Fosforsyra (H3PO4) struktur, nomenklatur, egenskaper, användningar



den fosforsyra  är en fosforoxosyra som har en kemisk formel H3PO4. Den består av en mineralsyra där tre sura protoner är kopplade till fosfatanjonen (PO43-). Även om det inte anses vara en stark syra, kan den felaktiga användningen innebära en hälsorisk.

Det finns i två tillstånd: som ett fast ämne i form av tjocka ortofoniska kristaller eller en kristallin vätska med syrupy utseende. Den vanligaste kommersiella presentationen har en koncentration på 85% vikt / vikt och en densitet av 1,685 g / cm3. Denna täthet kommer från koncentrationens händer.

De tre OH-grupperna ansvarar för att de sura vätena doneras. På grund av närvaron av dem i sin struktur kan den reagera med olika hydroxider som orsakar flera salter.

När det gäller natriumhydroxid kan den bilda tre: natriummonobasfosfat (NaH)2PO4), natriumdibasfosfat (Na2HPO4) och tribasiskt natriumfosfat (Na3PO4).

Beroende på vilken bas som används för dess neutralisering, eller vilka katjoner är mycket nära det, kan det dock bilda andra salter av fosfater. Bland dem är: kalciumfosfat (Ca3(PO4)2), litiumfosfat (Li3PO4), järnfosfat (FePO4) och andra. Var och en med sina olika grader av protonering av fosfatanjonen.

Å andra sidan kan fosforsyra "sekvestrera" divalenta katjoner såsom Fe2+, Cu2+, Ca2+ och Mg2+. Vid förhöjda temperaturer kan det reagera med sig självt med förlusten av en H-molekyl2Eller bildar dimerer, trierer och polymerer av fosforsyror.

Denna typ av reaktion gör denna förening är i stånd att etablera ett stort antal strukturer skelett fosfor och syre, som finns också ett brett spektrum av salter kända som polyfosfater.

När det gäller dess upptäckt, syntetiserades den 1694 av Robert Boyle och upplöste P2O5 (fosforpentoxid) i vatten. Det är en av mineralsyrorna med större nytta, vilket är dess funktion som mest gödningsmedel. Fosfor, tillsammans med kalium och kväve, är de tre viktigaste näringsämnena i växter.

index

  • 1 Kemisk struktur
    • 1.1 Difosforsyra (H4P2O7)
    • 1.2 Polyfosforsyror
    • 1,3 cykliska polyfosforsyror
  • 2 nomenklaturen
    • 2.1 Orto
    • 2,2 Piro
    • 2.3 Mål
  • 3 egenskaper
    • 3.1 Molekylformel
    • 3,2 molekylvikt
    • 3.3 Fysisk utseende
    • 3.4 Koknings- och smältpunkter
    • 3,5 Löslighet i vatten
    • 3,6 Densitet
    • 3,7 ångdensitet
    • 3.8 Automatisk tändning
    • 3,9 Viskositet
    • 3.10 surhet
    • 3,11 Nedbrytning
    • 3.12 Korrosivitet
    • 3,13 Polymerisering
  • 4 användningsområden
    • 4.1 Salter av fosfater och allmänna användningsområden
    • 4.2 Industriellt
    • 4.3 Tandläkare
    • 4.4 Kosmetika
  • 5 Bildning av fosforsyra
  • 6 risker
  • 7 referenser

Kemisk struktur

Fosforsyran består av en P = O-bindning och tre P-OH, där de senare är bärarna av sura väteerna frisatta i ett upplösningsmedium. Med fosforatomen i mitten ritar oxiderna en slags molekylär tetraeder.

På detta sätt kan fosforsyra visualiseras som en tetraeder. Ur detta perspektiv anges tetraedra (per enheter av H3PO4) interagerar med varandra med vätebindningar; det vill säga deras toppunkter nära approximativt.

Dessa intermolekylära interaktioner tillåter fosforsyra att kristallisera i två fasta substanser: vattenfri och hemihydratet (H3PO4· 1 / 2H2O), båda med monokliniska kristallsystem. Dess vattenfria form kan också beskrivas med formeln: 3H2O · P2O5, vad är lika med en trihydratiserad fosforpentoxid.

Tetraedern kan även kovalent binda, men för denna en av deras enheter måste ta bort en molekyl vatten genom dehydrering. Detta inträffar när H3PO4 det utsätts för upphettning och som en konsekvens genererar bildningen av polyfosforsyror (PA).

Difosforsyra (H4P2O7)

Det enklaste av alla PA är difosforsyra (H4P2O7), även känd som pyrofosforsyra. Den kemiska ekvationen för dess bildning är följande:

2H3PO4 <=> H4P2O7 + H2O

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

Två enheter binds kovalent genom att avlägsna en molekyl vatten, bildande en P-O-P syrebro mellan dem. Nu finns det tre sura väten, men fyra (fyra -OH-grupper). På grund av detta har H4P2O7 presenterar fyra konstanter av jonisering ktill.

Polyfosforsyror

Dehydrering kan fortsätta med pyrofosforsyra om uppvärmning fortsätter. Varför? Eftersom varje ände av dess molekyl är en OH-grupp som kan avlägsnas som vattenmolekyl, vilket främjar ytterligare tillväxt av skelettet P-O-P-O-P ...

Exempel på dessa syror är tripolyfosfor- och tetrapolyfosforsyror (båda illustreras i bilden). Det kan ses hur P-O-P-skelettet sträcker sig i en slags kedja som bildas av tetraeder.

Dessa föreningar kan representeras av formeln HO (PO2OH)xH, där HO är den vänstra änden som kan dehydreras. PO2OH är fosforskelettet med bindningarna P = O och OH; och x är de enheter eller molekyler av fosforsyror som är nödvändiga för att erhålla nämnda kedja.

När dessa föreningar neutraliseras med en bas fullständigt kommer de så kallade polyfosfaterna. Beroende på vilka katjoner som omger dem bildar de ett stort antal polyfosfatsalter.

Om de däremot reagerar med alkoholer ROH ersätts hydrogensna i deras skelett med alkylsubstituenterna R-. Följaktligen uppstår fosfat- (eller polyfosfat) estrarna: RO (PO2OR)xA. Det är tillräckligt att ersätta H för R i alla strukturer av bild av sektionen för att erhålla dem.

Cykliska polyfosforsyror

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

nomenklatur

Nomenklaturen för fosforsyra regleras av IUPAC och hur ternära salter av oxosyror heter.

För i H3PO4 Atomen av P har valens +5, det högsta värdet, dess syra är tilldelat suffixet -ico till prefixet fosfor-.

Orto

Emellertid kallas fosforsyra också allmänt som ortofosforsyra. Varför? Eftersom ordet "ortho" är grekisk och betyder "sant"; vad skulle resultera i den "sanna" eller "mer hydratiserade" formen av den.

När fosforanhydridet hydreras med ett överskott av vatten (P4O10, fosforens "lock" på bilden ovan) H produceras3PO4 (3H2O · P2O5). Orto-prefixet tilldelas således de syror som bildas med rikligt vatten.

Piro

Prefix pyro avser alla föreningar som härstammar efter applicering av värme, eftersom difosforsyra uppstår genom termisk dehydrering av fosforsyra. Det kallas därför pyrofosforsyra (2H)2O · P2O5).

mål

Meta prefixet, som också är ett grekiskt ord, betyder "efter". Det läggs till de ämnen vars formel har eliminerat en molekyl, i detta fall den för vatten:

H3PO4 => HPO3 + H2O

Notera att denna gång det sker tillsatsen av två fosfor enheter för att bilda pyrofosforsyra, men i stället metafosforsyra erhålles (vilken inga tecken på dess existens).

Det är också viktigt att notera att denna syra kan beskrivas som H2O · P2O5 (liknande hemidrato, multiplicera HPO3 för 2). Prefixmetan kommer perfekt enligt den cykliska PA, för om triposforsyra dehydrerar men inte tillför en annan enhet H3PO4 att bli tetrafosforsyra, då måste den bilda en ring.

Och detta är fallet med andra polymetafosforsyror, även om IUPAC rekommenderar att de kallas som cykliska föreningar av motsvarande PA.

egenskaper

Molekylformel

H3PO4

Molekylvikt

97,994 g / mol

Fysiskt utseende

I sin fasta form presenteras orthorhombic, hygroskopiska och transparenta kristaller. Under den flytande formen är den kristallin av utseendet av en viskös sirap.

Kommersiellt uppnås det i vattenhaltig lösning med en koncentration av 85% vikt / vikt. I alla dessa presentationer saknas lukt.

Koknings- och smältpunkter

158º C (316º F till 760 mmHg).

108º F (42.2ºC).

Löslighet i vatten

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

densitet

1,892 g / cm3 (Fast); 1,841 g / cm3 (100% lösning); 1,685 g / cm3 (85% lösning); 1,334 g / cm3 50% lösning) vid 25 ° C.

Ångdensitet

Relativ luft 3,4 (luft = 1).

Automatisk tändning

Det är inte brandfarligt.

viskositet

3,86 mPoise (40% lösning vid 20 ° C).

syrlighet

pH: 1,5 (0,1 N lösning i vatten)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7198 och pKa3 = 12.319. Följaktligen är dess väte plus syra den första.

sönderdelning

Vid uppvärmning frigörs fosforoxider. Om temperaturen stiger till 213 ° C eller mer blir det pyrofosforsyra (H4P2O7).

korrosivitet

Frätande för järnmetaller och aluminium. Vid reaktion med dessa metaller härrör vätebränslegasen.

polymerisation

Polymeriserar våldsamt med azoföreningar, epoxider och polymeriserbara föreningar.

tillämpningar

Fosfatsalter och allmänt bruk

-Fosforsyra tjänar som bas för framställning av fosfater som används som gödningsmedel eftersom fosfor är ett växtnäringsämne för växter.

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

-Det används för att kontrollera pH i urinvägarna i mink och utgifter för att undvika bildandet av njurstenar.

-Fosforsyra härrör från Na-salter2HPO4 och NaH2PO4 vilka utgör ett buffertsystem för pH med en pKa av 6,8. Detta regulatoriska system med pH är närvarande hos människa, som har betydelse vid reglering av intracellulärt pH såväl som vid hanteringen av koncentrationen av väte i nefronernas distala rör och uppsamlare..

-Den används vid avlägsnande av det mögelaktiga järnoxidskiktet som ackumuleras på denna metall. Fosforsyra bildar järnfosfat som lätt kan avlägsnas från metallytan. Den används också vid elpolering av aluminium och är ett bindemedel för eldfasta produkter, såsom aluminiumoxid och magnesia.

industriell

-Fosforsyra är avsedd som ett katalytiskt medel vid tillverkning av nylon och bensin. Den används som ett dehydreringsmedel vid litografi, vid tillverkning av färgämnen för användning inom textilindustrin, under processen med koagulering av latex i gummiindustrin och vid rening av väteperoxid.

-Syran används som tillsatsmedel i läskedrycker, vilket bidrar till dess smak. Förtunnad appliceras vid förädling av socker. Det fungerar också som ett buffersystem vid framställning av skinka, gelatin och antibiotika.

-Involverad i utvecklingen av tvättmedel, i syrakatalys av acetylenproduktion.

-Den används som ett syrmedel i balanserat foder för boskapsindustrin och husdjur. Läkemedelsindustrin använder den vid 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 i hydreringsreaktionen av alkener för framställning av alkohol, huvudsakligen etanol. Dessutom används den vid bestämning av organiskt kol i marken.

stomatologisk

Det används av tandläkare för att rengöra och konditionera tandytan före placering av tandstöden. Det finner också användning vid tandblekning och vid borttagning av tandplakor. Dessutom används den vid tillverkning av lim för tandproteser.

kosmetika

Fosforsyra används för att justera pH vid framställning av kosmetiska produkter och hudvård. Det används som ett kemiskt oxidationsmedel för produktion av aktivt kol.

Bildning av fosforsyra

-Fosforsyra framställs av fosfatklot av apatittyp genom uppslutning med koncentrerad svavelsyra:

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

Den fosforsyra som erhålles i denna reaktion har låg renhet, så det genomgår en reningsprocess som innefattar utfällning, lösningsmedelsekstraktion, kristallisation och jonbytes-tekniker..

-Fosforsyra kan framställas genom upplösning av fosforpentoxid i kokande vatten.

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

P4 (l) + 502 (g) => P4O10 (S)

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

risker

-Eftersom dess ångtryck är lågt vid rumstemperatur är det osannolikt att dess ångor kan inandas, såvida inte syran sprutas. Om så är fallet är symptomen av inandning: hosta, ont i halsen, andfåddhet och andning.

-Litteraturen hänvisar till en seglare som utsattes för fosforsyraångor under en lång tid. Han led allmänt svaghet, torr hosta, bröstsmärta och andningssvårigheter. Efter ett års exponering observerades reaktiv luftvägsdysfunktion.

-Hudkontakt med fosforsyra kan orsaka rodnad, smärta, blåsor och brännskada på huden.

-Kontakten av syran med ögonen, beroende på koncentrationen och kontaktens varaktighet, kan producera i dessa korrosiva vävnadsskador eller svåra brännskador med permanent ögonskada..

-Syreintag orsakar brännskador i munnen och halsen, brännande känsla bortom båren, buksmärtor, kräkningar, chock och kollaps.

referenser

  1. Royal Society of Chemistry. (2015). Fosforsyra. Hämtad från: chemspider.com
  2. Kanadensiska centrum för arbetshälsa och säkerhet. (1999). Fosforsyra - Effekter på hälsa. Hämtad från: ccsso.ca
  3. Acidos.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. Vetenskapen är kul. Lär dig om fosforsyra. [PDF]. Från: scifun.chem.wisc.edu