KYSELINA FOSFOREČNÁ (H3PO4): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyseliny fosforečné je oxokyseliny fosforu, které mají chemický vzorec H ₃ PO ₄. Skládá se z minerální kyseliny, ve které jsou tři kyselé protony vázány na fosfátový anion (PO ₄ ^3–). Přestože se nepovažuje za silnou kyselinu, její nesprávné použití může představovat zdravotní riziko.

Lze jej nalézt ve dvou stavech: jako pevná látka ve formě hustých ortorombických krystalů nebo krystalická kapalina se sirupovým vzhledem. Jeho nejběžnější komerční prezentace má koncentraci 85% m / m a hustotu 1,685 g / cm ³. Tato hustota pochází z koncentrace.

Výše uvedený obrázek ukazuje jednu molekulu kyseliny fosforečné. Autor: Leyo, z Wikimedia Commons

Tři OH skupiny jsou zodpovědné za darování kyselých vodíků. Vzhledem k jejich přítomnosti ve své struktuře může reagovat s různými hydroxidy a vytvářet různé soli.

V případě hydroxidu sodného, se mohou tvořit tři: dihydrogenfosforečnan sodný (NaH ₂ PO ₄), hydrogenfosforečnan sodný (Na ₂ HPO ₄) a fosforečnan sodný (Na ₃ PO ₄).

Avšak v závislosti na tom, která báze se používá pro její neutralizaci nebo které kationty jsou velmi blízko, může tvořit další fosfátové soli. Mezi ně patří: fosforečnan vápenatý (Ca ₃ (PO ₄) ₂), fosforečnan lithný (Li ₃ PO ₄), fosforečnan železitý (FePO ₄) a další. Každý z nich má různé stupně protonace fosfátového aniontu.

Na druhé straně může kyselina fosforečná „odlučovat“ dvojmocné kationty, jako jsou Fe2 ⁺, Cu2 ⁺, Ca2 ⁺ a Mg2 ⁺. Při zvýšených teplotách se může reagovat s sám o sobě se ztrátou H ₂ O molekuly, které tvoří dimery, trimery a polymery kyseliny fosforečné.

Tento typ reakce umožňuje této sloučenině vytvořit velké množství struktur s kostry fosforu a kyslíku, ze kterých lze získat také širokou škálu solí známých jako polyfosfáty.

Pokud jde o jeho objevu, že byl syntetizován v roce 1694 Robert Boyle, rozpouštění P ₂ O ₅ (oxid fosforečný) ve vodě. Je to jedna z nejužitečnějších minerálních kyselin, její funkce jako hnojiva je nejdůležitější. Fosfor spolu s draslíkem a dusíkem jsou tři hlavní rostlinné živiny.

Chemická struktura

Autorem nebyl poskytnut žádný strojově čitelný autor. H Padleckas převzato (na základě nároků na autorská práva)., prostřednictvím Wikimedia Commons

Kyselina fosforečná se skládá z vazby P = O a tří P-OH, kde posledně jmenované jsou nosiče kyselých vodíků uvolňovaných v rozpouštěcím médiu. S atomem fosforu ve středu kyslíky přitahují určitý druh molekulárního čtyřstěnu.

Tímto způsobem lze vizualizovat kyselinu fosforečnou jako čtyřstěn. Z tohoto pohledu, přičemž čtyřstěnů (o H ₃ PO ₄ jednotky) na sebe vzájemně působí prostřednictvím vodíkových vazeb; to znamená, že jejich vrcholy jsou přibližně přibližné.

Tyto mezimolekulární interakce umožňují kyselina fosforečná krystalizovat do dvou pevných látek: bezvodé jedné a hemihydrátu (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), a to jak s monoklinické krystalové systémy. Její bezvodá forma může být také popsán pomocí vzorce: 3H ₂ O · P ₂ O ₅, která je rovná oxidu fosforečného tri-hydratované.

Tetrahedrony se mohou dokonce kovalentně spojit, ale proto musí jedna z jejich jednotek dehydrataci odstranit molekulu vody. K tomu dochází, když H ₃ PO ₄ se podrobí ohřevu, a v důsledku toho vytváří tvorbu fosforečných kyselin (PA).

Kyselina difosforečná (H

Nejjednodušší všech PA je kyselina difosforečnou (H ₄ P ₂ O ₇), známý také jako kyselina pyrofosforečné. Chemická rovnice jejího vzniku je následující:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Rovnováha závisí na množství vody a teplotě. Jaká je jeho struktura? Na obrázku v sekci jsou v levém horním rohu znázorněny struktury kyseliny ortofosforečné a kyseliny pyrofosforečné.

Když je vyloučena molekula vody, jsou kovalentně spojeny dvě jednotky, které mezi nimi tvoří kyslíkový most P - O - P. Nyní to nejsou tři kyselé vodíky, ale čtyři (čtyři skupiny -OH). Z tohoto důvodu, H ₄ P ₂ O ₇ má čtyři ionizační konstanty K.

Kyseliny polyfosforečné

Dehydratace může pokračovat kyselinou pyrofosforečnou, pokud zahřívání pokračuje. Proč? Protože na každém konci jeho molekuly je skupina OH, kterou lze vyloučit jako molekulu vody, čímž se podporuje následný růst kostry P - O - P - O - P…

Příkladem těchto kyselin jsou kyselina tripolyfosforečná a tetrapolfosforečná (obě jsou znázorněny na obrázku). Lze pozorovat, jak je páteř P - O - P protažena v jakémsi řetězci tvořeném tetraedrou.

Tyto sloučeniny mohou být reprezentovány obecným vzorcem HO (PO ₂ OH) _x H, kde ho je levý konec, který může být dehydratován. PO ₂ OH je fosfor páteř s P = O a OH vazbami; a x jsou jednotky kyseliny fosforečné nebo molekuly nezbytné pro získání uvedeného řetězce.

Když jsou tyto sloučeniny zcela neutralizovány bází, vytvoří se takzvané polyfosfáty. Podle toho, které kationty je obklopují, tvoří širokou škálu polyfosfátových solí.

Na druhé straně, pokud reagují s alkoholy ROH, jsou atomy vodíku ve svých páteřích nahrazeny substituenty R-. Vznikají tedy fosfátové estery (nebo polyfosforečnany): RO (PO ₂ NEBO) _x R. Je dostačující nahradit H za R ve všech strukturách obrazu řezu, abychom je získali.

Cyklické polyfosforečné kyseliny

P - O - P řetězce se mohou dokonce uzavřít na fosforovém kruhu nebo cyklu. Nejjednodušší z tohoto typu sloučeniny je kyselina trimetafosforečná (pravý horní roh obrázku). AP tedy mohou být lineární, cyklické; nebo pokud jejich struktury vykazují oba typy, rozvětvené.

Nomenklatura

Zdroj: commons.wikimedia.org

Názvosloví kyseliny fosforečné je určeno IUPAC a jak jsou pojmenovány ternární soli oxo kyselin.

Protože v H ₃ PO ₄ atomu P má mocenství +5, nejvyšší hodnotu, jeho kyselina je přiřazen příponu -ico předčíslí phosphor-.

Ortho

Kyselina fosforečná se však také běžně nazývá kyselina ortofosforečná. Proč? Protože slovo „ortho“ je řečtina a znamená „true“; což by se proměnilo v „pravou formu“ nebo „hydratovanější“.

Je-li fosforečná bezvodý hydratovaný s přebytkem vody (P ₄ O ₁₀, fosfor „víčko“ v horní části obrázku), H ₃ PO ₄ (3 H ₂ O · P ₂ O ₅) je produkován. Předpona ortho je tedy přiřazena těm kyselinám vytvořeným se spoustou vody.

Pyro

Předpona pyro označuje jakoukoli sloučeninu, která vznikla po aplikaci tepla, protože kyselina difosforečná pochází z tepelné dehydratace kyseliny fosforečné. Proto se nazývá kyselina pyrofosforečná (2H ₂ O · P ₂ O ₅).

Fotbalová branka

Předpona meta, což je také řecké slovo, znamená „po“. Přidává se k látkám, jejichž vzorec odstranil molekulu, v tomto případě vodu.

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Povšimněte si, že tentokrát k přidání dvou fosforových jednotek nedochází k tvorbě kyseliny difosforečné, ale místo toho se získá kyselina metafosforečná (o čemž neexistuje důkaz její existence).

Je také důležité poznamenat, že tato kyselina může být popsán jako H ₂ O · P ₂ O ₅ (podobné hemidrate, násobení HPO ₃ o 2). Meta Předpona je zcela v souladu s cyklickými PA, protože v případě, dehydratuje kyselinou trifosforečnou, ale nepřidá další H ₃ PO _{4 jednotky}, aby se kyselina tetrafosforečnou, musí tvořit kruh.

A to je stejné jako u ostatních polymetafosforečných kyselin, i když IUPAC jim doporučuje volat cyklické sloučeniny odpovídajících PA.

Vlastnosti

Molekulární vzorec

H ₃ PO ₄

Molekulární váha

97,994 g / mol

Fyzický vzhled

Ve své pevné formě představuje ortorombické, hygroskopické a průhledné krystaly. V kapalné formě je krystalický s výskytem viskózního sirupu.

Je komerčně dostupný ve vodném roztoku s koncentrací 85% m / m. Ve všech těchto prezentacích nemá žádný zápach.

Body varu a tání

158 ° C (316 ° F, 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Rozpustnost ve vodě

548 g / 100 g H ₂ O při 20 ° C; 369,4 g / 100 ml při 0,5 ° C; 446 g / 100 m při 14,95 ° C

Hustota

1,892 g / cm ³ (pevná látka); 1,841 g / cm ³ (100% roztok); 1,685 g / cm ³ (85% roztok); 1,334 g / cm ³ 50% roztok) při 25 ° C

Hustota par

Relativní vůči vzduchu 3,4 (vzduch = 1).

Automatické zapalování

Není hořlavý.

Viskozita

3,86 mPoise (40% roztok při 20 ° C).

Kyselost

pH: 1,5 (0,1 N roztok ve vodě)

pKa: pKal = 2,148; pKa2 = 7,198 a pKa3 = 12,319. Proto je váš nejvíce kyselý vodík první.

Rozklad

Při zahřátí uvolňuje oxidy fosforu. Pokud teplota stoupne na 213 ° C nebo více, stává se kyselinou pyrofosforečnou (H ₄ P ₂ O ₇).

Žíravost

Žíravý pro železné kovy a hliník. Reakcí s těmito kovy vzniká plynný vodík.

Polymerizace

Prudce polymerizuje s azosloučeninami, epoxidy a polymerizovatelnými sloučeninami.

Aplikace

Fosfátové soli a obecná použití

- Kyselina fosforečná slouží jako základ pro výrobu fosfátů, které se používají jako hnojiva, protože fosfor je hlavní živinou v rostlinách.

- Používá se při léčbě otravy olovem a dalších stavů, při nichž je zapotřebí významného množství fosfátu, a při výrobě mírné acidózy.

- Používá se k regulaci pH močových cest norek a výdajů, aby se zabránilo tvorbě ledvinových kamenů.

Fosforečné kyseliny vyvolává Na ₂ HPO ₄ a NaH ₂ PO ₄ solí, které tvoří pH vyrovnávací systém s pKa 6,8. Tento systém regulující pH je přítomen u člověka, je důležitý při regulaci intracelulárního pH, jakož i při řízení koncentrace vodíku v distálních a sběrných tubulích nefronů.

- Používá se k eliminaci plesnivé vrstvy oxidu železa, která se hromadí na tomto kovu. Kyselina fosforečná vytváří fosfát železa, který lze snadno odstranit z kovového povrchu. Používá se také při elektrickém leštění hliníku a je pojivem pro žáruvzdorné výrobky, jako je oxid hlinitý a hořčík.

Průmyslový

- Kyselina fosforečná se používá jako katalytické činidlo při výrobě nylonu a benzínu. Používá se jako dehydratační činidlo v litografické rytině, při výrobě barviv pro použití v textilním průmyslu, v procesu latexové koagulace v gumárenském průmyslu a při čištění peroxidu vodíku.

- Acid se používá jako přísada do nealkoholických nápojů, čímž přispívá k jeho chuti. Zředěný se používá v procesu rafinace cukru. Působí také jako vyrovnávací systém při přípravě šunky, želatiny a antibiotik.

- Podílí se na vývoji detergentů, kyselé katalýze výroby acetylenu.

- Používá se jako okysličovadlo ve vyvážených potravinách pro živočišný průmysl a domácí zvířata. Farmaceutický průmysl ji používá při výrobě antiemetik. Používá se také ve směsi, aby se asfalt připravil na zem a opravil praskliny.

- Kyselina fosforečná působí jako katalyzátor při hydratační reakci alkenů za vzniku alkoholu, zejména ethanolu. Kromě toho se používá při stanovení organického uhlíku v půdě.

Zubní

Zubní lékaři používají k čištění a kondicionování povrchu zubu před umístěním zubních držáků. Rovněž najde uplatnění při bělení zubů a odstraňování zubních plaků. Kromě toho se používá při výrobě lepidel pro zubní protézy.

Kosmetika

Kyselina fosforečná se používá k úpravě pH v kosmetických prostředcích a přípravcích pro péči o pleť. Používá se jako chemické oxidační činidlo pro výrobu aktivního uhlí.

Tvorba kyseliny fosforečné

- Kyselina fosforečná se připravuje z fosfátových hornin typu apatitu trávením koncentrovanou kyselinou sírovou:

Ca ₃ (PO ₄) ₂ + 3 H ₂ SO ₄ + 6 H ₂ O => 2 H ₃ PO ₄ + 3 (CaSO ₄.2H ₂ O)

Kyselina fosforečná získaná při této reakci má nízkou čistotu, proto prochází procesem čištění, který zahrnuje srážení, extrakci rozpouštědlem, krystalizaci a iontovýměnné techniky.

- Kyselina fosforečná se může vyrábět rozpuštěním oxidu fosforečného ve vroucí vodě.

- Lze jej získat také zahřátím fosforu směsí vzduchu a vodní páry:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

P ₄ O ₁₀ (s) + H ₂ O (g) => 4 H ₃ PO ₄ (l)

Rizika

-Protože jeho tlak par je nízký při pokojové teplotě, je nepravděpodobné, že by jeho páry byly vdechovány, pokud se nestříká kyselina. Pokud ano, příznaky inhalace zahrnují: kašel, bolest v krku, dušnost a namáhavé dýchání.

- V literatuře je uveden případ námořníka, který byl po dlouhou dobu vystaven výparům kyseliny fosforečné. Trpěl obecnou slabostí, suchým kašlem, bolestí na hrudi a dýchacími problémy. Během jednoho roku expozice byla pozorována reaktivní dysfunkce dýchacích cest.

-Kostný kontakt s kyselinou fosforečnou může způsobit zarudnutí, bolest, puchýře a popáleniny kůže.

- Kontakt kyseliny s očima, v závislosti na koncentraci a době kontaktu, může způsobit trvalé poškození kůže nebo těžké popáleniny s trvalým poškozením očí.

- Poškození kyseliny způsobuje pálení v ústech a krku, pálení po hrudi, bolest břicha, zvracení, šok a kolaps.

Reference

1. Královská společnost chemie. (2015). Kyselina fosforečná. Převzato z: chemspider.com
2. Kanadské centrum pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci. (1999). Kyselina fosforečná - účinky na zdraví. Převzato z: ccsso.ca
3. Acids.Info. (2018). Kyselina fosforečná »Různá použití této chemické sloučeniny. Převzato z: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown a James R. Lehr. (1955). Struktura krystalické kyseliny fosforečné. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Kyseliny fosforečné a fosfáty. Převzato z: en.wikipedia.org
6. Věda je zábava. Dozvědět se o kyselině fosforečné.. Převzato z: scifun.chem.wisc.edu