Asid fosfat (H3PO4), tatanama, sifat, kegunaan

The asid fosforik  adalah asid oksos fosforus yang mempunyai formula kimia H₃PO₄. Ia terdiri daripada asid mineral di mana tiga proton berasid dikaitkan dengan anion fosfat (PO₄^3-). Walaupun ia tidak dianggap sebagai asid yang kuat, penggunaannya yang tidak betul boleh membahayakan kesihatan.

Ia boleh didapati di dua negeri: sebagai pepejal dalam bentuk kristal ortorombik tebal, atau cairan kristal penampilan syrupy. Persembahan komersil yang paling biasa mempunyai kepekatan 85% w / w dan kepadatan 1.685 g / cm³. Ketumpatan ini berasal dari kepekatan.

Tiga kumpulan OH bertanggungjawab untuk mendermakan hidrogen berasid. Oleh kerana kehadiran mereka dalam strukturnya, ia boleh bertindak balas dengan hidroksida yang berbeza menyebabkan beberapa garam.

Dalam kes natrium hidroksida, ia boleh membentuk tiga: sodium monobasic fosfat (NaH)₂PO₄), natrium dibasic fosfat (Na₂HPO₄) dan natrium fosfat suku (Na₃PO₄).

Walau bagaimanapun, bergantung kepada asas yang digunakan untuk peneutralannya, atau kationnya sangat dekat dengannya, ia boleh membentuk garam fosfat yang lain. Antaranya ialah: kalsium fosfat (Ca₃(PO₄)₂), lithium fosfat (Li₃PO₄), feros fosfat (FePO₄), dan lain-lain. Setiap satu dengan darjah protonasi anion fosfat yang berbeza.

Sebaliknya, asid fosforik dapat "meresap" kation-kation seperti Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ dan Mg²⁺. Pada suhu tinggi ia dapat bertindak balas dengan kehilangan molekul H₂Atau, membentuk dimer, trimer dan polimer asid fosforik.

Ini jenis reaksi menjadikan sebatian ini mampu untuk mewujudkan sejumlah besar struktur rangka fosforus dan oksigen, yang juga terdapat pelbagai garam dikenali sebagai polyphosphates.

Mengenai penemuannya, ia disintesis pada tahun 1694 oleh Robert Boyle, membubarkan P₂O₅ (fosforus pentoxide) di dalam air. Ia adalah salah satu asid mineral dengan utiliti yang lebih besar, kerana fungsinya sebagai baja yang paling penting. Fosforus, bersama dengan kalium dan nitrogen adalah tiga nutrien utama tumbuhan.

Indeks

• 1 Struktur kimia
  • 1.1 asid Diphosphoric (H4P2O7)
  • 1.2 Asid polifosfat
  • 1.3 Asid polifosporfik siklik
• 2 tatanama
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Matlamat
• 3 Hartanah
  • 3.1 Formula molekul
  • 3.2 Berat molekul
  • 3.3 Penampilan fizikal
  • 3.4 Titik didih dan lebur
  • 3.5 Keterlarutan dalam air
  • 3.6 Ketumpatan
  • 3.7 Ketumpatan wap
  • 3.8 Pencucuhan auto
  • 3.9 Kelikatan
  • 3.10 Keasidan
  • 3.11 Penguraian
  • 3.12 Korosi
  • 3.13 Polimerisasi
• 4 Kegunaan
  • 4.1 Garam fosfat dan kegunaan am
  • 4.2 Perindustrian
  • 4.3 Doktor gigi
  • 4.4 Kosmetik
• 5 Pembentukan asid fosforik
• 6 Risiko
• 7 Rujukan

Struktur kimia

Asid fosforik terdiri daripada ikatan P = O dan tiga P-OH, di mana kedua adalah pembawa hidrogens asid yang dikeluarkan dalam medium pembubaran. Dengan atom fosfor di tengah, oxygens menarik sejenis tetrahedron molekul.

Dengan cara ini, asid fosforik boleh digambarkan sebagai tetrahedron. Dari perspektif ini, tetrahedra (setiap unit H₃PO₄) berinteraksi antara satu sama lain melalui ikatan hidrogen; iaitu, titik-titik mereka hampir berkekalan.

Interaksi intermolecular ini membolehkan asid fosforik untuk mengkristal menjadi dua pepejal: anhidrat dan hemihydrate (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), kedua-duanya dengan sistem kristal monoklinik. Bentuk anhydrousnya juga boleh dijelaskan dengan formula: 3H₂O · P₂O₅, apa yang sama dengan fosforus pentoxide tri-terhidrat.

Tetrahedra boleh dikaitkan dengan kovalen, tetapi untuk unit ini mesti mengeluarkan molekul air dengan dehidrasi. Ini berlaku apabila H₃PO₄ ia tertakluk kepada pemanasan, dan akibatnya ia menghasilkan pembentukan asid polifosfat (PA).

Asid Diphosphoric (H₄P₂O₇)

Yang paling mudah dari semua PA adalah asid diphosphoric (H₄P₂O₇), juga dikenali sebagai asid pyrophosphoric. Persamaan kimia pembentukannya adalah sebagai berikut:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Baki bergantung kepada jumlah air dan suhu. Apakah strukturnya? Dalam imej bahagian, struktur asid orthophosphoric dan asid pirofosforik digambarkan di sudut kiri atas.

Dua unit terikat kovalen dengan mengeluarkan satu molekul air, membentuk jambatan oksigen P-O-P di antara mereka. Sekarang terdapat tiga hidrogen asid, tetapi empat (empat -OH kumpulan). Kerana ini, H₄P₂O₇ membentangkan empat pemalar k ionisasi_a.

Asid polifosfat

Dehidrasi boleh meneruskan asid pyrophosphoric jika pemanasan berterusan. Mengapa? Kerana pada setiap akhir molekulnya terdapat kumpulan OH yang dapat dihapuskan sebagai molekul air, sehingga mempromosikan pertumbuhan selanjutnya dari kerangka P-O-P-O-P ...

Contoh-contoh asid ini adalah asid tripolifosfat dan tetrapoliposforat (kedua-duanya digambarkan dalam imej). Ia dapat dilihat bagaimana kerangka P-O-P terbentang dalam sejenis rantai yang dibentuk oleh tetrahedra.

Sebatian ini boleh diwakili oleh formula HO (PO₂OH)_xH, di mana HO adalah hujung kiri yang boleh dikeringkan. PO₂OH adalah rangka fosforus dengan ikatan P = O dan OH; dan x adalah unit atau molekul asid fosforik yang diperlukan untuk mendapatkan rantaian tersebut.

Apabila sebatian ini dinetralkan dengan asas sepenuhnya, yang dipanggil polifosfat berasal. Bergantung pada kation yang mengelilinginya, mereka membentuk pelbagai garam poliposfat.

Sebaliknya, jika mereka bertindak balas dengan alkohol ROH, hidrogen kerangka mereka digantikan oleh substituen alkil R-. Oleh itu, ester fosfat (atau polifosfat) timbul: RO (PO₂ATAU)_xA. Ia cukup untuk menggantikan H untuk R dalam semua struktur imej bahagian untuk mendapatkannya.

Asid polifosporfik siklik

Rangkaian P-O-P juga boleh ditutup dalam kitaran cincin atau fosforik. Yang paling mudah dari sebatian ini adalah asid trimetaphosphoric (sudut kanan atas imej). Oleh itu, PA boleh menjadi linear, kitaran; atau jika struktur mereka mempamerkan kedua-dua jenis, bercabang.

Tatanama

Nomenklatur asam fosforat dikuasai oleh IUPAC dan bagaimana garam ternary asid okso dinamakan.

Kerana dalam H₃PO₄ atom P mempunyai valensi +5, nilai tertinggi, asidnya ditugaskan akhiran -ico untuk awalan fosfor-.

Ortho

Walau bagaimanapun, asid fosforik juga lazimnya dirujuk sebagai asid ortofosor. Mengapa? Kerana perkataan 'ortho' adalah bahasa Yunani dan bermaksud 'benar'; apa yang akan menghasilkan bentuk "benar" atau "lebih terhidrat" daripadanya.

Apabila anhidrida fosforik dihidrasi dengan lebihan air (P.₄O₁₀, "topi" fosfor imej di atas) H dihasilkan₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Oleh itu, awalan orto ditugaskan kepada asid-asid yang terbentuk dengan air yang banyak.

Piro

The pyro awalan merujuk kepada semua sebatian menyebabkan selepas permohonan haba, kerana asid pyrophosphoric timbul daripada dehidrasi haba asid fosforik. Ia dipanggil asid oleh itu pyrophosphoric (2H₂O · P₂O₅).

Matlamat

Awalan meta, yang juga perkataan Yunani, bermakna 'selepas'. Ia ditambah kepada bahan yang formulanya telah menghapuskan molekul, dalam kes ini, bahawa air:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Ambil perhatian bahawa masa ini ada berlaku penambahan dua unit phosphor untuk membentuk asid pyrophosphoric, tetapi asid bukannya metaphosphoric diperolehi (yang ada bukti kewujudannya).

Ia juga penting untuk diperhatikan bahawa asid ini boleh digambarkan sebagai H₂O · P₂O₅ (sama dengan hemidrato, mengalikan HPO₃ untuk 2). Meta awalan datang dengan sempurna mengikut PA kitaran, kerana jika asid trifosfat dehidrat, tetapi tidak menambah unit lain H₃PO₄ untuk menjadi asid tetraphosphoric, maka ia mesti membentuk cincin.

Dan ini berlaku dengan asid polimetfosfat lain, walaupun IUPAC mengesyorkan memanggil mereka sebagai sebatian kitaran PA yang sama.

Hartanah

Formula molekul

H₃PO₄

Berat molekul

97,994 g / mol

Penampilan fizikal

Dalam bentuk pepejal ia mempersembahkan kristal ortorombik, hygroscopic dan transparan. Di bawah bentuk cecair ia adalah kristal dari penampilan sirap likat.

Secara komersil ia dicapai dalam larutan akueus dengan kepekatan 85% w / w. Dalam semua persembahan ini tidak ada bau.

Titik didih dan lebur

158ºC (316ºF hingga 760 mmHg).

108º F (42.2º C).

Kelarutan dalam air

548 g / 100 g H₂Atau pada 20º C; 369.4 g / 100 ml pada 0.5 ° C; 446 g / 100m hingga 14.95ºC.

Ketumpatan

1,892 g / cm³ (pepejal); 1,841 g / cm³ (Penyelesaian 100%); 1,685 g / cm³ (Penyelesaian 85%); 1,334 g / cm³ 50% penyelesaian) pada 25ºC.

Ketumpatan wap

Berkenaan dengan udara 3,4 (udara = 1).

Pencucuhan auto

Ia tidak mudah terbakar.

Kelikatan

3.86 mPoise (penyelesaian 40% pada 20º C).

Keasidan

pH: 1.5 (larutan 0.1 N dalam air)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 dan pKa3 = 12,319. Oleh itu, hidrogen ditambah asid adalah yang pertama.

Penguraian

Apabila dipanaskan, ia mengeluarkan oksida fosforus. Sekiranya suhu meningkat kepada 213 ° C atau lebih, ia menjadi asid pyrophosphoric (H₄P₂O₇).

Kerosakan

Corrosive to ferrous metals and aluminum. Apabila bertindak balas dengan logam-logam ini, gas bahan api hidrogen berasal.

Pempolimeran

Polimer polimer dengan sebatian azo, epoksida dan sebatian polimerizable.

Kegunaan

Garam fosfat dan kegunaan am

-Asid fosforik berfungsi sebagai asas untuk penghuraian fosfat, yang digunakan sebagai baja kerana fosforus adalah nutrien utama tumbuhan.

-Ia telah digunakan dalam rawatan keracunan plumbum dan syarat-syarat lain di mana sejumlah besar fosfat diperlukan dan pengeluaran asidosis ringan.

-Ia digunakan untuk mengawal pH saluran kencing dan perbelanjaan kencing untuk mengelakkan pembentukan batu ginjal.

-Asid fosforik berasal daripada garam Na₂HPO₄ dan NaH₂PO₄ yang membentuk sistem penampan untuk pH dengan pKa 6.8. Sistem pengawalan pH ini terdapat di dalam manusia, yang mempunyai kepentingan dalam pengawalan pH intraselular, serta dalam pengurusan kepekatan hidrogen di tubulus distal dan pemungut nefrons..

-Ia digunakan untuk menghilangkan lapisan oksida besi yang berkumpul di logam ini. Asid fosforik membentuk fosfat besi yang mudah dikeluarkan dari permukaan logam. Ia juga digunakan dalam penggilap elektrik aluminium dan merupakan ejen mengikat produk refraktori seperti alumina dan magnesia.

Perindustrian

-Asid fosforik ditujukan sebagai agen pemangkin dalam pembuatan nilon dan petrol. Ia digunakan sebagai ejen dehidrasi dalam ukiran lithographic, dalam pembuatan pewarna untuk digunakan dalam industri tekstil, dalam proses pembekuan getah dalam industri getah dan dalam pemurnian hidrogen peroksida.

-Asid digunakan sebagai bahan tambahan dalam minuman ringan, yang menyumbang kepada rasa. Dilarutkan digunakan dalam proses penapisan gula. Ia juga berfungsi sebagai sistem penyangga dalam penyediaan ham, gelatin dan antibiotik.

-Terlibat dalam pembangunan detergen, dalam pemangkinan asid pengeluaran asetilena.

-Ia digunakan sebagai penghasil asid dalam makanan seimbang untuk industri ternakan dan binatang peliharaan. Industri farmaseutikal menggunakannya dalam pembuatan ubat-ubatan antiemetik. Ia juga digunakan dalam campuran untuk membuat asfalt untuk membuka tanah dan membaiki keretakan.

-Asid fosfat bertindak sebagai pemangkin dalam reaksi penghidratan alkenes untuk menghasilkan alkohol, terutamanya etanol. Di samping itu, ia digunakan dalam penentuan karbon organik dalam tanah.

Pergigian

Ia digunakan oleh doktor gigi untuk membersihkan dan membuang permukaan gigi sebelum penempatan pergigian. Ia juga digunakan dalam pemutihan gigi dan dalam penyingkiran plak gigi. Di samping itu, ia digunakan dalam pembuatan pelekat untuk prostesis pergigian.

Kosmetik

Asid fosforik digunakan untuk menyesuaikan pH dalam penyediaan produk kosmetik dan untuk penjagaan kulit. Ia digunakan sebagai agen pengoksidaan kimia untuk pengeluaran karbon diaktifkan.

Pembentukan asid fosforik

-Asid fosforik disediakan dari batuan fosfat apatite dengan pencernaan dengan asid sulfurik pekat:

Ca₃(PO₄)₂    +       3 H₂SO₄      +       6 H₂O => 2 H₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂O)

Asid fosforik yang diperolehi dalam tindak balas ini adalah kesucian yang rendah, sehingga ia menjalani proses penyucian yang meliputi pemendakan, pengekstrakan pelarut, teknik penghabluran dan pertukaran ion..

-Asid fosforik boleh dihasilkan dengan melarutkan phosphorous pentoxide dalam air mendidih.

-Ia juga boleh didapati dengan memanaskan fosforus dengan campuran udara dan wap air:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄O₁₀ (s)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (l)

Risiko

-Kerana tekanan wapnya rendah pada suhu bilik, tidak mungkin wapnya dapat dihirup, kecuali asid disembur. Jika ya, gejala penyedutan termasuk: batuk, sakit tekak, sesak nafas dan bernafas.

-Sastera memetik kes pelayar yang terdedah kepada wap asid fosforik untuk jangka masa yang panjang. Beliau mengalami kelemahan umum, batuk kering, sakit dada dan masalah pernafasan. Selepas satu tahun pendedahan, disfungsi saluran udara reaktif diperhatikan.

-Sentuhan kulit dengan asid fosforik boleh menyebabkan kemerahan, sakit, lepuh dan luka bakar kulit.

-Hubungan asid dengan mata, bergantung kepada kepekatannya dan tempoh hubungannya, boleh menghasilkan dalamnya, luka-luka tisu yang mengakis atau luka parah dengan kerosakan mata kekal..

-Pengambilan asam menyebabkan terbakar di dalam mulut dan tekak, sensasi terbakar di luar tulang belakang, sakit perut, muntah, kejutan dan keruntuhan.

Rujukan

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Asid fosforik. Diambil dari: chemspider.com
2. Pusat Kesihatan dan Keselamatan Pekerjaan Kanada. (1999). Asid fosforik - Kesan ke atas Kesihatan. Diambil dari: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Asid fosforik "Pelbagai Kegunaan Senyawa Kimia Ini." Diambil daripada: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown, dan James R. Lehr. (1955). Struktur Crystalline Acid Phosphoric. J. Am Chem. Soc 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Asid fosforik dan fosfat. Diambil dari: en.wikipedia.org
6. Sains adalah Fun. Pelajari Mengenai Asid Fosforik. [PDF] Diambil dari: scifun.chem.wisc.edu