FOSFORO RŪGŠTIS (H3PO4): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Fosforo rūgštis yra fosforo turinčių Cheminė formulė H oxoacid ₃ PO ₄ . Jį sudaro mineralinė rūgštis, kurioje trys rūgštiniai protonai yra sujungti su fosfato anijonu (PO ₄ ^3– ). Nors ji nelaikoma stipria rūgštimi, netinkamas jos vartojimas gali sukelti pavojų sveikatai.

Jį galima rasti dviejose būsenose: kaip kieta medžiaga tirštų ortorombinių kristalų pavidalu arba kaip kristalinis skystis, turintis sirupo pavidalo pavidalą. Dažniausiai parduodamos komercinės formos koncentracija yra 85% m / m, o tankis - 1,685 g / cm ³ . Šis tankis kyla iš susikaupimo.

Aukščiau esančiame paveikslėlyje pavaizduota viena fosforo rūgšties molekulė. Autorius: Leyo, iš „Wikimedia Commons“

Trys OH grupės yra atsakingos už rūgščių vandenilių paaukojimą. Dėl jų struktūroje esančių medžiagų jis gali reaguoti su skirtingais hidroksidais, iš kurių susidaro įvairios druskos.

Natrio hidroksido atveju jis gali sudaryti tris: vienbazis natrio fosfatas (NaH ₂ PO ₄ ), dvibazis natrio fosfatas (Na ₂ HPO ₄ ) ir tribazės natrio fosfatas (Na ₃ PO ₄ ).

Tačiau priklausomai nuo to, kuri bazė naudojama jos neutralizavimui, ar kokie katijonai yra labai arti jos, ji gali sudaryti kitas fosfato druskas. Tarp jų yra: kalcio fosfatas (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), ličio fosfatas (Li ₃ PO ₄ ), geležies fosfatas (FePO ₄ ) ir kiti. Kiekvienas jų turi skirtingą fosfato anijono protonizacijos laipsnį.

Kita vertus, fosforo rūgštis gali „atskirti“ dvivalenčius katijonus, tokius kaip Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ ir Mg ²⁺ . Esant aukštesnei temperatūrai, jis gali sureaguoti pats, prarasdamas H ₂ O molekulę , sudarydamas fosforo rūgščių dimerus, trimerius ir polimerus.

Dėl tokio tipo reakcijų šis junginys gali sukurti daugybę struktūrų su fosforo ir deguonies skeletais, iš kurių taip pat galima gauti daugybę druskų, žinomų kaip polifosfatai.

Dėl jos atradimas, jis buvo susintetintas 1694 Robert Boyle, ištirpinant P ₂ O ₅ (fosforo pentoksidas) vandenyje. Tai viena iš naudingiausių mineralinių rūgščių, svarbiausia jos funkcija yra trąša. Fosforas kartu su kaliu ir azotu yra trys pagrindinės augalų maistinės medžiagos.

Cheminė struktūra

Autorius nepateikė jokių mašininio skaitymo galimybių. H Padleckas spėjo (remiantis autorių teisių pretenzijomis). , per „Wikimedia Commons“

Fosforo rūgštį sudaro P = O jungtis ir trys P-OH, kur pastarieji yra rūgščių vandenilių, išsiskiriančių tirpinimo terpėje, nešėjai. Kai fosforo atomas yra centre, deguonys traukia savotišką molekulinį tetraedrą.

Tokiu būdu fosforo rūgštis gali būti vaizduojama kaip tetraedras. Žvelgiant iš šios perspektyvos, minėta tetraedra (pagal H ₃ PO ₄ vienetus ) sąveikauja tarpusavyje per vandenilio ryšius; tai yra, jų viršūnės artimos.

Ši tarpmolekulinė sąveika leidžia fosforo rūgščiai kristalizuotis į dvi kietas medžiagas: bevandenę ir pushidrohidratą (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), abi jas turinčias monoklininių kristalų sistemas. Jo bevandenę formą taip pat galima apibūdinti formule: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , kuris yra lygus trihidratui fosforo pentoksidui.

Tetraedrai netgi gali būti kovalentiškai sujungti, tačiau tam vienas iš jų turi dehidratacijos būdu pašalinti vandens molekulę. Tai įvyksta, kai H ₃ PO ₄ yra kaitinamas, ir dėl to susidaro polifosforinės rūgštys (PA).

Difosforo rūgštis (H

Paprasčiausias iš visų PA yra difosforo rūgštis (H ₄ P ₂ O ₇ ), dar žinoma kaip pirofosforo rūgštis. Cheminė jo formavimo lygtis yra tokia:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Likutis priklauso nuo vandens kiekio ir temperatūros. Kokia jo struktūra? Skyriuje esančiame paveikslėlyje viršutiniame kairiajame kampe pavaizduotos ortofosforo rūgšties ir pirofosforo rūgšties struktūros.

Du vienetai yra kovalentiškai sujungti, kai pašalinama vandens molekulė, sudarydama tarp jų P - O - P deguonies tiltelį. Dabar jie nėra trys rūgštiniai vandeniliai, o keturi (keturios -OH grupės). Dėl šios priežasties H ₄ P ₂ O ₇ turi keturias jonizacijos konstantas k _a .

Polifosforo rūgštys

Jei šildymas tęsis, dehidracija gali vykti naudojant pirofosforo rūgštį. Kodėl? Kadangi kiekviename jos molekulės gale yra OH grupė, kurią galima pašalinti kaip vandens molekulę, tokiu būdu skatinant vėlesnį P - O - P - O - P skeleto augimą …

Šių rūgščių pavyzdžiai yra tripolifosforinės ir tetrapolifosforinės rūgštys (abi jos pavaizduotos paveikslėlyje). Galima pastebėti, kaip P-O-P stuburas pailgėja tam tikroje grandinėje, sudarytoje iš tetraedrų.

Šie junginiai gali būti išreikšta formule HO (PO ₂ OH) _x H, kur HO yra kairysis galas, kad gali būti dehidratuota. PO ₂ OH yra fosforo stuburas su P = O ir OH jungtimis; ir x yra fosforo rūgšties vienetai arba molekulės, reikalingos minėtai grandinei gauti.

Kai šie junginiai visiškai neutralizuojami baze, susidaro vadinamieji polifosfatai. Atsižvelgiant į tai, kokie katijonai juos supa, jie sudaro daugybę įvairių polifosfato druskų.

Kita vertus, jei jie reaguoja su ROH alkoholiais, vandeniliai jų stuburuose yra pakeisti R-alkilo pakaitais. Taigi atsiranda fosfato esteriai (arba polifosfatai): RO (PO ₂ ARBA) _x R. Norint gauti H, visose pjūvio atvaizdo struktūrose pakanka H pakeisti R R.

Ciklinės polifosforinės rūgštys

P-O-P grandinės netgi gali užsidaryti fosforiniame žiede ar cikle. Paprasčiausias šio tipo junginys yra trimetafosforo rūgštis (viršutinis dešinysis paveikslo kampas). Taigi AP gali būti linijiniai, cikliški; arba jei jų struktūros pasižymi abiem rūšimis, išsišakojusios.

Nomenklatūra

Šaltinis: commons.wikimedia.org

Fosforo rūgšties nomenklatūrą diktuoja IUPAC ir tai, kaip pavadintos trečiosios okso rūgščių druskos.

Kadangi H ₃ PO ₄ P atomo valentingumas yra +5, didžiausia reikšmė, jo rūgščiai priskiriama priesaga -ico priešdėliui fosforas.

Ortos

Tačiau fosforo rūgštis taip pat paprastai vadinama ortofosforo rūgštimi. Kodėl? Nes žodis „orto“ yra graikų kalba ir reiškia „tiesa“; kuris ją išvers į „tikrąją formą“ arba „labiau hidratuotą“.

Drėkinant bevandenį fosforo kiekį vandens pertekliumi (P ₄ O ₁₀ , fosforo „dangtelis“ viršutiniame paveikslėlyje), susidaro H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ). Taigi priešdėlis orto priskiriamas toms rūgštims, kurios susidaro su dideliu kiekiu vandens.

Pyro

Prefiksas „pyro“ reiškia bet kokį junginį, kilusį po karščio, nes difosforo rūgštis atsiranda dėl terminio fosforo rūgšties dehidratacijos. Todėl ji vadinama pirofosforo rūgštimi (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Įvartis

Priešdėlis meta, kuris taip pat yra graikų kalbos žodis, reiškia „po“. Jis pridedamas prie tų medžiagų, kurių formulė pašalina molekulę, šiuo atveju - vandens:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Atminkite, kad šį kartą pridedant du fosforo vienetus difosforo rūgšties susidaryti nereikia, bet vietoj to gaunama metafosforo rūgštis (kurios buvimo įrodymų nėra).

Taip pat svarbu atkreipti dėmesį, kad šią rūgštį galima apibūdinti kaip H ₂ O · P ₂ O ₅ (panašiai kaip hemidratas, dauginant HPO ₃ iš 2). Meta prefiksas puikiai atitinka ciklinius PA, nes jei trifosforo rūgštis dehidratuoja, bet neprideda dar vieno H ₃ PO _{4 vieneto,} kad taptų tetrafosforo rūgštimi, tada jis turi sudaryti žiedą.

Tas pats ir su kitomis polimetafosforo rūgštimis, nors IUPAC rekomenduoja jas vadinti atitinkamų PA cikliniais junginiais.

Savybės

Molekulinė formulė

H ₃ PO ₄

Molekulinė masė

97,994 g / mol

Fizinė išvaizda

Savo kietoje formoje yra ortorombiniai, higroskopiniai ir skaidrūs kristalai. Skystas jis yra kristalinis, turintis klampų sirupą.

Parduodamas vandeniniame tirpale, kurio koncentracija yra 85% m / m. Visuose šiuose pristatymuose jis neturi jokio kvapo.

Virimo ir lydymosi temperatūra

158 ° C (316 ° F, esant 760 mmHg).

108,2 F (42,2 ° C).

Tirpumas vandenyje

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

Tankis

1,892 g / cm ³ (kietos medžiagos); 1,841 g / cm ³ (100% tirpalas); 1,685 g / cm ³ (85% tirpalas); 1,334 g / cm ³ 50% tirpalo) 25 ° C temperatūroje.

Garų tankis

Oro santykis 3,4 (oras = 1).

Automatinis uždegimas

Tai nėra degi.

Klampumas

3,86 mPoise (40% tirpalas esant 20 ° C).

Rūgštingumas

pH: 1,5 (0,1 N tirpalas vandenyje)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 ir pKa3 = 12,319. Todėl pirmas yra pats rūgščiausias vandenilis.

Skilimas

Šildant jis išskiria fosforo oksidus. Jei temperatūra pakyla iki 213º C ar daugiau, ji tampa pirofosforo rūgštimi (H ₄ P ₂ O ₇ ).

Ėsdinimas

Korozija juodiesiems metalams ir aliuminiui. Reaguodami su šiais metalais susidaro vandenilio dujos.

Polimerizacija

Stipriai polimerizuojasi su azo junginiais, epoksidais ir polimerizuojamais junginiais.

Programos

Fosfato druskos ir bendras naudojimas

-Fosforo rūgštis yra pagrindas fosfatams gaminti, kurie naudojami kaip trąšos, nes fosforas yra pagrindinė augalų maistinė medžiaga.

-Jis buvo naudojamas gydant apsinuodijimą švinu ir kitas būkles, kai reikalingas didelis fosfato kiekis ir sukeliantis lengvą acidozę.

-Jis naudojamas norint kontroliuoti minų šlapimo takų pH ir išlaidas, siekiant išvengti inkstų akmenų susidarymo.

-Phosphoric rūgšties suteikia pagrindą Na ₂ HPO ₄ ir, NaH ₂ PO ₄ druskų , kurios sudaro kurio pH buferinę sistemą, su 6,8 pKa. Ši pH reguliuojanti sistema yra žmoguje, ji yra svarbi reguliuojant tarpląstelinį pH, taip pat valdant vandenilio koncentraciją distaliniuose ir nefronų kanalėliuose.

-Jis naudojamas pašalinant susiformavusį geležies oksido sluoksnį, kuris kaupiasi ant šio metalo. Fosforo rūgštis sudaro geležies fosfatą, kurį galima lengvai pašalinti iš metalo paviršiaus. Jis taip pat naudojamas aliuminio poliravimui ir yra rišiklis ugniai atspariems gaminiams, tokiems kaip aliuminio oksidas ir magnezija.

Pramoninis

-Fosforo rūgštis naudojama kaip katalizinė medžiaga gaminant neiloną ir benziną. Jis naudojamas kaip dehidratuojanti medžiaga litografijos graviūrose, dažų, naudojamų tekstilės pramonėje, gamyboje, latekso koaguliacijos procese gumos pramonėje ir vandenilio peroksido valymui.

-Rūgštis naudojama kaip gaiviųjų gėrimų priedas, tokiu būdu padidinant jo skonį. Praskiestas tirpalas naudojamas cukraus rafinavimo procese. Jis taip pat veikia kaip buferinė sistema ruošiant kumpį, želatiną ir antibiotikus.

-Jis dalyvauja kuriant ploviklius, atliekant acetileno rūgšties katalizę.

-Jis naudojamas kaip rūgštiklis subalansuotame maiste gyvulininkystės pramonei ir naminiams gyvūnėliams. Farmacijos pramonė jį naudoja gamindama antiemetinius vaistus. Jis taip pat naudojamas mišinyje asfaltui gaminti, norint išlyginti gruntą ir ištaisyti įtrūkimus.

-Fosforo rūgštis veikia kaip katalizatorius alkenų hidratacijos reakcijoje, gaunant alkoholį, daugiausia etanolį. Be to, jis naudojamas nustatant organinę anglį dirvožemyje.

Dantų

Stomatologai jį naudoja valydami ir kondicionuodami danties paviršių prieš dedant dantų laikiklius. Jis taip pat naudojamas dantų balinimui ir dantų plokštelių šalinimui. Be to, jis naudojamas gaminant dantų protezų klijus.

Kosmetika

Fosforo rūgštis naudojama pH sureguliavimui kosmetikos ir odos priežiūros priemonėse. Jis naudojamas kaip cheminis oksidatorius aktyvintai angliai gaminti.

Fosforo rūgšties susidarymas

-Fosforo rūgštis gaunama iš apatitinių fosfato uolienų, virškinant koncentruota sieros rūgštimi:

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 3 H ₂ SO ₄ + 6 H ₂ O => 2 H ₃ PO ₄ + 3 ( CaSO _4. 2 H ₂ O)

Šios reakcijos metu gauta fosforo rūgštis yra žemo grynumo, todėl jai atliekamas gryninimo procesas, apimantis nusodinimą, tirpiklio ekstrahavimą, kristalizavimą ir jonų mainus.

-Fosforo rūgštis gali būti gaunama tirpinant fosforo pentoksidą verdančiame vandenyje.

-Jį taip pat galima gauti kaitinant fosforą oro ir vandens garų mišiniu:

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)

Pavojai

- Kadangi kambario temperatūroje jo garų slėgis yra žemas, greičiausiai jo garų nebus galima įkvėpti, nebent būtų purškiama rūgštis. Jei taip, įkvėpus pasireiškia: kosulys, gerklės skausmas, dusulys ir sunkus kvėpavimas.

- Literatūroje minimas jūreivio, ilgą laiką veikusio fosforo rūgšties dūmais, atvejis. Jis kentė bendrą silpnumą, sausą kosulį, krūtinės skausmą ir kvėpavimo problemas. Per vienerius gydymo metus buvo pastebėtas reaktyvus kvėpavimo takų funkcijos sutrikimas.

- Odos kontaktas su fosforo rūgštimi gali sukelti odos paraudimą, skausmą, pūsles ir nudegimus.

-Rūgšties kontaktas su akimis, atsižvelgiant į jos koncentraciją ir kontakto trukmę, gali sukelti ėsdinančius audinius arba smarkiai nudegti su nuolatiniais akių pažeidimais.

- Nurijus rūgštį, burnos ir gerklės deginimas, deginimo pojūtis už krūtinkaulio, pilvo skausmas, vėmimas, šokas ir kolapsas.

Nuorodos

1. Karališkoji chemijos draugija. (2015). Fosforo rūgštis. Paimta iš: chemspider.com
2. Kanados darbuotojų saugos ir sveikatos centras. (1999). Fosforo rūgštis - poveikis sveikatai. Paimta iš: ccsso.ca
3. Rūgštys.Info. (2018 m.). Fosforo rūgštis »Šio cheminio junginio panaudojimo įvairovė. Paimta iš: acidos.info
4. Jamesas P.Smithas, Walteris E. Brownas ir Jamesas R. Lehras. (1955). Kristalinės fosforo rūgšties struktūra. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Vikipedija. (2018 m.). Fosforo rūgštys ir fosfatai. Paimta iš: en.wikipedia.org
6. Mokslas yra įdomus. Sužinokite apie fosforo rūgštį. . Paimta iš: scifun.chem.wisc.edu