Štruktúra kyseliny fosforečnej (H3PO4), názvoslovie, vlastnosti, použitia

kyselina fosforečná  je oxokyselina fosforu, ktorá má chemický vzorec H₃PO₄. Skladá sa z minerálnej kyseliny, v ktorej sú tri kyslé protóny viazané na fosfátový anión (PO₄^3-). Hoci sa nepovažuje za silnú kyselinu, jej nesprávne použitie môže predstavovať riziko pre zdravie.

Možno ho nájsť v dvoch stavoch: ako pevná látka vo forme hustých ortorombických kryštálov alebo kryštalická kvapalina so sirupovým vzhľadom. Jeho najbežnejšia komerčná prezentácia má koncentráciu 85% hmotn. A hustotu 1,685 g / cm³. Táto hustota pochádza z ruky koncentrácie.

Tri OH skupiny sú zodpovedné za darovanie kyslých vodíkov. Vďaka ich prítomnosti vo svojej štruktúre môže reagovať s rôznymi hydroxidmi, ktoré spôsobujú niekoľko solí.

V prípade hydroxidu sodného môže tvoriť tri: hydrogenfosforečnan sodný (NaH)₂PO₄), hydrogenfosforečnan sodný (Na₂HPO₄) a tribázického fosforečnanu sodného (Na₃PO₄).

Avšak v závislosti od toho, ktorá báza sa používa na jeho neutralizáciu alebo ktoré katióny sú k nej veľmi blízko, môže tvoriť ďalšie soli fosfátov. Medzi nimi sú: fosforečnan vápenatý (Ca₃(PO₄)₂), fosforečnanu lítneho (Li₃PO₄), fosforečnan železitý (FePO)₄) a iné. Každý z nich má rôzne stupne protonácie fosfátového aniónu.

Na druhej strane, kyselina fosforečná môže "sekvestrovať" dvojmocné katióny, ako je Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ a Mg²⁺. Pri zvýšených teplotách môže reagovať sám so stratou molekuly H₂Alebo vytvorenie dimérov, trímerov a polymérov kyseliny fosforečnej.

Týmto typom reakcie je táto zlúčenina schopná vytvoriť veľké množstvo štruktúr s kostrou fosforu a kyslíka, z ktorých je možné získať širokú škálu známych solí, ako sú napríklad polyfosfáty..

Pokiaľ ide o jeho objav, bol syntetizovaný v roku 1694 Robert Boyle, rozpustenie P₂O₅ (oxid fosforečný) vo vode. Je to jedna z minerálnych kyselín s väčšou užitočnosťou, ktorá je najdôležitejšou funkciou hnojiva. Fosfor spolu s draslíkom a dusíkom sú tri hlavné živiny rastlín.

index

• 1 Chemická štruktúra
  • 1.1 Kyselina difosforečná (H4P2O7)
  • 1.2 Kyseliny polyfosforečné
  • 1.3 Cyklické kyseliny polyfosforečné
• 2 Nomenklatúra
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Cieľ
• 3 Vlastnosti
  • 3.1 Molekulárny vzorec
  • 3.2 Molekulová hmotnosť
  • 3.3 Fyzický vzhľad
  • 3.4 Teploty varu a teploty topenia
  • 3.5 Rozpustnosť vo vode
  • 3.6 Hustota
  • 3.7 Hustota pár
  • 3.8 Automatické zapaľovanie
  • 3.9 Viskozita
  • 3.10 Kyslosť
  • 3.11 Rozklad
  • 3.12 Žieravosť
  • 3.13 Polymerizácia
• 4 Použitie
  • 4.1 Soli fosfátov a všeobecné použitie
  • 4.2 Priemysel
  • 4.3 Zubní lekári
  • 4.4 Kozmetika
• 5 Tvorba kyseliny fosforečnej
• 6 Riziká
• 7 Referencie

Chemická štruktúra

Kyselina fosforečná sa skladá z P = O väzby a troch P-OH, pričom posledne uvedené sú nosičmi kyslých vodíkov uvoľnených v rozpúšťacom médiu. S atómom fosforu v strede, kyslíky čerpajú druh molekulárneho tetraedra.

Týmto spôsobom je možné kyselinu fosforečnú vizualizovať ako tetraedrón. Z tejto perspektívy uvedená tetraedra (na jednotky H₃PO₄) vzájomne pôsobia vodíkovými väzbami; to znamená, že ich vrcholy sa približujú.

Tieto intermolekulové interakcie umožňujú, aby kyselina fosforečná kryštalizovala na dve pevné látky: bezvodú a hemihydrát (H₃PO₄1 / 2H₂O), obe s monoklinickými kryštálovými systémami. Jeho bezvodá forma môže byť tiež opísaná vzorcom: 3H₂O · P₂O₅, čo sa rovná trihydrátu oxidu fosforečného.

Tetraedra sa môže dokonca kovalentne spojiť, ale pre túto jednotku musí dehydratácia odstrániť molekulu vody. To nastane, keď H₃PO₄ je vystavený zahrievaniu a v dôsledku toho vzniká kyselina polyfosforečná (PA).

Kyselina fosforečná (H₄P₂O₇)

Najjednoduchším zo všetkých PA je kyselina difosforečná (H₄P₂O₇), tiež známa ako kyselina pyrofosforečná. Chemická rovnica jej tvorby je nasledovná:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Váha závisí od množstva vody a teploty. Aká je jeho štruktúra? Na obrázku rezu sú v ľavom hornom rohu znázornené štruktúry kyseliny ortofosforečnej a kyseliny pyrofosforečnej.

Dve jednotky sú kovalentne viazané odstránením jednej molekuly vody, pričom medzi nimi vzniká P-O-P kyslíkový mostík. Teraz sú tu tri kyslé vodíky, ale štyri (štyri -OH skupiny). Z tohto dôvodu H₄P₂O₇ predstavuje štyri konštanty ionizácie k_na.

Kyseliny polyfosforečné

Dehydratácia môže pokračovať s kyselinou pyrofosforečnou, ak sa pokračuje v zahrievaní. Prečo? Pretože na každom konci svojej molekuly je OH skupina, ktorá môže byť eliminovaná ako molekula vody, čím sa podporuje následný rast kostry P-O-P-O-P ...

Príkladmi týchto kyselín sú tripolyfosforečná a tetrapolyfosforečná kyselina (obe znázornené na obrázku). Je možné vidieť, ako sa P-O-P kostra rozkladá v druhu reťazca tvoreného tetraedrou.

Tieto zlúčeniny môžu byť reprezentované vzorcom HO (PO₂OH)_xH, kde HO je ľavý koniec, ktorý môže byť dehydrovaný. PO₂OH je kostra fosforu s väzbami P = O a OH; a x sú jednotky alebo molekuly kyselín fosforečných potrebných na získanie uvedeného reťazca.

Keď sú tieto zlúčeniny neutralizované úplne bázou, vznikajú takzvané polyfosfáty. V závislosti od toho, ktoré katióny ich obklopujú, tvoria širokú škálu polyfosfátových solí.

Na druhej strane, ak reagujú s alkoholmi ROH, vodíky ich kostry sú nahradené alkylovými substituentmi R-. Tak vznikajú fosfátové (alebo polyfosfátové) estery: RO (PO₂OR)_xJe postačujúce nahradiť H za R vo všetkých štruktúrach obrazu sekcie, aby ste ich získali.

Cyklické kyseliny polyfosforečné

Reťazce P-O-P môžu byť dokonca uzavreté v kruhu alebo fosforovom cykle. Najjednoduchším z tohto typu zlúčeniny je kyselina trimetafosforečná (pravý horný roh obrazu). PA teda môžu byť lineárne, cyklické; alebo ak ich štruktúry vykazujú oba typy, rozvetvené.

názvoslovie

Názvoslovie kyseliny fosforečnej je riadené IUPAC a ako sú pomenované ternárne soli oxo kyselín.

Pretože v H₃PO₄ atóm P má valenciu +5, najvyššiu hodnotu, jeho kyselina je priradená prípona -ico prefixovému fosforu-.

orto

Kyselina fosforečná sa však tiež bežne označuje ako kyselina ortofosforečná. Prečo? Pretože slovo „orto“ je gréčtina a znamená „pravda“; čo by malo za následok "pravú" alebo "viac hydratovanú" formu.

Keď je anhydrid kyseliny fosforečnej hydratovaný nadbytkom vody (P₄O₁₀, vyprodukuje sa fosfor "čiapočka" na obrázku vyššie)₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Predpona ortho je teda priradená kyselinám tvoreným bohatou vodou.

Piro

Predpona pyro označuje všetky zlúčeniny vzniknuté po aplikácii tepla, pretože kyselina difosforečná vzniká tepelnou dehydratáciou kyseliny fosforečnej. Preto sa nazýva kyselina pyrofosforečná (2H)₂O · P₂O₅).

cieľ

Predpona meta, ktorá je tiež grécke slovo, znamená „po“. Pridáva sa k tým látkam, ktorých zloženie eliminovalo molekulu, v tomto prípade vodu: \ t

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Všimnite si, že tentokrát nedochádza k pridaniu dvoch fosforečných jednotiek, aby sa vytvorila kyselina difosforečná, ale namiesto toho sa získa kyselina metafosforečná (o ktorej neexistuje dôkaz o jej existencii)..

Je tiež dôležité poznamenať, že táto kyselina môže byť opísaná ako H₂O · P₂O₅ (podobné hemidrato, násobenie HPO₃ pre 2). Predpona meta prichádza dokonale podľa cyklickej PA, pretože ak kyselina trifosforečná dehydratuje, ale nepridáva ďalšiu jednotku H₃PO₄ aby sa stala kyselinou trifosforečnou, potom musí tvoriť kruh.

A to je prípad iných polymetafosforečných kyselín, hoci IUPAC odporúča ich označenie ako cyklické zlúčeniny zodpovedajúcej PA..

vlastnosti

Molekulový vzorec

H₃PO₄

Molekulová hmotnosť

97,994 g / mol

Fyzický vzhľad

Vo svojej pevnej forme predstavuje ortorombické, hygroskopické a transparentné kryštály. V kvapalnej forme je kryštalický vzhľadu viskózneho sirupu.

Komerčne sa dosahuje vo vodnom roztoku s koncentráciou 85% hmotn./hmotn. Vo všetkých týchto prezentáciách chýba zápach.

Body varu a teploty topenia

158 ° C (316 ° F až 760 mmHg).

42,2 ° C (108 ° F).

Rozpustnosť vo vode

548 g / 100 g H₂Alebo pri 20 ° C; 369,4 g / 100 ml pri 0,5 ° C; 446 g / 100 m až 14,95 ° C.

hustota

1,892 g / cm³ (Pevná látka); 1,841 g / cm³ (100% roztok); 1,685 g / cm³ (85% roztok); 1,334 g / cm³ 50% roztoku) pri 25 ° C.

Hustota pár

Relatívna k vzduchu 3,4 (vzduch = 1).

Automatické zapaľovanie

Nie je horľavý.

viskozita

3,86 mPoise (40% roztok pri 20 ° C).

kyslosť

pH: 1,5 (0,1 N roztok vo vode)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 a pKa3 = 12,319. V dôsledku toho je jeho vodík a kyselina prvá.

rozklad

Pri zahrievaní uvoľňuje oxidy fosforu. Ak sa teplota zvýši na 213 ° C alebo viac, stane sa kyselinou pyrofosforečnou (H₄P₂O₇).

leptanie

Žieravý pre železné kovy a hliník. Pri reakcii s týmito kovmi vzniká plynný vodík.

polymerizácie

Prudko polymerizuje s azozlúčeninami, epoxidmi a polymerizovateľnými zlúčeninami.

aplikácie

Fosfátové soli a všeobecné použitie

-Kyselina fosforečná slúži ako základ pre spracovanie fosfátov, ktoré sa používajú ako hnojivá, pretože fosfor je hlavnou živinou rastlín..

-Používa sa na liečbu otravy olovom a iných stavov, pri ktorých sú potrebné významné množstvá fosfátov a na výrobu miernej acidózy..

-Používa sa na reguláciu pH močových ciest norok a výdavkov, aby sa zabránilo tvorbe obličkových kameňov.

-Kyselina fosforečná pochádza zo solí Na₂HPO₄ a NaH₂PO₄ ktoré tvoria pufrovací systém pre pH s pKa 6,8. Tento regulačný systém pH je prítomný u človeka, ktorý má význam pri regulácii vnútrobunkového pH, ako aj pri riadení koncentrácie vodíka v distálnych tubuloch a zberači nefrónov..

-Používa sa pri odstraňovaní plesnivej vrstvy oxidu železitého, ktorý sa hromadí na tomto kove. Kyselina fosforečná tvorí fosforečnan železitý, ktorý sa dá ľahko odstrániť z kovového povrchu. Používa sa tiež pri elektrickom leštení hliníka a je spojivom žiaruvzdorných výrobkov, ako je oxid hlinitý a magnézia..

priemyselný

-Kyselina fosforečná je určená ako katalytické činidlo pri výrobe nylonu a benzínu. Používa sa ako dehydratačné činidlo pri litografickom rytí, pri výrobe farbív na použitie v textilnom priemysle, pri procese koagulácie latexu v gumárenskom priemysle a pri čistení peroxidu vodíka..

-Kyselina sa používa ako prísada v nealkoholických nápojoch, čím prispieva k jej chuti. Zriedený sa používa v procese rafinácie cukru. Pôsobí tiež ako tlmivý systém pri príprave šunky, želatíny a antibiotík.

-Podieľa sa na vývoji detergentov, pri kyslej katalýze výroby acetylénu.

-Používa sa ako acidolant vo vyváženom krmive pre živočíšnu výrobu a domáce zvieratá. Farmaceutický priemysel ho využíva pri výrobe antiemetických liekov. Používa sa tiež v zmesi, aby sa asfalt pripravil na pôdu a opravil trhliny.

-Kyselina fosforečná pôsobí ako katalyzátor pri hydratačnej reakcii alkénov za vzniku alkoholu, najmä etanolu. Okrem toho sa používa na stanovenie organického uhlíka v pôdach.

stomatologická

Používajú ho zubní lekári na čistenie a úpravu povrchu zubov pred umiestnením zubných podpier. Používa sa tiež pri bielení zubov a odstraňovaní zubných plakov. Okrem toho sa používa pri výrobe lepidiel na zubné protézy.

kozmetika

Kyselina fosforečná sa používa na úpravu pH pri príprave kozmetických výrobkov a na starostlivosť o pleť. Používa sa ako chemické oxidačné činidlo na výrobu aktívneho uhlia.

Tvorba kyseliny fosforečnej

-Kyselina fosforečná sa pripravuje z fosfátových hornín apatitového typu digesciou koncentrovanou kyselinou sírovou: \ t

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

Kyselina fosforečná získaná v tejto reakcii má nízku čistotu, takže podlieha procesu čistenia, ktorý zahŕňa precipitáciu, extrakciu rozpúšťadlom, kryštalizáciu a iónovú výmenu..

-Kyselina fosforečná môže byť pripravená rozpustením oxidu fosforečného vo vriacej vode.

-Môže sa tiež získať zahrievaním fosforu zmesou vzduchu a vodnej pary:

P₄ (l) + 5 ° C₂ (g) => P₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (s) + H₂0 (g) => 4H₃PO₄ (L)

riziká

-Pretože tlak pary je pri izbovej teplote nízky, je nepravdepodobné, že by sa jeho výpary mohli inhalovať, pokiaľ sa kyselina nestrieka. Ak áno, príznaky vdýchnutia zahŕňajú: kašeľ, bolesť hrdla, dýchavičnosť a namáhavé dýchanie.

-Literatúra cituje prípad námorníka, ktorý bol dlhodobo vystavený výparom kyseliny fosforečnej. On utrpel celkovú slabosť, suchý kašeľ, bolesť na hrudníku a dýchacie problémy. Po jednom roku expozície bola pozorovaná reaktívna dysfunkcia dýchacích ciest.

-Kontakt s kyselinou fosforečnou môže spôsobiť začervenanie, bolesť, pľuzgiere a popáleniny kože.

-Kontakt kyseliny s očami, v závislosti od jej koncentrácie a trvania kontaktu, môže vyvolať v týchto koróznych tkanivových léziách alebo ťažkých popáleniach s trvalým poškodením očí..

-Požitie kyseliny spôsobuje popáleniny v ústach a hrdle, pocit pálenia mimo hrudnej kosti, bolesť brucha, vracanie, šok a kolaps.

referencie

1. Kráľovská spoločnosť chémie. (2015). Kyselina fosforečná. Prevzaté z: chemspider.com
2. Kanadské centrum pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci. (1999). Kyselina fosforečná - Účinky na zdravie. Prevzaté z: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Kyselina fosforečná "Rôzne použitia tejto chemickej zlúčeniny." acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown a James R. Lehr. (1955). Štruktúra kryštalickej kyseliny fosforečnej. J. Am., Chem., Soc., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Kyseliny fosforečné a fosfáty. Prevzaté z: en.wikipedia.org
6. Veda je zábava Naučte sa o kyseline fosforečnej. [PDF]. Prevzaté z: scifun.chem.wisc.edu