FOSFORSYRA (H3PO4): STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2025

Den fosforsyra är en oxosyra av fosfor som har kemiska formeln H ₃ PO ₄ . Den består av en mineralsyra där tre sura protoner är bundna till fosfatanjonen (PO ₄ ^3– ). Även om det inte anses vara en stark syra, kan dess felaktig användning utgöra en hälsorisk.

Det finns i två tillstånd: som ett fast ämne i form av tjocka ortorombiska kristaller, eller en kristallin vätska med ett sirapigt utseende. Sin vanligaste kommersiella presentation har en koncentration av 85% vikt / vikt och en densitet av 1,685 g / cm ³ . Denna täthet kommer från koncentrationen.

Bilden ovan visar en enda molekyl fosforsyra. Av Leyo, från Wikimedia Commons

De tre OH-grupperna ansvarar för att donera sura väten. På grund av närvaron av dem i dess struktur kan den reagera med olika hydroxider med ursprung i olika salter.

I fallet med natriumhydroxid, kan den bilda tre: monobasiskt natriumfosfat (NaH ₂ PO ₄ ), dibasiskt natriumfosfat (Na ₂ HPO ₄ ) och tribasiskt natriumfosfat (Na ₃ PO ₄ ).

Beroende på vilken bas som används för dess neutralisering eller vilka katjoner som ligger mycket nära den kan den emellertid bilda andra fosfatsalter. Bland dem är: kalciumfosfat (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), litiumfosfat (Li ₃ PO ₄ ), ferrifosfat (FePO ₄ ), och andra. Var och en med sina olika grader av protonering av fosfatanjonen.

Å andra sidan kan fosforsyra "sekvestera" divalenta katjoner såsom Fe2 ⁺ , Cu2 ⁺ , Ca2 ⁺ och Mg2 ⁺ . Vid förhöjda temperaturer kan den reagera med sig själv med förlusten av en H ₂ O molekyl , som bildar dimerer, trimerer och polymerer av fosforsyror.

Denna typ av reaktion gör denna förening kapabel att etablera ett stort antal strukturer med fosfor- och syre-skelett, från vilka också ett brett spektrum av salter kända som polyfosfater kan erhållas.

Beträffande dess upptäckt visade det syntetiseras i 1694 av Robert Boyle, upplösning P ₂ O ₅ (fosforpentoxid) i vatten. Det är en av de mest användbara mineralsyrorna, dess funktion som gödselmedel är den viktigaste. Fosfor, tillsammans med kalium och kväve, är de tre huvudsakliga växtnäringsämnena.

Kemisk struktur

Av Ingen maskinläsbar författare tillhandahållen. H Padleckas antog (baserat på upphovsrättsanspråk). , via Wikimedia Commons

Fosforsyra består av en P = O-bindning och tre P-OH, där de senare är bärarna av sura väten som frisätts i ett upplösningsmedium. Med fosforatomen i mitten drar oxygenterna en slags molekylär tetrahedron.

På detta sätt kan fosforsyra visualiseras som en tetraeder. Ur detta perspektiv, varvid nämnda tetrae (av H ₃ PO ₄ enheter ) samverkar med varandra genom vätebindningar; det vill säga deras vertikuer är ungefärliga.

Dessa intermolekylära interaktioner tillåter fosforsyra för att kristallisera i två fasta ämnen: den vattenfria ett och hemihydratet (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), båda med monokliniska kristallsystem. Dess vattenfria form kan även beskrivas med formeln: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , vilket är lika med en tri-hydratiserat fosforpentoxid.

Tetraeder kan till och med bli kovalent kopplade, men för detta måste en av deras enheter eliminera en vattenmolekyl genom dehydrering. Detta inträffar när H ₃ PO ₄ utsätts för värmning, och följaktligen genererar bildandet av polyfosforsyror (PA).

Difosforsyra (H

Den enklaste av alla PAs är difosforsyra (H ₄ P ₂ O ₇ ), även känd som pyrofosforsyra. Den kemiska ekvationen för dess bildning är följande:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Balansen beror på mängden vatten och temperaturen. Vad är dess struktur? I bilden i sektionen illustreras strukturerna för ortofosforsyra och pyrofosforsyra i det övre vänstra hörnet.

Två enheter förenas kovalent när en vattenmolekyl elimineras och bildar en P - O - P syrebro mellan dem. Nu är de inte tre sura väten, utan fyra (fyra-OH-grupper). På grund av detta, H ₄ P ₂ O ₇ har fyra jonisering konstanter k _en .

Polyfosforsyror

Dehydrering kan fortsätta med pyrofosforsyra om upphettningen fortsätter. Varför? Eftersom i varje ände av dess molekyl finns en OH-grupp som kan elimineras som en vattenmolekyl, vilket således främjar den efterföljande tillväxten av P-O-P-O-P-skelettet …

Exempel på dessa syror är tripolyfosforsyror och tetrapolyfosforsyror (båda illustrerade på bilden). Det kan observeras hur P-O-P-ryggraden är långsträckt i en slags kedja som består av tetraedra.

Dessa föreningar kan representeras av formeln HO (PO ₂ OH) _x H, där HO är den vänstra änden som kan dehydratiseras. PO ₂ OH är fosforhuvudkedja med P = O och OH-bindningar; och x är fosforsyreenheterna eller molekylerna som är nödvändiga för att erhålla nämnda kedja.

När dessa föreningar neutraliseras fullständigt med en bas, skapas så kallade polyfosfater. Beroende på vilka katjoner som omger dem bildar de en mängd polyfosfatsalter.

Å andra sidan, om de reagerar med ROH-alkoholer, ersätts vätgaserna i ryggraden av R-alkylsubstituenterna. Fosfatestrar (eller polyfosfater) uppstår således: RO (PO ₂ ELLER) _x R. Det räcker att ersätta H i alla strukturerna i bilden av sektionen för att erhålla dem.

Cykliska polyfosforsyror

P-O-P-kedjorna kan till och med stängas på en fosforring eller -cykel. Den enklaste av denna typ av förening är trimetafosforsyra (övre högra hörnet av bilden). Således kan AP: er vara linjära, cykliska; eller om deras strukturer uppvisar båda typerna, grenade.

Nomenklatur

Källa: commons.wikimedia.org

Nomenklaturen för fosforsyra dikteras av IUPAC och hur de ternära salterna av oxosyror benämns.

Eftersom i H ₃ PO ₄ P-atomen har valensen 5, det högsta värdet, är dess syradelad suffixet -ico till prefixet phosphor-.

Orto

Fosforsyra kallas emellertid också ortofosforsyra. Varför? Eftersom ordet "orto" är grekiskt och betyder "sant"; vilket skulle översätta till den "verkliga formen" eller "mer hydratiserad" av den.

När vattenfri fosfor hydratiseras med ett överskott av vatten (P ₄ O ₁₀ , fosfor "locket" i den övre bilden), produceras H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ). Således tilldelas prefixet orto de syror som bildas med mycket vatten.

Pyro

Prefixet pyro hänvisar till varje förening som har sitt ursprung efter applicering av värme, eftersom difosforsyra härrör från den termiska dehydratiseringen av fosforsyra. Det kallas därför pyrofosforsyra (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Mål

Prefixmeta, som också är ett grekiskt ord, betyder 'efter'. Det läggs till de ämnen vars formel har eliminerat en molekyl, i detta fall den av vatten:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Observera att tillsatsen av två fosforenheter inte inträffar denna gång för att bilda difosforsyra, utan istället erhålles metafosforsyra (för vilken det inte finns några bevis för dess existens).

Det är också viktigt att notera att denna syra kan beskrivas som H ₂ O · P ₂ O ₅ (liknande hemidrate, multiplicera HPO ₃ med 2). Metafixet passar perfekt i linje med cykliska PA, eftersom om trifosforsyra dehydratiserar, men inte lägger till ytterligare en H ₃ PO4- _{enhet för} att bli tetrafosforsyra, måste den bilda en ring.

Och detta är samma sak med andra polymetafosforsyror, även om IUPAC rekommenderar att man kallar dem cykliska föreningar med motsvarande PA: er.

Egenskaper

Molekylär formel

H ₃ PO ₄

Molekylvikt

97,994 g / mol

Fysiskt utseende

I sin fasta form presenterar den ortorombiska, hygroskopiska och transparenta kristaller. I flytande form är den kristallin med utseendet på en viskös sirap.

Det är kommersiellt tillgängligt i vattenlösning med en koncentration av 85% vikt / vikt. I alla dessa presentationer har den ingen lukt.

Kok- och smältpunkter

158 ° C (316 ° F vid 760 mmHg).

42,2 ° C.

Vattenlöslighet

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

Densitet

1,892 g / cm ³ (fast); 1,841 g / cm ³ (100% lösning); 1,685 g / cm ³ (85% lösning); 1,334 g / cm ³ 50% lösning) vid 25 ° C.

Ång-densitet

I förhållande till luft 3,4 (luft = 1).

Auto-tändning

Det är inte brandfarligt.

Viskositet

3,86 mPoise (40% lösning vid 20 ° C).

Aciditet

pH: 1,5 (0,1 N lösning i vatten)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7.198 och pKa3 = 12.319. Därför är ditt mest sura väte först.

Sönderfall

Vid upphettning släpper den fosforoxider. Om temperaturen stiger till 213 ° C eller mer, blir den pyrofosforsyra (H ₄ P ₂ O ₇ ).

korrosions

Frätande för järnmetaller och aluminium. Reaktion med dessa metaller ger upphov till vätgas.

Polymerisation

Polymeriserar våldsamt med azoföreningar, epoxider och polymeriserbara föreningar.

tillämpningar

Fosfatsalter och allmän användning

-Fosforsyra fungerar som bas för att tillverka fosfater, som används som gödselmedel eftersom fosfor är ett huvudnäringsämne i växter.

-Det har använts vid behandling av blyförgiftning och andra tillstånd där betydande mängder fosfat krävs och produktion av mild acidos.

-Det används för att kontrollera pH i urinkanalen för minkar och utgifter för att undvika bildandet av njursten.

-Fosforsyra ger upphov till de Na ₂ HPO ₄ och NaH ₂ PO ₄ salter som utgör en pH-buffertsystem med ett pKa av 6,8. Detta pH-reglerande system finns i människan och är viktigt vid regleringen av det intracellulära pH-värdet såväl som för hanteringen av vätgaskoncentrationen i de distala och uppsamlande rören i nefronerna.

-Det används för att eliminera det mögliga skiktet av järnoxid som ackumuleras på denna metall. Fosforsyra bildar järnfosfat som lätt kan tas bort från metallytan. Det används också vid elektrisk polering av aluminium och är ett bindemedel för eldfasta produkter såsom aluminiumoxid och magnesiumoxid.

Industriell

-Fosforsyra används som ett katalytiskt medel vid produktion av nylon och bensin. Det används som ett dehydratiseringsmedel vid litografisk gravering, vid framställning av färgämnen för användning inom textilindustrin, i latexkoagulationsprocessen i gummiindustrin och i rening av väteperoxid.

-Syra används som tillsats i läskedrycker, vilket bidrar till dess smak. Utspädd appliceras i sockerraffineringsprocessen. Det fungerar också som ett buffertsystem vid framställning av skinka, gelatin och antibiotika.

-Det deltar i utarbetandet av tvättmedlen, i syrakatalysen i acetylenproduktionen.

-Det används som surgörande medel i balanserad mat för boskapsindustrin och husdjur. Läkemedelsindustrin använder den för tillverkning av antiemetiska läkemedel. Det används också i en blandning för att göra asfalt för att bana marken och reparera sprickor.

-Fosforsyra fungerar som en katalysator vid hydreringsreaktionen av alkener för att producera alkohol, främst etanol. Dessutom används det för bestämning av organiskt kol i jordar.

Dental

Det används av tandläkare för att rengöra och konditionera tandytan innan du placerar tandkonsoler. Den finner också användning vid tandblekning och borttagning av tandplack. Dessutom används det vid tillverkning av lim för tandproteser.

kosmetika

Fosforsyra används för att justera pH i kosmetiska produkter och hudvårdsprodukter. Det används som ett kemiskt oxidationsmedel för produktion av aktivt kol.

Bildning av fosforsyra

-Fosforsyra framställs av fosfatbergarter av apatit-typen genom spjälkning med koncentrerad svavelsyra:

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)

Fosforsyran erhållen vid denna reaktion är av låg renhet, varför den underkastas en reningsprocess som inkluderar utfällning, lösningsmedelsextraktion, kristallisation och jonbytartekniker.

-Fosforsyra kan produceras genom att lösa fosforpentoxid i kokande vatten.

-Det kan också erhållas genom att värma fosfor med en blandning av luft och vattenånga:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

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

risker

-Eftersom dess ångtryck är lågt vid rumstemperatur är det troligt att dess ångor inte inhaleras om inte syra sprayas. I så fall inkluderar inandningssymtom: hosta, halsont, andnöd och ansträngd andning.

-I litteraturen citeras fallet av en sjöman som utsattes för fosforsyraångor under en lång tid. Han fick allmän svaghet, torr hosta, bröstsmärta och andningsproblem. Inom ett år efter exponeringen observerades reaktiv luftvägsdysfunktion.

-Konkontakt med fosforsyra kan orsaka rodnad, smärta, blåsor och brännskador i huden.

-Syrans kontakt med ögonen, beroende på dess koncentration och kontakten, kan orsaka frätande vävnadsskador eller svåra brännskador med permanent ögonskada.

- Förtäring av syran orsakar förbränning i mun och hals, brännande känsla bortom bröstbenet, buksmärta, kräkningar, chock och kollaps.

referenser

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Fosforsyra. Hämtad från: chemspider.com
2. Kanadensiskt centrum för arbetssäkerhet och hälsa. (1999). Fosforsyra - hälsoeffekter. Hämtad från: ccsso.ca
3. Acids.Info. (2018). Fosforsyra »Olika användningar av denna kemiska förening. Hämtad från: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown och James R. Lehr. (1955). Struktur av kristallin fosforsyra. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Fosforsyror och fosfater. Hämtad från: en.wikipedia.org
6. Vetenskap är kul. Lär dig mer om fosforsyra. . Hämtad från: scifun.chem.wisc.edu