. (1955). Δομή του κρυσταλλικού φωσφορικού οξέος. J. Am., Chem.Soc., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Φωσφορικά οξέα και φωσφορικά. Λαμβάνεται από: en.wikipedia.org
6. Η επιστήμη είναι διασκεδαστική. Μάθετε για το φωσφορικό οξύ. [PDF] Από: scifun.chem.wisc.edu