Struktura kyseliny fosforečné (H3PO4), názvosloví, vlastnosti, použití

kyselina fosforečná  je oxokyselina fosforu, která má chemický vzorec H₃PO₄. Skládá se z minerální kyseliny, ve které jsou tři kyselé protony spojeny s fosfátovým aniontem (PO₄^3-). Ačkoliv se nepovažuje za silnou kyselinu, její nesprávné použití může představovat riziko pro zdraví.

Může se nacházet ve dvou stavech: jako pevná látka ve formě silných ortorombických krystalů nebo krystalická kapalina se sirupovitým vzhledem. Jeho nejběžnější komerční prezentace má koncentraci 85% hmotnostních a hustotu 1,685 g / cm³. Tato hustota pochází z ruky koncentrace.

Tři OH skupiny jsou zodpovědné za darování kyselých vodíku. Vzhledem k jejich přítomnosti ve své struktuře může reagovat s různými hydroxidy způsobujícími několik solí.

V případě hydroxidu sodného může tvořit tři: fosfát sodný (NaH)₂PO₄), hydrogenfosforečnan sodný (Na₂HPO₄) a tribasického fosforečnanu sodného (Na₃PO₄).

Nicméně v závislosti na tom, která báze se používá pro jeho neutralizaci, nebo které kationty jsou k ní velmi blízko, může tvořit další soli fosfátů. Mezi ně patří: fosforečnan vápenatý (Ca₃(PO₄)₂), fosforečnanu lithného (Li₃PO₄), fosforečnan železitý (FePO)₄) a další. Každý z nich má různé stupně protonace fosfátového aniontu.

Na druhé straně může kyselina fosforečná "sekvestrovat" divalentní kationty, jako je Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ a Mg²⁺. Při zvýšených teplotách může reagovat sám se ztrátou molekuly H₂Nebo tvoří dimery, trímery a polymery kyseliny fosforečné.

Tento typ reakce činí tuto sloučeninu schopnou vytvořit velké množství struktur s fosforovými a kyslíkovými kostry, ze kterých lze také získat širokou škálu známých solí, jako jsou polyfosfáty..

Pokud jde o jeho objev, byl syntetizován v roce 1694 Robert Boyle, rozpuštění P₂O₅ (oxid fosforečný) ve vodě. Je to jedna z minerálních kyselin s větší užitkovostí, která je nejdůležitější funkcí hnojiva. Fosfor spolu s draslíkem a dusíkem jsou tři hlavní živiny rostlin.

Index

• 1 Chemická struktura
  • 1.1 Kyselina difosforečná (H4P2O7)
  • 1.2 Kyseliny polyfosforečné
  • 1.3 Cyklické kyseliny polyfosforečné
• 2 Nomenklatura
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Cíl
• 3 Vlastnosti
  • 3.1 Molekulární vzorec
  • 3.2 Molekulová hmotnost
  • 3.3 Fyzický vzhled
  • 3.4 Bod varu a bod tání
  • 3.5 Rozpustnost ve vodě
  • 3.6 Hustota
  • 3.7 Hustota par
  • 3.8 Automatické zapalování
  • 3.9 Viskozita
  • 3.10 Kyslost
  • 3.11 Rozklad
  • 3.12 Korozivita
  • 3.13 Polymerizace
• 4 Použití
  • 4.1 Soli fosfátů a obecná použití
  • 4.2 Průmyslové
  • 4.3 Zubní lékaři
  • 4.4 Kosmetika
• 5 Tvorba kyseliny fosforečné
• 6 Rizika
• 7 Odkazy

Chemická struktura

Kyselina fosforečná se skládá z P = O vazby a tří P-OH, kde posledně jmenované jsou nosiče kyselých vodíků uvolňovaných v rozpouštěcím médiu. S atomem fosforu ve středu, kyslíky nakreslí druh molekulárního tetrahedron.

Tímto způsobem může být kyselina fosforečná vizualizována jako tetraedron. Z tohoto pohledu se jedná o tetraedru (na jednotku H₃PO₄) vzájemně ovlivňují vodíkové vazby; to je, jejich vrcholy blízko přibližné.

Tyto intermolekulární interakce umožňují, aby kyselina fosforečná krystalizovala na dvě pevné látky: bezvodý a hemihydrát (H₃PO₄1 / 2H₂O), obě s monoklinickými krystalovými systémy. Jeho bezvodá forma může být také popsána vzorcem: 3H₂O · P₂O₅, co se rovná trihydrátu oxidu fosforečného.

Tetraedra může dokonce kovalentně navázat spojení, ale pro jednu z těchto jednotek musí dehydratací odstranit molekulu vody. K tomu dochází, když H₃PO₄ je vystaven ohřevu a v důsledku toho vzniká kyselina polyfosforečná (PA).

Kyselina difosforečná (H. \ T₄P₂O₇)

Nejjednodušší ze všech PAs je kyselina difosforečná (H₄P₂O₇), také známý jako kyselina pyrofosforečná. Chemická rovnice jeho vzniku je následující:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Váha závisí na množství vody a teplotě. Jaká je její struktura? Na obrázku řezu jsou v levém horním rohu znázorněny struktury kyseliny ortofosforečné a kyseliny pyrofosforečné.

Dvě jednotky jsou kovalentně vázány odstraněním jedné molekuly vody, čímž se mezi nimi vytvoří P-O-P kyslíkový můstek. Teď tam jsou tři kyselé vodíky, ale čtyři (čtyři -OH skupiny). Kvůli tomu H₄P₂O₇ uvádí čtyři konstanty ionizace k_a.

Kyseliny polyfosforečné

Dehydratace může pokračovat s kyselinou pyrofosforečnou, pokud pokračuje zahřívání. Proč? Protože na každém konci jeho molekuly je OH skupina, která může být eliminována jako molekula vody, což podporuje následný růst kostry P-O-P-O-P ...

Příklady těchto kyselin jsou tripolyfosforečná a tetrapolyfosforečná kyselina (obě znázorněné na obrázku). Je vidět, jak se kostra P-O-P táhne v řetězci tvořeném tetraedrou.

Tyto sloučeniny mohou být reprezentovány vzorcem HO (PO₂OH)_xH, kde HO je levý konec, který může být dehydratován. PO₂OH je kostra fosforu s vazbami P = O a OH; a x jsou jednotky nebo molekuly kyseliny fosforečné nezbytné pro získání uvedeného řetězce.

Když jsou tyto sloučeniny neutralizovány úplně bází, vznikají tzv. Polyfosfáty. V závislosti na tom, které kationty je obklopují, tvoří širokou škálu polyfosfátových solí.

Na druhé straně, pokud reagují s alkoholy ROH, vodíky jejich kostry jsou nahrazeny alkylovými substituenty R-. Tak vznikají fosfátové (nebo polyfosfátové) estery: RO (PO₂NEBO)_xJe dostačující nahradit H za R ve všech strukturách obrazu sekce, abyste je získali.

Cyklické kyseliny polyfosforečné

P-O-P řetězce mohou být dokonce uzavřeny v kruhu nebo fosforovém cyklu. Nejjednodušší z tohoto typu sloučeniny je kyselina trimetafosforečná (pravý horní roh obrazu). PA mohou tedy být lineární, cyklické; nebo pokud jejich struktury vykazují oba typy, rozvětvené.

Nomenklatura

Nomenklatura kyseliny fosforečné je řízena IUPAC a jak jsou pojmenovány ternární soli oxo kyselin.

Protože v H₃PO₄ atom P má valenci +5, nejvyšší hodnotu, jeho kyselina je přiřazena přípona -ico prefixovému fosforu-.

Ortho

Kyselina fosforečná je však také běžně označována jako kyselina fosforečná. Proč? Protože slovo 'ortho' je řecké a znamená 'true'; co by mělo za následek "pravou" nebo "více hydratovanou" formu.

Když je anhydrid kyseliny fosforečné hydratován přebytkem vody (P₄O₁₀, je vytvořen fosforový "uzávěr" na obrázku výše)₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Předpona ortho je tedy přiřazena těm kyselinám, které jsou tvořeny bohatou vodou.

Piro

Předpona pyro označuje všechny sloučeniny vzniklé po aplikaci tepla, protože kyselina difosforečná vzniká z tepelné dehydratace kyseliny fosforečné. Proto se nazývá kyselina pyrofosforečná (2H)₂O · P₂O₅).

Cíl

Meta prefix, který je také řecké slovo, znamená 'po'. Přidává se k látkám, jejichž vzorec odstranil molekulu, v tomto případě vodu:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Všimněte si, že tentokrát nedochází k přidávání dvou fosforečných jednotek za vzniku kyseliny difosforečné, ale místo toho se získá kyselina metafosforečná (jejíž existence neexistuje)..

Je také důležité poznamenat, že tato kyselina může být popsána jako H₂O · P₂O₅ (podobný hemidrato, násobení HPO₃ pro 2). Předpona meta přichází dokonale podle cyklické PA, protože pokud kyselina trifosforečná dehydratuje, ale nepřidává další jednotku H₃PO₄ aby se stala kyselinou trifosforečnou, pak musí tvořit kruh.

A to je případ jiných polymetafosforečných kyselin, i když IUPAC doporučuje jejich označení jako cyklické sloučeniny odpovídající PA.

Vlastnosti

Molekulární vzorec

H₃PO₄

Molekulová hmotnost

97,994 g / mol

Fyzický vzhled

Ve své pevné formě představuje ortorombické, hygroskopické a transparentní krystaly. V kapalné formě je krystalický vzhled viskózního sirupu.

Komerčně se dosahuje ve vodném roztoku o koncentraci 85% hmotn./hmotn. Ve všech těchto prezentacích postrádá zápach.

Bod varu a bod tání

158 ° C (316 ° F až 760 mmHg).

42 ° C (108 ° F).

Rozpustnost ve vodě

548 g / 100 g H₂Nebo při teplotě 20 ° C; 369,4 g / 100 ml při 0,5 ° C; 446 g / 100 m až 14,95 ° C.

Hustota

1,892 g / cm³ (pevná látka); 1,841 g / cm³ (100% roztok); 1,685 g / cm³ (85% roztok); 1,334 g / cm³ 50% roztok) při 25 ° C.

Hustota par

Relativní ke vzduchu 3,4 (vzduch = 1).

Automatické zapalování

Není hořlavý.

Viskozita

3,86 mPoise (40% roztok při 20 ° C).

Kyslost

pH: 1,5 (0,1 N roztok ve vodě)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 a pKa3 = 12,319. V důsledku toho je jeho vodík a kyselina první.

Rozklad

Při zahřívání uvolňuje oxidy fosforu. Pokud teplota vzroste na 213 ° C nebo více, stane se kyselinou pyrofosforečnou (H₄P₂O₇).

Korozivita

Korozivní pro železné kovy a hliník. Při reakci s těmito kovy vzniká plynný vodík.

Polymerizace

Prudce polymeruje s azosloučeninami, epoxidy a polymerizovatelnými sloučeninami.

Použití

Fosfátové soli a obecná použití

-Kyselina fosforečná slouží jako základ pro zpracování fosfátů, které se používají jako hnojiva, protože fosfor je hlavní živinou rostlin..

-Používá se při léčbě otravy olovem a dalších stavů, při nichž je zapotřebí významného množství fosfátů a produkce mírné acidózy..

-Používá se k regulaci pH močových cest norek a výdajů, aby se zabránilo tvorbě ledvinových kamenů.

-Kyselina fosforečná pochází ze solí Na₂HPO₄ a NaH₂PO₄ které tvoří pufrový systém pro pH s pKa 6,8. Tento regulační systém pH je přítomen u člověka, který má význam při regulaci intracelulárního pH, stejně jako při řízení koncentrace vodíku v distálních tubulech a kolektoru nefronů..

-Používá se při odstraňování plesnivé vrstvy oxidu železa, který se hromadí na tomto kovu. Kyselina fosforečná tvoří fosforečnan železitý, který lze snadno odstranit z kovového povrchu. Používá se také při elektrickém leštění hliníku a je pojivem žáruvzdorných výrobků, jako je oxid hlinitý a magnézie..

Průmyslové

-Kyselina fosforečná je určena jako katalytické činidlo při výrobě nylonu a benzínu. Používá se jako dehydratační činidlo při litografickém rytí, při výrobě barviv pro použití v textilním průmyslu, při procesu koagulace latexu v gumárenském průmyslu a při čištění peroxidu vodíku..

-Kyselina se používá jako přísada v nealkoholických nápojích, což přispívá k její chuti. V procesu rafinace cukru se používá ředění. Působí také jako pufrový systém při přípravě šunky, želatiny a antibiotik.

-Podílí se na vývoji detergentů, při kyselé katalýze výroby acetylenu.

-Používá se jako okyselující prostředek ve vyváženém krmivu pro živočišnou výrobu a domácí zvířata. Farmaceutický průmysl ji využívá při výrobě antiemetických léků. Používá se také ve směsi, aby asfalt připravil půdu a opravil trhliny.

-Kyselina fosforečná působí jako katalyzátor při hydratační reakci alkenů za vzniku alkoholu, zejména ethanolu. Kromě toho se používá při stanovení organického uhlíku v půdách.

Zubní

Používá jej zubní lékaři k čištění a kondici povrchu zubů před umístěním zubních podpěr. Používá se také při bělení zubů a odstraňování zubních plaků. Kromě toho se používá při výrobě lepidel pro zubní protézy.

Kosmetika

Kyselina fosforečná se používá pro úpravu pH při přípravě kosmetických prostředků a pro péči o pleť. Používá se jako chemické oxidační činidlo pro výrobu aktivního uhlí.

Tvorba kyseliny fosforečné

-Kyselina fosforečná se připravuje z fosfátových hornin apatitového typu digescí koncentrovanou kyselinou sírovou: \ t

Ca₃(PO₄)₂    +       3H₂SO₄      +       6 H₂O => 2H₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂O)

Kyselina fosforečná získaná v této reakci má nízkou čistotu, takže prochází procesem čištění, který zahrnuje srážení, extrakci rozpouštědlem, krystalizaci a výměnu iontů..

-Kyselina fosforečná může být vyrobena rozpuštěním oxidu fosforečného ve vroucí vodě.

-Lze jej také získat zahříváním fosforu směsí vzduchu a vodní páry:

P₄ (l) + 5 ° C₂ (g) => P₄O₁₀ (s)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (l)

Rizika

-Protože jeho tlak páry je nízký při pokojové teplotě, je nepravděpodobné, že by jeho výpary mohly být inhalovány, pokud se kyselina nestříká. Pokud ano, příznaky vdechnutí zahrnují: kašel, bolest v krku, dušnost a namáhavé dýchání.

-Literatura uvádí případ námořníka, který byl dlouhodobě vystaven parám kyseliny fosforečné. On trpěl celkovou slabostí, suchým kašlem, bolestí na hrudi a dýchacími problémy. Po jednom roce expozice byla pozorována reaktivní dysfunkce dýchacích cest.

-Styk s kyselinou fosforečnou může způsobit zarudnutí, bolest, puchýře a popáleniny kůže.

-Kontakt kyseliny s očima, v závislosti na její koncentraci a době trvání kontaktu, může vyvolat v těchto korozivních lézích tkáně nebo těžkých popáleninách s trvalým poškozením očí..

-Požití kyseliny způsobuje popáleniny v ústech a krku, pocit pálení za hrudní kostí, bolest břicha, zvracení, šok a kolaps.

Odkazy

1. Královská chemická společnost. (2015). Kyselina fosforečná. Převzato z: chemspider.com
2. Kanadské centrum pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci. (1999). Kyselina fosforečná - Účinky na zdraví. Převzato z: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Kyselina fosforečná "Různé použití této chemické sloučeniny." acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown a James R. Lehr. (1955). Struktura krystalické kyseliny fosforečné. J. Am. Chem. Soc., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Kyseliny fosforečné a fosfáty. Převzato z: en.wikipedia.org
6. Věda je zábava Naučte se o kyselině fosforečné. [PDF] Převzato z: scifun.chem.wisc.edu