Fosforsyre (H3PO4) struktur, nomenklatur, egenskaber, anvendelser



den phosphorsyre  er en oxosyre af fosfor, der har en kemisk formel H3PO4. Den består af en mineralsyre, hvori tre sure protoner er forbundet med phosphatanionen (PO43-). Selv om det ikke betragtes som en stærk syre, kan den ukorrekte anvendelse udgøre en sundhedsrisiko.

Det kan findes i to stater: som et faststof i form af tykke orthorhombiske krystaller eller en krystallinsk væske af sirupagtigt udseende. Den mest almindelige kommercielle præsentation har en koncentration på 85% w / w og en densitet på 1,685 g / cm3. Denne tæthed kommer fra koncentrationens hånd.

De tre OH-grupper er ansvarlige for at give de sure hydrogener. På grund af deres tilstedeværelse i dets struktur kan det reagere med forskellige hydroxider, der forårsager adskillige salte.

I tilfælde af natriumhydroxid kan den danne tre: natriummonobasisk phosphat (NaH)2PO4), natriumdibasisk phosphat (Na2HPO4) og tribasisk natriumphosphat (Na3PO4).

Afhængigt af hvilken base der anvendes til neutralisering, eller hvilke kationer der er meget tæt på den, kan det dog danne andre salte af fosfater. Blandt dem er: calciumphosphat (Ca3(PO4)2), lithiumphosphat (Li3PO4), ferricphosphat (FePO4) og andre. Hver med sine forskellige grader af protonation af phosphatanionen.

På den anden side kan phosphorsyre "sekvestere" divalente kationer, såsom Fe2+, Cu2+, Ca2+ og Mg2+. Ved forhøjede temperaturer kan det reagere med sig selv med tabet af et H-molekyle2Eller danner dimerer, trierer og polymerer af phosphorsyrer.

Denne type reaktion gør denne forbindelse i stand til at etablere et stort antal strukturer med fosfor- og oxygenskeletter, hvorfra en bred vifte af kendte salte, såsom polyphosphater, også kan opnås..

Med hensyn til dens opdagelse blev den syntetiseret i 1694 af Robert Boyle, opløst P2O5 (phosphorpentoxid) i vand. Det er en af ​​mineralsyrerne med større nytteværdi, idet dets funktion som gødning er den vigtigste. Fosfor, sammen med kalium og nitrogen er de tre vigtigste næringsstoffer af planter.

indeks

  • 1 Kemisk struktur
    • 1.1 Diphosphorsyre (H4P2O7)
    • 1.2 Polyphosphorsyrer
    • 1,3 cykliske polyphosphorsyrer
  • 2 nomenklatur
    • 2.1 Orto
    • 2.2 Piro
    • 2.3 mål
  • 3 Egenskaber
    • 3.1 Molekylformel
    • 3.2 Molekylvægt
    • 3.3 Fysisk udseende
    • 3.4 Kogende og smeltepunkter
    • 3,5 Opløselighed i vand
    • 3,6 tæthed
    • 3.7 Damptæthed
    • 3.8 Selvantændelse
    • 3.9 Viskositet
    • 3.10 surhed
    • 3.11 Nedbrydning
    • 3.12 ætsning
    • 3.13 Polymerisering
  • 4 anvendelser
    • 4.1 Salte af fosfater og generelle anvendelser
    • 4.2 Industrielle
    • 4.3 Tandlæger
    • 4.4 Kosmetik
  • 5 dannelse af phosphorsyre
  • 6 risici
  • 7 referencer

Kemisk struktur

Fosforsyre består af en P = O-binding og tre P-OH, hvor sidstnævnte er bærerne af de sure hydrogener, der frigives i et opløsningsmedium. Med fosforatomet i midten tegner oxygene en slags molekylært tetraeder.

På denne måde kan phosphorsyren visualiseres som en tetraeder. Fra dette perspektiv er tetrahedra (pr. Enheder af H3PO4) interagerer med hinanden ved hydrogenbindinger; det vil sige, at deres hjørner tæt nærmer sig.

Disse intermolekylære interaktioner tillader phosphorsyren at krystallisere i to faste stoffer: det vandfrie og hemihydratet (H3PO4· 1 / 2H2O), begge med monokliniske krystal systemer. Dens vandfri form kan også beskrives med formlen: 3H2O · P2O5, hvad er lig med et trihydratiseret phosphorpentoxid.

Tetraederet kan endda kovalent forbinde, men for denne ene af deres enheder skal fjerne et molekyle vand ved dehydrering. Dette sker, når H3PO4 den udsættes for opvarmning og som en følge heraf frembringer dannelsen af ​​polyphosphorsyrer (PA).

Diphosphorsyre (H4P2O7)

Den simpleste af alle PA er diphosphorsyre (H4P2O7), også kendt som pyrophosphorsyre. Den kemiske ligning af dens dannelse er følgende:

2H3PO4 <=> H4P2O7 + H2O

Balancen afhænger af mængden af ​​vand og temperaturen. Hvad er dens struktur? I sektionens billede er strukturer af orthophosphorsyre og pyrophosphorsyre illustreret i øverste venstre hjørne.

To enheder bindes kovalent ved at fjerne et molekyle vand, der danner en P-O-P oxygenbro mellem dem. Nu er der tre syre hydrogener, men fire (fire -OH grupper). På grund af dette er H4P2O7 præsenterer fire konstanter af ionisering ktil.

Polyfosforsyrer

Dehydrering kan fortsætte med pyrophosphorsyre, hvis opvarmning fortsætter. Hvorfor? Fordi i hver ende af dets molekyle er der en OH-gruppe, der kan elimineres som et vandmolekyle, og dermed fremme den efterfølgende vækst af skeletet P-O-P-O-P ...

Eksempler på disse syrer er tripolyphosphorsyre og tetrapolyphosphorsyrer (begge illustreret i billedet). Det kan ses, hvordan P-O-P skelettet strækker sig i en slags kæde dannet af tetrahedra.

Disse forbindelser kan repræsenteres ved formlen HO (PO2OH)xH, hvor HO er den venstre ende, som kan være dehydreret. PO2OH er fosforskeletet med bindingerne P = O og OH; og x er de enheder eller molekyler af phosphorsyrer, der er nødvendige for at opnå kæden.

Når disse forbindelser neutraliseres med en base fuldstændigt, stammer såkaldte polyphosphater. Afhængigt af hvilke kationer der omgiver dem danner de en lang række polyfosfatsalte.

På den anden side, hvis de reagerer med alkoholer ROH, erstattes hydrogenerne af deres skelet med alkylsubstituenterne R-. Således opstår phosphat- (eller polyphosphat) estere: RO (PO2OR)xA. Det er nok at erstatte H for R i alle strukturer af billedet af sektionen for at opnå dem.

Cycliske polyphosphorsyrer

P-O-P-kæderne kan endda lukkes i en ring- eller fosforcyklus. Den simpleste af denne type forbindelse er trimetaphosphorsyre (øverste højre hjørne af billedet). PA'er kan således være lineære, cykliske; eller hvis deres strukturer udviser begge typer forgrenede.

nomenklatur

Nomenklaturen af ​​phosphorsyre styres af IUPAC og hvordan ternære salte af oxosyrer er navngivet.

Fordi i H3PO4 atomet af P har valence +5, den højeste værdi, dets syre er tildelt suffikset -ico til præfiks fosfor-.

Orto

Imidlertid betegnes fosforsyre også almindeligvis orthophosphorsyre. Hvorfor? Fordi ordet 'ortho' er græsk og betyder 'sandt'; hvad ville resultere i den "sande" eller "mere hydreret" form af den.

Når phosphorsyreanhydridet hydreres med et overskud af vand (P4O10, phosphor "cap" af billedet ovenfor) H fremstilles3PO4 (3H2O · P2O5). Ortho-præfikset er således tildelt de syrer dannet med rigeligt vand.

Piro

Præfiks pyro refererer til alle forbindelser der er opstået efter påføring af varme, da diphosphorsyre stammer fra termisk dehydrering af phosphorsyre. Det kaldes derfor pyrophosphorsyre (2H)2O · P2O5).

mål

Meta-præfikset, som også er et græsk ord, betyder 'efter'. Det tilsættes til de stoffer, hvis formel har elimineret et molekyle, i dette tilfælde det vand:

H3PO4 => HPO3 + H2O

Bemærk, at denne gang ikke forekommer to fosforenheder til dannelse af diphosphorsyren, men i stedet opnås metafosforsyre (hvoraf der ikke er tegn på dets eksistens)..

Det er også vigtigt at bemærke, at denne syre kan beskrives som H2O · P2O5 (svarende til hemidrato, multiplicere HPO3 for 2). Prefiksmeta kommer perfekt efter den cykliske PA, fordi hvis triphosphorsyren dehydrerer, men ikke tilføjer en anden enhed H3PO4 at blive tetraphosphorsyre, så skal den danne en ring.

Og det er tilfældet med andre polymetaphosphorsyrer, selv om IUPAC anbefaler at kalde dem som cykliske forbindelser af den tilsvarende PA.

egenskaber

Molekylformel

H3PO4

Molekylvægt

97.994 g / mol

Fysisk udseende

I sin faste form præsenterer den orthorhombic, hygroskopiske og gennemsigtige krystaller. Under den flydende form er den krystallinsk af udseendet af en viskøs sirup.

Kommercielt opnås det i vandig opløsning med en koncentration på 85% vægt / vægt. I alle disse præsentationer mangler lugt.

Kogende og smeltepunkter

158º C (316º F til 760 mmHg).

108º F (42.2º C).

Opløselighed i vand

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

tæthed

1,892 g / cm3 (Fast stof); 1.841 g / cm3 (100% opløsning); 1,685 g / cm3 (85% opløsning); 1,334 g / cm3 50% opløsning) ved 25 ° C.

Damptæthed

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

Automatisk tænding

Det er ikke brandfarligt.

viskositet

3,86 mPoise (40% opløsning ved 20 ° C).

surhed

pH: 1,5 (0,1 N opløsning i vand)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 og pKa3 = 12.319. Derfor er dens hydrogen plus syre den første.

nedbrydning

Ved opvarmning frigør det fosforoxider. Hvis temperaturen stiger til 213 ° C eller mere bliver det pyrophosphorsyre (H4P2O7).

ætsende

Ætsende til jernholdige metaller og aluminium. Ved reaktion med disse metaller stammer brintbrændselsgassen.

polymerisation

Polymeriserer voldsomt med azoforbindelser, epoxider og polymeriserbare forbindelser.

applikationer

Fosfatsalte og generelle anvendelser

-Fosforsyre tjener som basis for udarbejdelse af fosfater, der anvendes som gødningsstoffer, fordi fosfor er et plantens vigtigste næringsstof.

-Det er blevet brugt til behandling af blyforgiftning og andre forhold, hvor der kræves betydelige mængder fosfat, og produktionen af ​​mild acidose.

-Det bruges til at kontrollere pH i urinvejen i mink og udgifter for at undgå dannelse af nyresten.

-Fosforsyre stammer fra Na-salte2HPO4 og NaH2PO4 som udgør et buffersystem til pH med en pKa på 6,8. Dette reguleringssystem af pH er til stede hos mennesker, der har betydning for reguleringen af ​​intracellulær pH ​​såvel som i styringen af ​​koncentrationen af ​​hydrogen i nefronernes distale tubuli og samler..

-Det bruges til fjernelse af det mugne lag af jernoxid, der akkumuleres på dette metal. Fosforsyre danner jernfosfat, der let kan fjernes fra metaloverfladen. Det anvendes også i elektrisk polering af aluminium og er et bindemiddel af ildfaste produkter såsom aluminiumoxid og magnesia.

industrielle

-Fosforsyre er beregnet som et katalytisk middel til fremstilling af nylon og benzin. Den anvendes som et dehydratiseringsmiddel ved lithografisk gravering ved fremstillingen af ​​farvestoffer til brug i tekstilindustrien under processen med koagulering af latex i gummiindustrien og ved rensning af hydrogenperoxid.

-Syren anvendes som et tilsætningsstof i sodavand, hvilket bidrager til dets smag. Fortyndet anvendes i forbindelse med raffinering af sukker. Det virker også som et buffersystem til fremstilling af skinke, gelatine og antibiotika.

-Involveret i udviklingen af ​​vaske- og rengøringsmidler i den sure katalyse af acetylenproduktionen.

-Det anvendes som et syremiddel i balanceret foder til husdyrindustrien og kæledyr. Den farmaceutiske industri bruger den til fremstilling af antiemetiske lægemidler. Det bruges også i en blanding til at gøre asfalt til at bane jorden og reparere revner.

-Fosforsyre virker som en katalysator i hydratiseringsreaktionen af ​​alkener for at fremstille alkohol, hovedsageligt ethanol. Derudover anvendes den til bestemmelse af organisk kulstof i jordbunden.

stomatologisk

Det bruges af tandlæger til at rengøre og konditionere tandoverfladen før tandlægestøttens placering. Det finder også anvendelse i tandblegning og i fjernelse af dental plaques. Derudover anvendes den til fremstilling af klæbemidler til tandproteser.

kosmetik

Fosforsyre bruges til at justere pH i fremstillingen af ​​kosmetiske produkter og til hudpleje. Det anvendes som et kemisk oxidationsmiddel til fremstilling af aktivt kul.

Dannelse af phosphorsyre

-Fosforsyre fremstilles ud fra apatit-type phosphatklipper ved fordøjelse med koncentreret svovlsyre:

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

Den fosforsyre, der opnås ved denne reaktion, har lav renhed, så det undergår en oprensningsproces, som indbefatter udfældning, opløsningsmiddelekstraktion, krystallisation og ionbytningsteknikker..

-Fosforsyre kan fremstilles ved at opløse fosforpentoxid i kogende vand.

-Det kan også opnås ved opvarmning af fosfor med en blanding af luft og vanddamp:

P4 (l) + 5O2 (g) => P4O10 (S)

P4O10 (s) + H2O (g) => 4H3PO4 (L)

risici

-Fordi damptrykket er lavt ved stuetemperatur, er det usandsynligt, at dets dampe kan indåndes, medmindre syren sprøjtes. I så fald indbefatter symptomer på indånding: hoste, ondt i halsen, åndenød og åndedræt.

-Litteraturen nævner sagen om en sømand, der blev udsat for fosforsyre dampe i lang tid. Han led generel svaghed, tør hoste, brystsmerter og åndedrætsbesvær. Efter et års eksponering blev reaktiv luftvejsdysfunktion observeret.

-Hudkontakt med fosforsyre kan forårsage rødme, smerter, blister og hudforbrændinger.

-Syrens kontakt med øjnene afhængigt af koncentrationen og kontaktens varighed kan producere i disse ætsende læsioner eller alvorlige forbrændinger med permanent øjenskade..

-Syreindtag forårsager forbrænding i mund og hals, brændende fornemmelse ud over brystet, mavesmerter, opkastning, chok og sammenbrud.

referencer

  1. Royal Society of Chemistry. (2015). Phosphorsyre. Modtaget fra: chemspider.com
  2. Canadisk center for arbejdsmiljø og sikkerhed. (1999). Fosforsyre - Virkninger på sundhed. Taget fra: ccsso.ca
  3. Acidos.Info. (2018). Fosforsyre "Forskellige anvendelser af denne kemiske forbindelse." Taget fra: acidos.info
  4. James P. Smith, Walter E. Brown og James R. Lehr. (1955). Struktur af krystallinsk phosphorsyre. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
  5. Wikipedia. (2018). Fosforsyrer og fosfater. Hentet fra: en.wikipedia.org
  6. Videnskaben er sjov. Lær om fosforsyre. [PDF]. Hentet fra: scifun.chem.wisc.edu