FOSFORIHAPPO (H3PO4): RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Fosforihappo on happihappo fosforin, joilla on kemiallinen kaava H ₃ PO ₄. Se koostuu mineraalihaposta, jossa kolme hapanta protonia on sitoutunut fosfaatti-anioniin (PO ₄ ^3–). Vaikka sitä ei pidetä vahvana hapana, sen väärinkäyttö voi aiheuttaa terveysriskin.

Sitä voidaan löytää kahdessa tilassa: kiinteänä aineena paksujen ortorombi- kiteiden muodossa tai kiteisenä nesteenä, jolla on siirappimainen ulkonäkö. Sen yleisin kaupallinen esitys pitoisuus on 85% paino / paino ja tiheys 1,685 g / cm ³. Tämä tiheys tulee keskittymisen kädestä.

Yllä oleva kuva osoittaa yhden fosforihapon molekyylin. Kirjoittaja Leyo, Wikimedia Commonsista

Kolme OH-ryhmää vastaa happamien vetyjen luovuttamisesta. Koska niiden rakenteessa on niitä, se voi reagoida erilaisten hydroksidien kanssa, jotka tuottavat erilaisia ​​suoloja.

Tapauksessa natriumhydroksidia, se voi muodostaa kolme: yksiemäksistä natriumfosfaattia (NaH ₂ PO ₄), kaksiemäksistä natriumfosfaattia (Na ₂ HPO ₄), ja kolmiemäksistä natriumfosfaattia (Na ₃ PO ₄).

Riippumatta siitä, mitä emästä käytetään sen neutralointiin tai mitkä kationit ovat sen lähellä, se voi kuitenkin muodostaa muita fosfaattisuoloja. Niitä ovat: kalsiumfosfaatti (Ca ₃ (PO ₄) ₂), litiumfosfaatti (Li ₃ PO ₄), rautafosfaatti (FePO ₄) ja muut. Jokaisella on erilaiset fosfaattianionin protonointiasteet.

Toisaalta fosforihappo voi "eristää" kaksiarvoisia kationeja, kuten Fe2 ⁺, Cu2 ⁺, Ca2 ⁺ ja Mg2 ⁺. Korkeissa lämpötiloissa se voi reagoida itsensä kanssa menetys H ₂ O -molekyyli, joka muodostaa dimeerejä, trimeerejä ja polymeerit fosforihapon.

Tämän tyyppinen reaktio tekee tästä yhdisteestä kykenevän muodostamaan suuren määrän rakenteita fosfori- ja happirunkoilla, joista voidaan myös saada laaja valikoima suoloja, joita kutsutaan polyfosfaateiksi.

Suhteen sen löytö, se syntetisoitiin 1694 Robert Boyle, liuottamalla P ₂ O ₅ (fosforipentoksidi) vedessä. Se on yksi hyödyllisimmistä mineraalihapoista, sen tehtävä lannoitteena on tärkein. Fosfori, kalium ja typpi, ovat kasvien kolme pääravinnetta.

Kemiallinen rakenne

Lähettäjä Ei koneellisesti luettavaa kirjoittajaa toimittanut. H Padleckas oletti (perustuu tekijänoikeusvaatimuksiin)., Wikimedia Commonsin kautta

Fosforihappo koostuu P = O-sidoksesta ja kolmesta P-OH: sta, joissa viimeksi mainitut ovat liukenemisväliaineessa vapautettujen happamien vetyjen kantajia. Fosforiatomin ollessa keskellä hapen vedetään eräänlainen molekyylin tetraedra.

Tällä tavalla fosforihappo voidaan visualisoida tetraedriksi. Tästä näkökulmasta, mainittu tetrahedra (H ₃ PO ₄ kpl) ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vetysidoksia; toisin sanoen niiden kärjet ovat lähekkäin.

Nämä molekyylien väliset vuorovaikutukset mahdollistavat fosforihapon kiteytymisen kahdeksi kiintoaineeksi: vedettömäksi ja hemihydraatiksi (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), molemmat monokliinisten kidejärjestelmien kanssa. Sen vedetöntä muotoa voidaan myös kuvata kaavalla: 3H ₂ O · P ₂ O ₅, joka on yhtä suuri kuin trihydratoitu fosforipentoksidi.

Tetraedronit voivat jopa kytkeytyä kovalenttisesti, mutta tätä varten niiden yksikköjen on poistettava vesimolekyyli kuivumisen kautta. Tämä tapahtuu, kun H ₃ PO ₄ suoritetaan kuumentamalla, ja näin ollen muodostaa muodostumista polyfosforihappojen (PA).

Difosforihappo (H

Yksinkertaisimpia PA: on difosforihappo (H ₄ P ₂ O ₇), joka tunnetaan myös pyrofosforihappo. Sen muodostumisen kemiallinen yhtälö on seuraava:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Tasapaino riippuu veden määrästä ja lämpötilasta. Mikä on sen rakenne? Kohdan kuvassa ortofosforihapon ja pyrofosforihapon rakenteet on esitetty vasemmassa yläkulmassa.

Kaksi yksikköä yhdistyvät kovalenttisesti, kun vesimolekyyli eliminoituu, muodostaen P - O - P - happisillan niiden väliin. Nyt ne eivät ole kolme hapanta vetyä, vaan neljä (neljä -OH-ryhmää). Tämän vuoksi, H ₄ P ₂ O ₇ on neljä ionisaatiovakiot k.

Polyfosforihapot

Dehydraatio voi tapahtua pyrofosforihapolla, jos lämmitys jatkuu. Miksi? Koska molekyylin molemmissa päissä on OH-ryhmä, joka voidaan eliminoida kuin vesimolekyyli, mikä edistää P-O-P-O-P-luurangan myöhempää kasvua…

Esimerkkejä näistä hapoista ovat tripolyfosforihappo ja tetrapolyfosforihapot (molemmat kuvattu kuvassa). Voidaan havaita, kuinka P - O - P - runko pidentyy sellaisessa ketjussa, joka koostuu tetraedreistä.

Nämä yhdisteet voidaan esittää kaavalla HO (PO ₂ OH) _x H, jossa HO on vasen pää, joka voi olla kuivattu. PO ₂ OH on Fosforirungon kanssa P = O ja OH sidoksia; ja x ovat mainitun ketjun saamiseksi tarvittavat fosforihappoyksiköt tai molekyylit.

Kun nämä yhdisteet neutraloidaan täysin emäksellä, syntyy ns. Polyfosfaatteja. Riippuen siitä, mitkä kationit niitä ympäröivät, ne muodostavat laajan valikoiman polyfosfaattisuoloja.

Toisaalta, jos ne reagoivat ROH-alkoholien kanssa, niiden rungossa olevat vety korvaa R-alkyylisubstituentit. Siten fosfaattiestereitä (tai polyfosfaatteja) syntyy: RO (PO ₂ OR) _x R. Riittää, että R korvataan H: lla kaikissa leikkauksen kuvan rakenteissa niiden saamiseksi.

Sykliset polyfosforihapot

P-O-P-ketjut voivat jopa sulkeutua fosforirenkaassa tai syklissä. Yksinkertaisin tämän tyyppisistä yhdisteistä on trimetafosforihappo (kuvan oikea yläkulma). Siten AP: t voivat olla lineaarisia, syklisiä; tai jos niiden rakenteissa on molemmat tyypit, haarautuneita.

nimistö

Lähde: commons.wikimedia.org

Fosforihapon nimikkeistön sanelee IUPAC ja miten nimitetään oksohappojen ternääriset suolat.

Koska H ₃ PO _4: ssä P-atomilla on valenssi +5, korkein arvo, sen hapolle on annettu loppuliite -ico etuliitteen fosforille.

orto

Fosforihappoa kutsutaan kuitenkin myös yleisesti ortofosforihapoksi. Miksi? Koska sana "orto" on kreikka ja tarkoittaa "totta"; joka kääntäisi siitä "todellisen muodon" tai "hydraattisemman".

Kun vedetön fosfori hydratoidaan ylimäärällä vettä (P ₄ O ₁₀, fosforin "korkki" yläkuvassa), muodostuu H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅). Siten etuliite orto osoitetaan niille hapoille, jotka on muodostettu runsaalla vedellä.

Pyro

Etuliite pyro viittaa mihin tahansa yhdisteeseen, joka on peräisin lämmön käytön jälkeen, koska difosforihappo syntyy fosforihapon termisestä dehydraatiosta. Siksi sitä kutsutaan pyrofosforihapoksi (2H ₂ O · P ₂ O ₅).

Päämäärä

Etuliite meta, joka on myös kreikkalainen sana, tarkoittaa 'jälkeen'. Sitä lisätään niihin aineisiin, joiden kaava on eliminoinut molekyylin, tässä tapauksessa veden:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Huomaa, että tällä kertaa kahden fosforiyksikön lisäämistä ei tapahdu difosforihapon muodostamiseksi, vaan sen sijaan saadaan metafosforihappoa (jonka olemassaolosta ei ole todisteita).

On myös tärkeää huomata, että tätä happoa voidaan kuvata nimellä H ₂ O · P ₂ O ₅ (samanlainen kuin hemidraatti, kertomalla HPO ₃: lla 2). Meta-etuliite on täysin linjassa syklisten PA: ien kanssa, koska jos trifosforihappo dehydratoituu, mutta ei lisää toista H ₃ PO _{4 -yksikköä} tullakseen tetrafosforihapoksi, sen on muodostettava rengas.

Ja tämä on sama muiden polymetafosforihappojen kanssa, vaikka IUPAC suosittelee, että niitä kutsutaan vastaavien PA: ien syklisiksi yhdisteiksi.

ominaisuudet

Molekyylikaava

H ₃ PO ₄

Molekyylipaino

97,994 g / mol

Fyysinen ulkonäkö

Kiinteässä muodossaan se sisältää ortorombilisia, hygroskooppisia ja läpinäkyviä kiteitä. Nestemäisessä muodossa se on kiteinen ja viskoosin siirappin muodossa.

Sitä on kaupallisesti saatavana vesiliuoksessa, jonka konsentraatio on 85 painoprosenttia. Kaikissa näissä esityksissä sillä ei ole hajua.

Kiehumis- ja sulamispisteet

158 ° C (316 ° F 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Vesiliukoisuus

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

Tiheys

1,892 g / cm ³ (kiinteä aine); 1,841 g / cm ³ (100% liuos); 1,685 g / cm ³ (85% liuos); 1,334 g / cm ³ 50% liuos) 25 ° C: ssa

Höyryn tiheys

Suhteessa ilmaan 3,4 (ilma = 1).

Automaattinen sytytys

Se ei ole palavaa.

Viskositeetti

3,86 mPoise (40% liuos 20 ° C: ssa).

Happamuus

pH: 1,5 (0,1 N vesiliuos)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 ja pKa3 = 12,319. Siksi hapoin vety on ensin.

hajoaminen

Kuumennettaessa se vapauttaa fosforioksideja. Jos lämpötila nousee vähintään 213º C: seen, siitä tulee pyrofosforihappoa (H ₄ P ₂ O ₇).

korrodoivuus

Syövyttää rautametallien ja alumiinin kanssa. Reagoimalla näiden metallien kanssa syntyy vetypolttokaasua.

polymerointi

Polymeroituu kiivaasti atsoyhdisteiden, epoksidien ja polymeroituvien yhdisteiden kanssa.

Sovellukset

Fosfaattisuolat ja yleinen käyttö

-Fosforihappo toimii pohjana fosfaattien valmistukselle, joita käytetään lannoitteina, koska fosfori on kasvien pääravinne.

- Sitä on käytetty lyijymyrkytysten ja muiden tilojen, joissa tarvitaan huomattavia määriä fosfaattia, hoidossa ja lievän asidoosin tuottamiseksi.

-Sitä käytetään arkin virtsateiden ja kulujen pH: n hallintaan munuaiskivien muodostumisen välttämiseksi.

-Fosforihapon aiheuttaa Na ₂ HPO ₄ ja NaH ₂ PO ₄ suoloja, jotka muodostavat pH: n puskuri, jossa on pKa on 6,8. Tämä pH: ta säätelevä järjestelmä on läsnä ihmisessä, ja se on tärkeä solunsisäisen pH: n säätelyssä, samoin kuin vetypitoisuuden hallinnassa nefronien distaalisissa ja keräysputkissa.

- Sitä käytetään tämän metallin kerääntyneen homeisen kerroksen poistamiseen. Fosforihappo muodostaa rautafosfaattia, joka voidaan helposti poistaa metallin pinnalta. Sitä käytetään myös alumiinin sähkökiillotuksessa ja se on sidosaine tulenkestäville tuotteille, kuten alumiinioksidille ja magneesialle.

teollinen

-Fosforihappoa käytetään katalyyttisenä aineena nailonin ja bensiinin valmistuksessa. Sitä käytetään kuivatusaineena litografisessa kaiverruksessa, tekstiiliteollisuudessa käytettävien väriaineiden valmistuksessa, kumiteollisuuden lateksihyytymisprosessissa ja vetyperoksidin puhdistuksessa.

-Happoa käytetään lisäaineena virvoitusjuomissa, mikä edistää sen makua. Laimennettu laimennetaan sokerin jalostusprosessissa. Se toimii myös puskurijärjestelmänä kinkun, liivateen ja antibioottien valmistuksessa.

-Se osallistuu pesuaineiden kehittämiseen, asetyleenituotannon happokatalyysiin.

-Sitä käytetään hapotusaineena tasapainoisessa ruoassa kotieläintaloudelle ja lemmikkieläimille. Lääketeollisuus käyttää sitä antiemeettisten lääkkeiden valmistuksessa. Sitä käytetään myös seoksessa asfaltin valmistamiseksi maan tasoittamiseksi ja halkeamien korjaamiseksi.

-Fosforihappo toimii katalysaattorina alkeenien hydraatioreaktiossa alkoholin, pääasiassa etanolin, tuottamiseksi. Lisäksi sitä käytetään orgaanisen hiilen määrittämiseen maaperässä.

hammas-

Hammaslääkärit käyttävät sitä hampaan pinnan puhdistamiseen ja kunnostamiseen ennen hammaskiinnikkeiden asettamista. Sitä löytyy myös hampaiden valkaisussa ja hammasplakkien poistamisessa. Lisäksi sitä käytetään hammasproteesien liimojen valmistuksessa.

Kosmetiikka

Fosforihappoa käytetään pH: n säätämiseen kosmeettisissa ja ihonhoitotuotteissa. Sitä käytetään kemiallisena hapettimena aktiivihiilen tuotannossa.

Fosforihapon muodostuminen

-Fosforihappo valmistetaan apatiittityyppisistä fosfaattikiveistä pilkkomalla väkevällä rikkihapolla:

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)

Tässä reaktiossa saatu fosforihappo on alhaisen puhdasta, minkä vuoksi sille suoritetaan puhdistusprosessi, joka sisältää saostamisen, liuotinuuton, kiteyttämisen ja ioninvaihtotekniikat.

-Fosforihappoa voidaan tuottaa liuottamalla fosforipentoksidia kiehuvaan veteen.

-Sitä voidaan saada myös kuumentamalla fosforia ilman ja vesihöyryn seoksella:

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)

riskit

-Koska sen höyrynpaine on alhainen huoneenlämpötilassa, sen höyryjä ei todennäköisesti hengitetä, ellei happea suihkuteta. Jos näin on, hengityksen oireita ovat: yskä, kurkkukipu, hengenahdistus ja vaivaton hengitys.

- Kirjallisuudessa mainitaan tapaus merimiehestä, joka oli altistunut fosforihapon höyryille pitkään. Hänellä oli yleinen heikkous, kuiva yskä, rintakipu ja hengitysvaikeudet. Yhden vuoden kuluessa altistumisesta havaittiin reaktiivisia hengitysteiden toimintahäiriöitä.

- Nahan kosketus fosforihapon kanssa voi aiheuttaa ihon punoitusta, kipua, rakkuloita ja palovammoja.

- Hapon kosketus silmiin, sen pitoisuudesta ja kosketuksen kestosta riippuen, voi aiheuttaa niissä syövyttäviä kudosvammoja tai vakavia palovammoja, joissa on pysyviä silmävaurioita.

-Hapun nieleminen aiheuttaa polttamista suussa ja kurkussa, poltutustunnetta rintakehän ulkopuolella, vatsakipuja, oksentelua, sokkia ja romahduksia.

Viitteet

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Fosforihappo. Otettu: chemspider.com
2. Kanadan työturvallisuus- ja työterveyskeskus. (1999). Fosforihappo - terveysvaikutukset. Ostettu: ccsso.ca
3. Acids.Info. (2018). Fosforihappo »Erilaisia ​​tämän kemiallisen yhdisteen käyttötapoja. Otettu: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown ja James R. Lehr. (1955). Kiteisen fosforihapon rakenne. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728 - 2730
5. Wikipedia. (2018). Fosforihapot ja fosfaatit. Kuvannut: en.wikipedia.org
6. Tiede on hauskaa. Opi fosforihaposta.. Ostettu: scifun.chem.wisc.edu