Fosforsyre (H3PO4) struktur, nomenklatur, egenskaper, bruk

den fosforsyre  er en oksosyre av fosfor som har en kjemisk formel H₃PO₄. Den består av en mineralsyre der tre sure protoner er koblet til fosfatanionen (PO₄^3-). Selv om det ikke regnes som en sterk syre, kan den feilaktig bruk gi helsefare.

Den finnes i to tilstander: Som et fast stoff i form av tykke ortorhombiske krystaller, eller en krystallinsk væske av sirupaktig utseende. Den vanligste kommersielle presentasjonen har en konsentrasjon på 85% w / w og en tetthet på 1,685 g / cm³. Denne tettheten kommer fra konsentrasjonshånden.

De tre OH-gruppene er ansvarlige for å gi de sure hydrogenene. På grunn av tilstedeværelsen av dem i sin struktur, kan den reagere med forskjellige hydroksyder som forårsaker flere salter.

Når det gjelder natriumhydroksid, kan det danne tre: natriummonobasisk fosfat (NaH)₂PO₄), natriumdibasisk fosfat (Na₂HPO₄) og tribasisk natriumfosfat (Na₃PO₄).

Men avhengig av hvilken base som brukes til nøytralisering, eller hvilke kationer som er svært nær det, kan den danne andre fosfater. Blant dem er: kalsiumfosfat (Ca₃(PO₄)₂), litiumfosfat (Li₃PO₄), ferrik fosfat (FePO₄), og andre. Hver med sine forskjellige grader av protonering av fosfatanionen.

På den annen side kan fosforsyre "sekvestere" divalente kationer slik som Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ og Mg²⁺. Ved forhøyede temperaturer kan det reagere med seg selv med tap av et H-molekyl₂Eller danner dimerer, trierer og polymerer av fosforsyrer.

Denne type reaksjon gjør denne forbindelse i stand til å etablere et stort antall strukturer med fosfor- og oksygenskjeletter, hvorfra et bredt spekter av kjente salter som polyfosfater også kan oppnås..

Når det gjelder oppdagelsen, ble den syntetisert i 1694 av Robert Boyle, oppløst P₂O₅ (fosforpentoksid) i vann. Det er en av mineralsyrene med større nytte, og er funksjonen som gjødsel det viktigste. Fosfor, sammen med kalium og nitrogen, er de tre viktigste næringsstoffene til planter.

index

• 1 Kjemisk struktur
  • 1.1 Difosforsyre (H4P2O7)
  • 1.2 Polyfosforsyrer
  • 1,3 cykliske polyfosforsyrer
• 2 nomenklatur
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 mål
• 3 Egenskaper
  • 3.1 Molekylær formel
  • 3,2 Molekylvekt
  • 3.3 Fysisk utseende
  • 3.4 Koke- og smeltepunkter
  • 3,5 Løselighet i vann
  • 3,6 tetthet
  • 3.7 Damptetthet
  • 3.8 Auto tenning
  • 3.9 Viskositet
  • 3.10 Syrlighet
  • 3.11 Nedbrytning
  • 3.12 Korrosivitet
  • 3.13 Polymerisering
• 4 bruksområder
  • 4.1 Salter av fosfater og generelle anvendelser
  • 4.2 Industriell
  • 4.3 Tannleger
  • 4.4 Kosmetikk
• 5 Formasjon av fosforsyre
• 6 Risiko
• 7 referanser

Kjemisk struktur

Fosforsyre består av en P = O-binding og tre P-OH, hvor sistnevnte er bærerne av syre hydrogenene frigjort i et oppløsningsmedium. Med fosforatomet i midten trekker oksygenene en slags molekylært tetraeder.

På denne måten kan fosforsyre visualiseres som en tetraeder. Fra dette perspektiv nevnte tetraederet (pr. Enheter av H₃PO₄) interagere med hverandre av hydrogenbindinger; det vil si at deres hjørner er nært nærliggende.

Disse intermolekylære interaksjonene tillater fosforsyre å krystallisere til to faste stoffer: det vannfrie og hemihydratet (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), begge med monokliniske krystallsystemer. Den vannfri form kan også beskrives med formelen: 3H₂O · P₂O₅, Hva er lik et trihydratisert fosforpentoksid.

Tetraederet kan til og med kovalent lenke, men for denne enheten må de fjerne et molekyl vann ved dehydrering. Dette skjer når H₃PO₄ den blir utsatt for oppvarming, og som en konsekvens genererer den dannelsen av polyfosforsyrer (PA).

Difosforsyre (H₄P₂O₇)

Den enkleste av alle PA er difosforsyre (H₄P₂O₇), også kjent som pyrofosforsyre. Den kjemiske ligningen av dens dannelse er følgende:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Balansen avhenger av mengden vann og temperaturen. Hva er dens struktur? På bildet av seksjonen er strukturer av ortofosforsyre og pyrofosforsyre illustrert i øvre venstre hjørne.

To enheter er kovalent bundet ved å fjerne en molekyl vann, som danner en P-O-P oksygenbro mellom dem. Nå er det tre sure hydrogener, men fire (fire -OH grupper). På grunn av dette, H₄P₂O₇ presenterer fire konstanter av ionisering k_til.

Polyfosforsyrer

Dehydrering kan fortsette med pyrofosforsyre hvis oppvarming fortsetter. Hvorfor? Fordi i hver ende av molekylet er det en OH-gruppe som kan elimineres som et vannmolekyl, og dermed fremme den etterfølgende veksten av skjelettet P-O-P-O-P ...

Eksempler på disse syrer er tripolyfosforsyre og tetrapolyfosforsyrer (begge illustrert i bildet). Det kan sees hvordan P-O-P skjelettet strekker seg i en slags kjede dannet av tetraeder.

Disse forbindelsene kan representeres ved formelen HO (PO₂OH)_xH, hvor HO er venstre ende som kan dehydreres. PO₂OH er fosforskjelettet med bindingene P = O og OH; og x er enhetene eller molekylene av fosforsyrer som er nødvendige for å oppnå nevnte kjede.

Når disse forbindelsene er nøytralisert med en base helt, oppstår såkalte polyfosfater. Avhengig av hvilke kationer som omgir dem, danner de et stort utvalg polyfosfatsalter.

På den annen side, hvis de reagerer med alkoholer ROH, erstattes hydrogenene i skjelettet av alkylsubstituentene R-. Dermed oppstår fosfat- (eller polyfosfat) estere: RO (PO₂OR)_xA. Det er nok å erstatte H for R i alle strukturer av bildet av seksjonen for å skaffe dem.

Sykliske polyfosforsyrer

P-O-P-kjedene kan til og med lukkes i en ring- eller fosforsykkel. Den enkleste av denne typen forbindelse er trimetafosforsyre (øverste høyre hjørne av bildet). PA kan således være lineære, cykliske; eller hvis deres strukturer utviser begge typer forgrenet.

nomenklatur

Nomenklaturen av fosforsyre styres av IUPAC og hvordan ternære salter av oksosyrer blir kalt.

Fordi i H₃PO₄ Atomet av P har valens +5, den høyeste verdien, sin syre er tilordnet suffikset -ico til prefiksfosforet-.

Orto

Imidlertid er fosforsyre også ofte referert til som ortofosforsyre. Hvorfor? Fordi ordet 'ortho' er gresk og betyr 'sant'; hva vil resultere i den "sanne" eller "mer hydrert" form av den.

Når fosforanhydridet hydreres med et overskudd av vann (P₄O₁₀, fosfor "cap" av bildet over) H er produsert₃PO₄ (3 H₂O · P₂O₅). Ortho prefiks er således tilordnet de syrer dannet med rikelig vann.

Piro

Prefiks pyro refererer til alle forbindelser oppstått etter påføring av varme, siden difosforsyre oppstår ved termisk dehydrering av fosforsyre. Det kalles derfor pyrofosforsyre (2H)₂O · P₂O₅).

mål

Meta-prefikset, som også er et gresk ord, betyr "etter". Det legges til de stoffene hvis formel har eliminert et molekyl, i dette tilfellet det av vann:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Merk at denne gangen ikke tilsettes to fosforenheter for å danne difosforsyre, men i stedet blir metafosforsyre oppnådd (hvorav det ikke er tegn på eksistensen)..

Det er også viktig å merke seg at denne syren kan beskrives som H₂O · P₂O₅ (lik hemidrato, multiplisere HPO₃ for 2). Prefiksmeta kommer perfekt i henhold til den sykliske PA, fordi hvis trifosforsyre dehydrerer, men ikke legger til en annen enhet H₃PO₄ å bli tetrafosforsyre, må den danne en ring.

Og dette er tilfellet med andre polymetafosforsyrer, selv om IUPAC anbefaler å kalle dem som cykliske forbindelser av den tilsvarende PA.

egenskaper

Molekylær formel

H₃PO₄

Molekylvekt

97,994 g / mol

Fysisk utseende

I sin faste form presenterer den orthorhombic, hygroskopiske og gjennomsiktige krystaller. Under væskeformen er det krystallinsk av utseendet til en viskøs sirup.

Kommersielt oppnås det i vandig oppløsning med en konsentrasjon på 85% vekt / vekt. I alle disse presentasjonene mangler lukt.

Koking og smeltepunkt

158º C (316º F til 760 mmHg).

108º F (42.2º C).

Løselighet i vann

548 g / 100 g H₂Eller ved 20º C; 369,4 g / 100 ml ved 0,5 ° C; 446 g / 100m til 14,95 ° C.

tetthet

1,892 g / cm³ (Fast); 1,841 g / cm³ (100% oppløsning); 1,685 g / cm³ (85% løsning); 1,334 g / cm³ 50% løsning) ved 25ºC.

Damptetthet

I forhold til luft 3,4 (luft = 1).

Auto tenning

Det er ikke brannfarlig.

viskositet

3,86 mPoise (40% løsning ved 20 ° C).

surt

pH: 1,5 (0,1 N oppløsning i vann)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 og pKa3 = 12,319. Følgelig er dens hydrogen plussyre den første.

nedbrytning

Ved oppvarming frigjør det fosforoksider. Hvis temperaturen stiger til 213 ° C eller mer blir det pyrophosphorsyre (H₄P₂O₇).

etse

Ætsende til jernholdige metaller og aluminium. Ved reaksjon med disse metallene kommer hydrogenbrennstoffgassen ut.

polymerisasjon

Polymeriserer voldsomt med azoforbindelser, epoksyder og polymeriserbare forbindelser.

søknader

Fosfatsalter og generelle anvendelser

-Fosforsyre tjener som basis for utarbeidelse av fosfater, som brukes som gjødsel fordi fosfor er et hovednæringsstoff av planter.

-Det har blitt brukt til behandling av blyforgiftning og andre forhold der det kreves betydelige mengder fosfat og produksjon av mild acidose.

-Det brukes til å kontrollere pH i urinveiene i mink og utgifter for å unngå dannelse av nyrestein.

-Fosforsyre stammer fra Na-salter₂HPO₄ og NaH₂PO₄ som utgjør et buffersystem for pH med en pKa på 6,8. Dette regulatoriske system med pH er tilstede hos mennesker, som har betydning for reguleringen av intracellulær pH, så vel som i styringen av konsentrasjonen av hydrogen i nevralens distale tubuli og samler..

-Den brukes til fjerning av det myke laget av jernoksid som akkumuleres på dette metallet. Fosforsyre danner jernfosfat som lett kan fjernes fra metalloverflaten. Den brukes også i elektrisk polering av aluminium og er et bindemiddel av ildfaste produkter som alumina og magnesia.

industriell

-Fosforsyre er ment som et katalytisk middel ved fremstilling av nylon og bensin. Den brukes som et dehydreringsmiddel i litografisk gravering, ved fremstilling av fargestoffer til bruk i tekstilindustrien, ved prosessering av latex i gummiindustrien og i rensing av hydrogenperoksid.

-Syren brukes som tilsetningsstoff i brus og bidrar dermed til smaken. Fortynnet blir brukt i forbindelse med raffinering av sukker. Det fungerer også som et buffersystem i fremstillingen av skinke, gelatin og antibiotika.

-Involvert i utviklingen av vaskemidler, i syrekatalysen av acetylenproduksjon.

-Den brukes som et suringsmiddel i balansert mat til husdyrhold og kjæledyr. Legemiddelindustrien bruker den til fremstilling av antiemetiske legemidler. Det brukes også i en blanding for å lage asfalt for å bane bakken og reparere sprekker.

-Fosforsyre virker som en katalysator i hydratiseringsreaksjonen av alkener for å produsere alkohol, hovedsakelig etanol. I tillegg brukes den til bestemmelse av organisk karbon i jord.

Tannlege

Det brukes av tannleger til å rengjøre og forandre tannoverflaten før tannpleieplasseringen plasseres. Det finner også bruk i tannbleking og fjerning av dentalplakk. I tillegg brukes den til fremstilling av lim for tannproteser.

kosmetikk

Fosforsyre brukes til å justere pH i preparatet av kosmetiske produkter og for hudpleie. Det brukes som et kjemisk oksidasjonsmiddel for produksjon av aktivert karbon.

Dannelse av fosforsyre

-Fosforsyre fremstilles fra fosfat-bergarter av apatitt-type ved fordøyelse med konsentrert svovelsyre:

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

Fosforsyren oppnådd i denne reaksjonen har lav renhet, så det gjennomgår en renseprosess som inkluderer utfelling, løsningsmiddelekstraksjon, krystallisering og ionbytterteknikker..

-Fosforsyre kan fremstilles ved å oppløse fosforpentoksid i kokende vann.

-Det kan også oppnås ved oppvarming av fosfor med en blanding av luft og vanndamp:

P₄ (l) + 5O₂ (g) => P₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (er) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (L)

risikoer

-Fordi damptrykket er lavt ved romtemperatur, er det lite sannsynlig at dampene kan inhaleres, med mindre syren sprøytes. I så fall inkluderer symptomer på innånding: hoste, ondt i halsen, kortpustethet og åndedrettsvern.

-Litteraturen siterer saken om en sjømann som ble utsatt for fosforsyre dampe i lang tid. Han led generell svakhet, tørr hoste, brystsmerter og respiratoriske problemer. Etter ett år med eksponering ble det observert reaktiv luftveis dysfunksjon.

-Hudkontakt med fosforsyre kan forårsake rødhet, smerte, blemmer og hudforbrenninger.

-Kontakten av syren med øynene, avhengig av konsentrasjonen og varigheten av kontakten, kan produsere i disse korrosive vevslesjoner eller alvorlige forbrenninger med permanent øyeskader..

-Syreinntak forårsaker brann i munn og hals, brennende følelse utover brystbenet, magesmerter, oppkast, sjokk og kollaps.

referanser

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Fosforsyre. Tatt fra: chemspider.com
2. Kanadisk senter for yrkeshelse og sikkerhet. (1999). Fosforsyre - Virkninger på helse. Tatt fra: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Fosforsyre "Mangfold av anvendelser av denne kjemiske forbindelsen." Tatt fra: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown og James R. Lehr. (1955). Struktur av krystallinsk fosforsyre. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Fosforsyrer og fosfater. Hentet fra: en.wikipedia.org
6. Vitenskapen er morsom. Lær om fosforsyre. [PDF]. Hentet fra: scifun.chem.wisc.edu