Structura acidului fosforic (H3PO4), nomenclatură, proprietăți, utilizări

acid fosforic este un acid oxo de fosfor care are o formulă chimică H₃PO₄. Se compune dintr-un acid mineral în care trei protoni acide sunt legați de anionul fosfat (PO₄^3-). Deși nu este considerat un acid puternic, utilizarea necorespunzătoare poate prezenta un risc pentru sănătate.

Se găsește în două stări: sub formă de cristale groase ortorombice sau dintr-un lichid cristalin care seamănă cu sirop. Cea mai obișnuită prezentare comercială are o concentrație de 85% g / g și o densitate de 1,685 g / cm³. Această densitate provine din mâna de concentrare.

Cele trei grupări OH sunt responsabile pentru donarea hidrogenelor acide. Datorită prezenței lor în structura sa, aceasta poate reacționa cu hidroxizi diferiți provenind din mai multe săruri.

În cazul hidroxidului de sodiu, acesta poate forma trei: fosfat de sodiu monobazic (NaH)₂PO₄), fosfat de sodiu dibazic (Na₂HPO₄) și fosfat tribazic de sodiu (Na₃PO₄).

Cu toate acestea, în funcție de baza care este utilizată pentru neutralizarea sa sau de cationii care sunt foarte apropiați de aceasta, aceasta poate forma alte săruri de fosfați. Printre acestea se numără: fosfatul de calciu (Ca₃(PO₄)₂), fosfat de litiu (Li₃PO₄), fosfat feric (FePO₄) și altele. Fiecare cu grade diferite de protonare a anionului fosfat.

Pe de altă parte, acidul fosforic poate "sechestra" cationii divalenți, cum ar fi Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ și Mg²⁺. La temperaturi ridicate poate reacționa cu el însuși cu pierderea unei molecule de H₂Sau, formarea dimerilor, trimerilor și a polimerilor de acizi fosforici.

Acest tip de reacție face acest compus capabil să stabilească un număr mare de structuri cu schelete de fosfor și oxigen, din care poate fi de asemenea obținută o gamă largă de săruri cunoscute, cum ar fi polifosfații.

În ceea ce privește descoperirea sa, a fost sintetizată în 1694 de Robert Boyle, dizolvând P₂O₅ (pentoxid de fosfor) în apă. Este unul dintre acizii minerali cu o utilitate mai mare, fiind funcția de îngrășământ cel mai important. Fosforul, alături de potasiu și azot sunt cele trei substanțe nutritive principale ale plantelor.

index

• 1 Structura chimică
  • 1.1 Acid difosforic (H4P2O7)
  • 1.2 Acizi polifosforici
  • 1.3 Acizi polifosforici ciclici
• 2 Nomenclatură
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Scopul
• 3 Proprietăți
  • 3.1 Formula moleculară
  • 3.2 Greutatea moleculară
  • 3.3 Aspect fizic
  • 3.4 Punctele de fierbere și topire
  • 3.5 Solubilitatea în apă
  • 3.6 Densitatea
  • 3.7 Densitatea vaporilor
  • 3.8 Auto-aprindere
  • 3.9 Vâscozitate
  • 3.10 Aciditate
  • 3.11 Descompunere
  • 3.12 Corozivitatea
  • 3.13 Polimerizarea
• 4 Utilizări
  • 4.1 Săruri de fosfați și utilizări generale
  • 4.2 Industriale
  • 4.3 Stomatologi
  • 4.4 Cosmetica
• 5 Formarea acidului fosforic
• 6 Riscuri
• 7 Referințe

Structura chimică

Acidul fosforic constă dintr-o legătură P = O și trei P-OH, în care ultimii sunt purtătorii hidrogenilor acide eliberați într-un mediu de dizolvare. Cu atomul de fosfor din centru, oxigenul atrage un tip de tetraedru molecular.

În acest fel, acidul fosforic poate fi vizualizat ca un tetraedru. Din această perspectivă, tetraedra menționată (pe unități de H₃PO₄) interacționează între ele prin legături de hidrogen; adică, vârfurile sale se apropie foarte mult.

Aceste interacțiuni intermoleculare permit acidului fosforic să cristalizeze în două solide: anhidru și hemihidrat (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), ambele cu sisteme cristaline monoclinice. Forma sa anhidră poate fi de asemenea descrisă cu formula: 3H₂O · P₂O₅, care este egal cu un pentoxid de fosfor trihidrat.

Tetraedra poate lega chiar și covalent, dar pentru aceasta una din unitățile lor trebuie să îndepărteze o moleculă de apă prin deshidratare. Acest lucru se întâmplă atunci când H₃PO₄ este supus încălzirii și, ca o consecință, generează formarea de acizi polifosforici (PA).

Acid difosforic (H₄P₂O₇)

Cel mai simplu dintre toate PA este acidul difosforic (H₄P₂O₇), de asemenea cunoscut ca acid pirofosforic. Ecuația chimică a formării sale este următoarea:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Echilibrul depinde de cantitatea de apă și de temperatură. Care este structura sa? În imaginea secțiunii, structurile de acid ortofosforic și acid pirofosforic sunt ilustrate în colțul din stânga sus.

Două unități sunt legate covalent prin eliminarea unei molecule de apă, formând o punte de oxigen P-O-P între ele. Acum există trei hidrogenuri acide, dar patru (patru grupuri -OH). Din acest motiv, H₄P₂O₇ prezintă patru constante de ionizare k_la.

Acizi polifosforici

Deshidratarea poate continua cu acid pirofosforic dacă încălzirea continuă. De ce? Deoarece la fiecare capăt al moleculei sale există un grup OH care poate fi eliminat ca o moleculă de apă, promovând astfel creșterea ulterioară a scheletului P-O-P-O-P ...

Exemple de astfel de acizi sunt acizii tripolifosforici și tetrapoliifosforici (ambii ilustrați în imagine). Se poate observa modul în care scheletul P-O-P se extinde într-un fel de lanț format din tetraedru.

Acești compuși pot fi reprezentați prin formula HO (PO₂OH)_xH, unde HO este capătul din stânga care poate fi deshidratat. PO₂OH este scheletul fosforic cu legăturile P = O și OH; și x sunt unitățile sau moleculele de acizi fosforici necesari pentru a obține lanțul menționat.

Când acești compuși sunt neutralizați cu o bază complet, provin originea așa-numitelor polifosfați. În funcție de ce cationi le înconjoară, ele formează o mare varietate de săruri polifosfatice.

Pe de altă parte, dacă aceștia reacționează cu alcooli ROH, hidrogenii din coloana lor sunt înlocuiți cu substituenții R-alchil. Astfel, se formează esterii fosfat (sau polifosfat): RO (PO₂SAU)_xR. Este suficient să înlocuiți H cu R în toate structurile imaginii secțiunii pentru a le obține.

Acizi polifosforici ciclici

Lanțurile P-O-P pot fi chiar închise într-un ciclu inelar sau fosforic. Cel mai simplu din acest tip de compus este acidul trimetafosforic (colțul din dreapta sus al imaginii). Astfel, PA-urile pot fi liniare, ciclice; sau dacă structurile lor prezintă ambele tipuri, ramificate.

nomenclatură

Nomenclatura acidului fosforic este dictată de IUPAC și cum sunt denumite sărurile ternare ale oxacicidelor.

Pentru că în H₃PO₄ atomul lui P are valența +5, cea mai mare valoare, acidul său este atribuit sufixului -ico la prefixul fosfor-.

Orto

Cu toate acestea, acidul fosforic este, de asemenea, denumit în mod obișnuit acidul ortofosforic. De ce? Deoarece cuvântul "ortho" este greacă și înseamnă "adevărat"; ceea ce ar fi tradus în "forma adevărată" sau "mai hidratată" a aceluiași lucru.

Atunci când anhidrida fosforică este hidratată cu un exces de apă (P.₄O₁₀, se obține "capacul" fosforului din imaginea de mai sus) H₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Astfel, prefixul orto este atribuit acelorași acizi formați cu apă abundentă.

Piro

Prefixul pyro se referă la toți compușii proveniți după aplicarea căldurii, deoarece acidul difosforic rezultă din deshidratarea termică a acidului fosforic. Prin urmare, se numește acid pirofosforic (2H₂O · P₂O₅).

poartă

Prefixul meta, care este de asemenea un cuvânt grecesc, înseamnă "după". Se adaugă acelor substanțe a căror formulă a eliminat o moleculă, în acest caz, cea a apei:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Rețineți că de această dată nu se produce adăugarea a două unități fosforice pentru a forma acidul difosforic, ci se obține acidul metafosforic (din care nu există nici o dovadă a existenței acestuia).

De asemenea, este important de menționat că acest acid poate fi descris ca H₂O · P₂O₅ (similar cu hemidrato, înmulțind HPO₃ pentru 2). Prefixul meta vine perfect în funcție de PA ciclic, deoarece dacă acidul trifosforic este deshidratat, dar nu adaugă o altă unitate H₃PO₄ pentru a deveni acid tetrosfosforic, atunci trebuie să formeze un inel.

Și acesta este cazul în cazul altor acizi polimefosforici, deși IUPAC recomandă să le numim compuși ciclici ai PA corespunzători.

proprietăţi

Formula moleculară

H₃PO₄

Greutate moleculară

97,994 g / mol

Aspect fizic

În forma sa solidă prezintă cristale ortorombice, higroscopice și transparente. Sub formă lichidă, este cristalină a aspectului unui sirop vâscos.

Comercial, se obține în soluție apoasă cu o concentrație de 85% g / g. În toate aceste prezentări îi lipsește mirosul.

Punctele de fierbere și topire

158º C (316ºF până la 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Solubilitate în apă

548 g / 100 g de H₂Sau la 20 ° C; 369,4 g / 100 ml la 0,5 ° C; 446 g / 100m la 14,95 ° C

densitate

1,892 g / cm³ (Solid); 1,841 g / cm³ (Soluție 100%); 1,685 g / cm³ (Soluție 85%); 1,334 g / cm³ 50% soluție) la 25 ° C.

Densitatea vaporilor

În raport cu aerul 3,4 (aer = 1).

Auto-aprindere

Nu este inflamabil.

viscozitate

3,86 mPoise (soluție 40% la 20 ° C).

acritură

pH: 1,5 (soluție 0,1 N în apă)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 și pKa3 = 12,319. Prin urmare, hidrogenul cel mai acid este primul.

descompunere

Când este încălzit, eliberează oxizi de fosfor. Dacă temperatura crește până la 213 ° C sau mai mult, devine acid pirofosforic (H₄P₂O₇).

corozivitate

Coroziv la metale feroase și aluminiu. Când reacționează cu aceste metale, gazul combustibil hidrogen provine.

polimerizare

Polimerizează violent compușii azo, epoxizii și compușii polimerizabili.

aplicații

Săruri fosfatice și utilizări generale

Acidul fosforic servește drept bază pentru elaborarea fosfaturilor, care sunt utilizate ca îngrășăminte, deoarece fosforul este un nutrient principal al plantelor.

- A fost utilizat în tratamentul otrăvirii cu plumb și în alte condiții în care sunt necesare cantități semnificative de fosfat și producerea acidozei ușoare.

- Este folosit pentru a controla pH-ul tractului urinar de nurca și cheltuieli pentru a evita formarea de pietre la rinichi.

- Acidul fosforic provine din sărurile de sodiu₂HPO₄ și NaH₂PO₄ care constituie un sistem tampon pentru pH cu un pKa de 6,8. Acest sistem de reglare a pH-ului este prezent în om, având importanță în reglarea pH-ului intracelular, precum și în gestionarea concentrației de hidrogen în tubulii distal și colectorul nefronilor.

- Se folosește la eliminarea stratului mucegai de oxid de fier care se acumulează pe acest metal. Acidul fosforic formează fosfatul de fier, care poate fi ușor îndepărtat de pe suprafața metalică. Se folosește și în lustruirea electrică a aluminiului și este un agent de legare a produselor refractare, cum ar fi alumina și magnezia.

industrial

- Acidul fosforic este destinat ca agent catalitic în fabricarea nailonului și a benzinei. Se utilizează ca agent de deshidratare în gravura litografică, la fabricarea coloranților pentru utilizarea în industria textilă, în procesul de coagulare a latexului în industria cauciucului și în purificarea peroxidului de hidrogen.

Acidul este folosit ca aditiv în băuturile răcoritoare, contribuind astfel la aroma sa. Diluat se aplică în procesul de rafinare a zahărului. De asemenea, acționează ca un sistem tampon în prepararea șuncălui, gelatinei și antibioticelor.

- Intervine în elaborarea detergenților, în cataliza acidă a producției de acetilenă.

-Acesta este folosita ca un acidulant in furaje echilibrate pentru industria de animale si animale de companie. Industria farmaceutică o folosește în fabricarea medicamentelor antiemetice. Este folosit, de asemenea, într-un amestec pentru a face asfalt pentru a deschide solul și pentru a repara crăpăturile.

Acidul fosforic acționează ca un catalizator în reacția de hidratare a alchenelor pentru a produce alcool, în special etanol. În plus, este utilizat în determinarea carbonului organic în soluri.

stomatologice

Este folosit de dentiști pentru a curăța și condiționa suprafața dinților înainte de a plasa suporturile dentare. De asemenea, se găsește în albirea dinților și în îndepărtarea plăcilor dentare. În plus, este utilizat în fabricarea adezivilor pentru proteze dentare.

cosmetică

Acidul fosforic este utilizat pentru reglarea pH-ului în prepararea produselor cosmetice și pentru îngrijirea pielii. Se utilizează ca agent chimic de oxidare pentru producerea de carbon activ.

Formarea acidului fosforic

- Acidul fosforic este preparat din roci de fosfat de tip apatită prin digestie cu acid sulfuric concentrat:

Ca₃(PO₄)₂ + 3 H₂SW₄ + 6 H₂O => 2 H₃PO₄ + 3 (CaS04)₄.2H₂O)

Acidul fosforic obținut în această reacție are o puritate scăzută, așa că este supus unui proces de purificare care include precipitarea, extracția cu solvent, cristalizarea și tehnicile de schimb ionic.

- Acidul fosforic poate fi produs prin dizolvarea pentoxidului de fosfor în apă clocotită.

- Se poate obține și prin încălzirea fosforului cu un amestec de aer și vapori de apă:

P₄ (l) + 5O₂ (g) => P₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (L)

riscuri

- Deoarece presiunea vaporilor este scăzută la temperatura camerei, este puțin probabil ca vaporii săi să poată fi inhalați, cu excepția cazului în care acidul este pulverizat. Dacă da, simptomele de inhalare includ: tuse, durere în gât, dificultăți de respirație și respirație dificilă.

- Literatura citează cazul unui marinar care a fost expus la vapori de acid fosforic pentru o perioadă lungă de timp. El a suferit slăbiciune generală, tuse uscată, dureri toracice și probleme respiratorii. După un an de expunere, sa observat disfuncție reactivă a căilor respiratorii.

- Contactul cu pielea cu acid fosforic poate provoca roșeață, durere, blistere și arsuri ale pielii.

- Contactul acidului cu ochii, în funcție de concentrația acestuia și de durata contactului, poate produce leziuni ale țesuturilor corozive sau arsuri grave cu afectarea permanentă a ochilor.

- Ingestia de acid provoacă arsuri în gură și gât, senzație de arsură dincolo de stern, durere abdominală, vărsături, șoc și colaps.

referințe

1. Societatea Regală de Chimie. (2015). Acid fosforic. Luat de la: chemspider.com
2. Centrul Canadian pentru Sănătate și Securitate Ocupațională. (1999). Acid fosforic - Efecte asupra sănătății. Luat de la: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Acid fosforic "Varietate de utilizări ale acestui compus chimic". Luate de la: acidos.info
4. James P.Smith, Walter E. Brown și James R. Lehr. (1955). Structura acidului fosforic cristalin. J. Am., Chem. Soc., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Acizi fosforici și fosfați. Luată de la: en.wikipedia.org
6. Stiinta este distractiv. Aflați despre acidul fosforic. [PDF]. Luat de la: scifun.chem.wisc.edu