Foszforsav (H3PO4) szerkezet, nómenklatúra, tulajdonságok, felhasználások

az foszforsav  egy foszfor-oxo-sav, amelynek kémiai képlete H₃PO₄. Olyan ásványi savból áll, amelyben három savas proton kapcsolódik a foszfát anionhoz (PO₄^3-). Bár nem tekinthető erős savnak, annak helytelen használata veszélyt jelenthet az egészségre.

Két állapotban található: szilárd anyagként vastag, orthombombikus kristályok formájában, vagy szirupos megjelenésű kristályos folyadék formájában. Leggyakoribb kereskedelmi bemutatása 85 tömeg / tömeg%, sűrűsége 1,685 g / cm³. Ez a sűrűség a koncentráció kezéből származik.

A savas hidrogének adományozásáért a három OH csoport felel. A szerkezetükben jelenlévő jelenléte miatt különböző sókat képző különböző hidroxidokkal reagálhat.

Nátrium-hidroxid esetében háromféle lehet: nátrium-monobázisos foszfát (NaH)₂PO₄), nátrium-dibázikus foszfát (Na₂MSZH₄) és tribázikus nátrium-foszfát (Na₃PO₄).

Azonban attól függően, hogy melyik bázist alkalmazták semlegesítésére, vagy amely kationok nagyon közel állnak hozzá, más foszfát-sókat képezhet. Ezek közé tartozik a kalcium-foszfát (Ca₃(PO₄)₂), lítium-foszfát (Li₃PO₄), vas (III) -foszfát (FePO)₄), és mások. Mindegyikük foszfát-anion különböző protonálódási fokával rendelkezik.

Másrészről a foszforsav „szétválaszthatja” a kétértékű kationokat, mint a Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ és Mg²⁺. Magas hőmérsékleten önmagában reagálhat egy H molekula elvesztésével₂Vagy dimerek, trímerosok és foszforsavak polimereinek kialakítása.

Ez a fajta reakció lehetővé teszi, hogy ez a vegyület nagy számú foszfor- és oxigénvázzal rendelkező szerkezetet hozzon létre, amelyekből ismert sók, például polifoszfátok széles választéka állítható elő..

A felfedezését illetően Robert Boyle 1694-ben szintetizálta, oldva P₂O₅ (foszfor-pentoxid) vízben. Ez egyike a nagyobb hasznosságú ásványi savaknak, mivel a műtrágya a legfontosabb. A foszfor, valamint a kálium és a nitrogén a növények három fő tápanyaga.

index

• 1 Kémiai szerkezet
  • 1.1 Difoszforsav (H4P2O7)
  • 1.2 Polifoszforsavak
  • 1.3 Ciklikus polifoszforsavak
• 2 Nómenklatúra
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Cél
• 3 Tulajdonságok
  • 3.1 Molekuláris képlet
  • 3.2 Molekulatömeg
  • 3.3 Fizikai megjelenés
  • 3.4 Forrás- és olvadáspontok
  • 3.5 Oldhatóság vízben
  • 3.6 Sűrűség
  • 3.7 Gőzsűrűség
  • 3.8 Automatikus gyújtás
  • 3.9 Viszkozitás
  • 3.10 Savasság
  • 3.11 Bomlás
  • 3.12 Maró hatás
  • 3.13 Polimerizáció
• 4 Felhasználások
  • 4.1 Foszfátok sói és általános felhasználása
  • 4.2 Ipari
  • 4.3 Fogorvosok
  • 4.4 Kozmetikumok
• 5 Foszforsav képződése
• 6 Kockázatok
• 7 Referenciák

Kémiai szerkezet

A foszforsav egy P = O kötésből és három P-OH-ból áll, ahol az utóbbi a feloldódó közegben felszabaduló savas hidrogének hordozói. A közepén lévő foszforatomon az oxigének egyfajta molekuláris tetraédert rajzolnak.

Ily módon a foszforsav tetraéderként látható. Ebből a szempontból a tetraédert (H egységegységenként)₃PO₄) hidrogénkötésekkel kölcsönhatásba lépnek egymással; azaz a csúcsaik szorosan közelítenek.

Ezek az intermolekuláris kölcsönhatások lehetővé teszik, hogy a foszforsav két szilárd anyaggá váljon: a vízmentes és a hemihidrát (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), mindkettő monoklinikus kristályrendszerrel. Vízmentes formája a következő képlettel is leírható: 3H₂O · P₂O₅, ami megegyezik a tri-hidratált foszfor-pentoxiddal.

A tetraéder akár kovalensen is összekapcsolódhat, de ehhez az egyik egységüknek vízzel kell eltávolítania egy vizet. Ez akkor fordul elő, ha a H₃PO₄ fűtésnek van kitéve, és ennek következtében polifoszforsavak (PA) képződését eredményezi..

Difoszforsav (H)₄P₂O₇)

A legegyszerűbb az összes PA a difoszforsav (H)₄P₂O₇), más néven pirofoszforsav. A kialakulásának kémiai egyenlete a következő:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Az egyensúly a víz mennyiségétől és a hőmérséklettől függ. Mi a szerkezete? A szakasz képe az ortofoszforsav és a pirofoszforsav szerkezetét mutatja be a bal felső sarokban.

Két egység kovalensen kötődik, ha egy vizes molekulát eltávolítunk, és P-O-P oxigénhíd keletkezik közöttük. Most három savas hidrogén van, de négy (négy -OH csoport). Emiatt a H₄P₂O₇ az ionizáció négy konstansát mutatja_hogy.

Polifoszforsavak

Ha a melegítés folytatódik, a dehidratáció pirofoszforsavval folytatható. Miért? Molekula mindkét végén egy olyan OH csoport van, amely vízmolekulaként eliminálható, ezáltal elősegítve a P-O-P-O-P csontváz későbbi növekedését ...

Ilyen savak például a tripolifoszforsav és tetrapolifoszforsav (mindkettő a képen látható). Látható, hogy a P-O-P csontváz a tetraéder által alkotott láncban nyúlik ki.

Ezek a vegyületek a HO (PO₂OH)_xH, ahol HO a bal vég, amely dehidratálható. PO₂OH jelentése foszforváz, amely a P = O és OH kötésekkel rendelkezik; és x jelentése a lánc előállításához szükséges foszforsavak egységei vagy molekulái.

Amikor ezeket a vegyületeket egy bázissal teljesen semlegesítjük, úgynevezett polifoszfátok származnak. Attól függően, hogy mely kationok vannak körülvéve, sokféle polifoszfát sót képeznek.

Másrészt, ha az ROH alkohollal reagálnak, a csontvázuk hidrogénatomjai helyettesítik az R- alkil-szubsztituenseket. Így a foszfát (vagy polifoszfát) észterek keletkeznek: RO (PO₂OR)_xA. Elég, ha a H-t R helyettesítjük a kép képének minden struktúrájában, hogy megkapjuk azokat.

Ciklikus polifoszforsavak

A P-O-P láncok akár gyűrűs vagy foszfor-ciklusban is lezárhatók. A legegyszerűbb ilyen típusú vegyület a trimetafoszforsav (a kép jobb felső sarkában). Így a PA-k lehetnek lineárisak, ciklusosak; vagy ha szerkezeteik mindkét típusát elágazóak.

nómenklatúra

A foszforsav-nómenklatúrát az IUPAC szabályozza, és az oxo-savak hármas sóit nevezik.

Mert a H₃PO₄ a P atomjának értéke 5, a legmagasabb érték, a savat a -ico utótaghoz rendelik az előtag foszforjához-.

Orto

A foszforsavat azonban gyakran ortofoszforsavnak is nevezik. Miért? Mert az „orto” szó görög és „igaz”; mi eredményezné annak „valódi” vagy „hidratáltabb” formáját.

Ha a foszforsav-anhidridet feleslegben vízzel hidratáljuk (P₄O₁₀, a fenti kép (H) foszfor "kupakja"₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Így az orto előtagot a bőséges vízzel képzett savakhoz rendeljük.

Piro

A piro előtag az összes hőkezelés után keletkezett vegyületre vonatkozik, mivel a foszforsav termikus dehidratálásából adódik a difoszforsav. Ezért pirofoszforsavat (2H) nevezünk.₂O · P₂O₅).

cél

A meta-előtag, amely szintén görög szó, azt jelenti, hogy „utána”. Hozzáadják azokat az anyagokat, amelyek képlete megszüntette a molekulát, ebben az esetben a vízét:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Megjegyezzük, hogy ezúttal két foszforsav hozzáadása nem történik meg a difoszforsav képződéséhez, hanem a metafoszforsav keletkezik (amelyből nincs bizonyíték annak létezésére)..

Fontos megjegyezni azt is, hogy ez a sav a H₂O · P₂O₅ (hasonlít a hemidrato-hoz, a HPO szorzata₃ 2). Az előtag meta tökéletesen megfelel a ciklikus PA-nak, mert ha a trifoszforsav dehidratál, de nem ad hozzá egy másik H egységet₃PO₄ tetrafoszforsavvá válni, akkor gyűrűt kell alkotnia.

Ez a helyzet más polimetafoszforsavak esetében is, bár az IUPAC azt javasolja, hogy a megfelelő PA ciklikus vegyületekké hívják őket..

tulajdonságok

Molekuláris képlet

H₃PO₄

Molekulatömeg

97,994 g / mol

Fizikai megjelenés

Szilárd formában orthombombikus, higroszkópos és átlátszó kristályokat tartalmaz. A folyékony formában a viszkózus szirup megjelenése kristályos.

A kereskedelmi forgalomban 85 tömeg% koncentrációjú vizes oldatban van. Ezekben a bemutatókban nincs szag.

Forrás- és olvadáspontok

158 ° C (316–760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Oldhatóság vízben

548 g / 100 g H₂Vagy 20 ° C-on; 369,4 g / 100 ml 0,5 ° C-on; 446 g / 100m-14,95 ° C.

sűrűség

1,892 g / cm3³ (Szilárd); 1,841 g / cm3³ (100% -os oldat); 1,685 g / cm3³ (85% -os oldat); 1,334 g / cm3³ 50% -os oldat) 25 ° C-on.

Gőzsűrűség

A levegőhez viszonyítva 3,4 (levegő = 1).

Automatikus gyújtás

Nem gyúlékony.

viszkozitás

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

savanyúság

pH: 1,5 (0,1 N oldat vízben)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 és pKa3 = 12,319. Következésképpen az első a hidrogén és a sav.

bomlás

Fűtéskor foszfor-oxidokat szabadít fel. Ha a hőmérséklet 213 ° C-ra vagy annál magasabbra emelkedik, pirofoszforsavvá válik (H)₄P₂O₇).

maró

Maró hatású vasfémekre és alumíniumra. Ezekkel a fémekkel reagáltatva a hidrogén üzemanyaggáz származik.

polimerizáció

Polimerizálódik azo-vegyületekkel, epoxidokkal és polimerizálható vegyületekkel.

alkalmazások

Foszfát sók és általános felhasználások

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

-Ezt ólommérgezés és egyéb olyan állapotok kezelésére alkalmazták, amelyekben jelentős mennyiségű foszfát szükséges és enyhe acidózis keletkezik..

-A vesék kövének kialakulásának elkerülése érdekében a nyércek vizeletrendszerének és költségeinek szabályozására használják.

-A foszforsav Na-sókat eredményez₂MSZH₄ és NaH₂PO₄ amelyek pH = 6,8-os pKa-értékű pufferrendszert képeznek. Ez a pH-szabályozó rendszer az emberben jelen van, fontos szerepet játszik az intracelluláris pH szabályozásában, valamint a hidrogén koncentrációjának kezelésében a distron tubulusokban és a nephrons gyűjtőben..

-Ezt a fémoxid felhalmozódó vasoxid rétegének eltávolítására használják. A foszforsav vasfoszfátot képez, amely könnyen eltávolítható a fém felületéről. Az alumínium elektromos polírozására is alkalmas, és tűzálló termékek, például alumínium-oxid és magnézium kötőanyaga.

ipari

-A foszforsavat katalizátorként szánjuk a nylon és a benzin gyártásában. Dehidratáló szerként használják a litográfiai gravírozásban, a textiliparban használt festékek gyártásában, a latex koagulálásában a gumiiparban és a hidrogén-peroxid tisztításában..

-A savat üdítőitalok adalékanyagaként használják, ezáltal hozzájárulva annak ízéhez. A hígítás a cukor finomítása során történik. Pufferrendszerként működik a sonka, zselatin és antibiotikumok előállításában.

-Részt vesz a mosószerek kifejlesztésében, az acetilén termelés savas katalízisében.

-Az állattenyésztés és a háziállatok számára kiegyensúlyozott takarmányként használják. A gyógyszeripar az antiemetikus gyógyszerek gyártásánál használja fel. Azt is használják keverékben, hogy aszfaltot készítsen a talaj felépítésére és a repedések javítására.

-A foszforsav katalizátorként működik az alkének hidratálási reakciójában az alkohol, főleg etanol előállítására. Ezenkívül a talajban lévő szerves szén meghatározására használják.

Fogászati

A fogorvosok azt használják, hogy megtisztítsák és megjavítsák a fogfelületet a fogászati ​​támaszok elhelyezése előtt. A fogfehérítésben és a fogtérképek eltávolításában is alkalmazható. Ezenkívül a fogpótlások ragasztóinak gyártásához is használják.

kozmetikum

A foszforsavat a pH beállítására használják a kozmetikai termékek elkészítéséhez és a bőrápoláshoz. Kémiai oxidálószerként használják az aktív szén előállítására.

Foszforsav képződése

-A foszforsavat az apatit típusú foszfátokból koncentrált kénsavval végzett emésztéssel állítják elő:

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

Az ebben a reakcióban kapott foszforsav alacsony tisztaságú, így olyan tisztítási folyamaton megy keresztül, amely magában foglalja a kicsapást, az oldószeres extrakciót, a kristályosítást és az ioncserélő technikákat..

-A foszforsavat úgy állíthatjuk elő, hogy a foszfor-pentoxidot forró vízben oldjuk.

-A foszfor levegő és vízgőz keverékével történő melegítésével is előállítható:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (L)

kockázatok

-Mivel a gőznyomása szobahőmérsékleten alacsony, nem valószínű, hogy a gőzök belélegezhetők, kivéve, ha a savat permetezik. Ha igen, a belélegzés tünetei közé tartozik: köhögés, torokfájás, légszomj és munkahelyi légzés.

-A szakirodalom egy olyan tengerész esetét idézi, aki hosszú ideig foszforsav gőzökkel volt kitéve. Általános gyengeséget, száraz köhögést, mellkasi fájdalmat és légzési problémákat szenvedett el. Egyéves expozíció után reaktív légúti diszfunkciót figyeltek meg.

-A foszforsavval való bőrrel való érintkezés vörösséget, fájdalmat, hólyagokat és bőrégést okozhat.

-A sav és a szem érintkezése a koncentrációtól és az érintkezés időtartamától függően ezekben a korróziós szöveti elváltozásokban vagy súlyos, állandó szemkárosodást okozó égésekben keletkezhet..

-A savak lenyelése a szájban és a torokban éget, a szegycsonton túl égő érzés, hasi fájdalom, hányás, sokk és összeomlás.

referenciák

1. Királyi Kémiai Társaság. (2015). Foszforsav. Készült: chemspider.com
2. Kanadai Munkahelyi Egészségvédelmi és Biztonsági Központ. (1999). Foszforsav - Egészségre gyakorolt ​​hatás. Készült: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Foszforsav "E vegyi vegyület felhasználásának sokfélesége". acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown és James R. Lehr. (1955). A kristályos foszforsav felépítése. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Foszforsavak és foszfátok. Készült: en.wikipedia.org
6. A tudomány szórakoztató, ismerkedjen meg a foszforsavval. [PDF]. Készült: scifun.chem.wisc.edu