Fosforo rūgšties (H3PO4) struktūra, nomenklatūra, savybės, panaudojimas

The fosforo rūgšties  yra fosforo rūgštis, turinti cheminę formulę H₃PO₄. Jis susideda iš mineralinės rūgšties, kurioje trys rūgštūs protonai yra susieti su fosfato anijonu (PO₄^3-). Nors tai nėra laikoma stipria rūgštimi, jos netinkamas naudojimas gali kelti pavojų sveikatai.

Jį galima rasti dviejose būsenose: kaip kietas, storų ororombinių kristalų pavidalu, arba kristalinis sirupo skystis. Dažniausiai jos komercinis pristatymas yra 85% m / m ir tankis 1,685 g / cm³. Šis tankis kyla iš koncentracijos rankų.

Trys OH grupės yra atsakingos už rūgštinių vandenilio donavimą. Dėl jų buvimo jos struktūroje jis gali reaguoti su skirtingais hidroksidais, sukeliančiais keletą druskų.

Natrio hidroksido atveju jis gali sudaryti tris: natrio monobazinį fosfatą (NaH).₂PO₄), natrio dibos fosfatas (Na₂HPO₄) ir tribazinio natrio fosfato (Na₃PO₄).

Tačiau, priklausomai nuo to, kokia bazė yra naudojama neutralizuoti, arba kurios katijonai yra labai arti jo, jis gali sudaryti kitas fosfatų druskas. Tarp jų yra: kalcio fosfatas (Ca₃(PO₄)₂), ličio fosfatas (Li₃PO₄), geležies fosfatas (FePO)₄) ir kt. Kiekvienas iš jų turi skirtingus fosfato anijono protonacijos laipsnius.

Kita vertus, fosforo rūgštis gali „išskirti“ dvivalentius katijonus, tokius kaip Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ ir Mg²⁺. Aukštesnėje temperatūroje ji gali reaguoti su H molekulės praradimu₂Arba formuojant dimerus, trímeros ir fosforo rūgščių polimerus.

Tokio tipo reakcija sukelia šį junginį, galintį sukurti daug struktūrų su fosforo ir deguonies skeletais, iš kurių taip pat galima gauti platų žinomų druskų, pvz., Polifosfatų, spektrą..

Kalbant apie savo atradimą, 1694 m. Ją sintezavo Robertas Boyle, ištirpęs P₂O₅ (fosforo pentoksidas) vandenyje. Tai viena iš mineralinių rūgščių, turinčių didesnį naudingumą, nes tai yra svarbiausia trąšų funkcija. Fosforas kartu su kaliu ir azotu yra trys pagrindinės augalų maistinės medžiagos.

Indeksas

• 1 Cheminė struktūra
  • 1.1 Difosforo rūgštis (H4P2O7)
  • 1.2 Polifosforo rūgštys
  • 1.3 Ciklinės polifosforo rūgštys
• 2 Nomenklatūra
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Tikslas
• 3 Ypatybės
  • 3.1 Molekulinė formulė
  • 3.2 Molekulinė masė
  • 3.3 Fizinė išvaizda
  • 3.4 Virimo ir lydymosi taškai
  • 3.5 Tirpumas vandenyje
  • 3.6 Tankis
  • 3.7 Garų tankis
  • 3.8 Automatinis uždegimas
  • 3.9 Klampumas
  • 3.10 Rūgštingumas
  • 3.11 Skilimas
  • 3.12 Korozija
  • 3.13 Polimerizacija
• 4 Naudojimas
  • 4.1 Fosfatų druskos ir bendrosios paskirties
  • 4.2 Pramoninis
  • 4.3 Stomatologai
  • 4.4 Kosmetika
• 5 Fosforo rūgšties susidarymas
• 6 Rizika
• 7 Nuorodos

Cheminė struktūra

Fosforo rūgštis susideda iš P = O jungties ir trijų P-OH, kur pastarieji yra rūgščių vandenilių, išleistų tirpinimo terpėje, nešikliai. Fosforo atomo centre oksigenai traukia tam tikrą molekulinį tetraedroną.

Tokiu būdu fosforo rūgštis gali būti vizualizuota kaip tetraedras. Iš šios perspektyvos sakė tetrahedras (vienam H vienetui)₃PO₄) sąveikauja tarpusavyje vandenilio ryšiais; tai yra, jų viršūnės glaudžiai artimos.

Šios intermolekulinės sąveikos leidžia fosforo rūgščiai kristalizuotis į dvi kietąsias medžiagas: bevandenę ir hemihidratą (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), abu su monoklininėmis kristalų sistemomis. Be to, jo bevandenė forma gali būti aprašyta formule: 3H₂O · P₂O₅, kas yra lygi trihidratuotam fosforo pentoksidui.

Tetraedras gali netgi kovalentiškai susieti, tačiau dėl to vienas iš jų vienetų turi pašalinti vandens molekulę dehidratacijos būdu. Taip atsitinka, kai H₃PO₄ jis yra šildomas, todėl susidaro polifosforo rūgštys (PA)..

Difosforo rūgštis (H) |₄P₂O₇)

Paprasčiausias iš visų PA yra difosforo rūgštis (H₄P₂O₇), taip pat žinomas kaip pirofosforo rūgštis. Jo formavimo cheminė lygtis yra tokia:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Likutis priklauso nuo vandens kiekio ir temperatūros. Kokia jos struktūra? Skilties paveiksle viršutiniame kairiajame kampe yra parodyta ortofosforo rūgšties ir pirofosforo rūgšties konstrukcijos..

Du vienetai yra kovalentiškai surišti pašalinant vieną vandens molekulę, sudarant P-O-P deguonies tiltą tarp jų. Dabar yra trys rūgščių vandeniliai, bet keturi (keturi -OH grupės). Dėl to H₄P₂O₇ pristato keturias jonizacijos k_a.

Polifosforo rūgštys

Jei šildymas tęsiasi, dehidratacija gali vykti pirofosforo rūgštimi. Kodėl? Kadangi kiekviename molekulės gale yra OH grupė, kurią galima pašalinti kaip vandens molekulę, tokiu būdu skatinant tolesnį skeleto P-O-P-O-P augimą ...

Šių rūgščių pavyzdžiai yra tripolifosforo ir tetrapolifosforo rūgštys (abi iliustruojamos paveikslėlyje). Galima pastebėti, kaip P-O-P skeletas tęsiasi tam tikroje grandinėje, kurią sudaro tetrahedra.

Šie junginiai gali būti pateikiami formule HO (PO₂OH)_xH, kur HO yra kairysis galas, kuris gali būti dehidratuotas. PO₂OH yra fosforo skeletas su jungtimis P = O ir OH; ir x yra fosforo rūgščių vienetai arba molekulės, reikalingos minėtai grandinei gauti.

Kai šie junginiai visiškai neutralizuojami baze, atsiranda vadinamieji polifosfatai. Priklausomai nuo to, kurie katijonai juos supa, jie sudaro įvairias polifosfato druskas.

Kita vertus, jei jie reaguoja su ROH alkoholiais, jų skeleto vandeniliai pakeičiami alkilo pakaitais R-. Taigi susidaro fosfato (arba polifosfato) esteriai: RO (PO₂ARBA)_xA. Užtenka, kad H būtų pakeista visose sekcijos vaizdo struktūroje, kad jas gautumėte.

Ciklinės polifosforo rūgštys

P-O-P grandinės gali būti net uždarytos žiedo arba fosforo cikle. Paprasčiausias šio tipo junginys yra trimetafosforo rūgštis (viršutinis dešinysis vaizdo kampas). Taigi, PA gali būti linijiniai, cikliniai; arba jei jų struktūros turi abiejų tipų šakas, šakotas.

Nomenklatūra

Fosforo rūgšties nomenklatūrą valdo IUPAC ir kaip nurodomos trijų rūgščių druskos.

Nes H₃PO₄ P atomas turi valentą +5, didžiausią vertę, jo rūgštis priskiriama priesaga -ico prie prefikso fosforo-.

Ortho

Tačiau fosforo rūgštis taip pat paprastai vadinama ortofosforo rūgštimi. Kodėl? Kadangi žodis „orto“ yra graikų ir reiškia „tiesa“; kas sukeltų „tikrąją“ arba „labiau hidratuotą“ formą.

Kai fosforo anhidridas yra hidratuotas vandens pertekliumi (P₄O₁₀, aukščiau esančio vaizdo „H“ fosforo „dangtelis“₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Taigi orto prefiksas priskiriamas toms rūgštims, kurios susidaro su gausiu vandeniu.

Piro

Priedas „pyro“ reiškia visus junginius, kilusius po šilumos, nes difosforo rūgštis atsiranda dėl terminio fosforo rūgšties dehidratacijos. Todėl jis vadinamas pirofosforo rūgštimi (2H).₂O · P₂O₅).

Tikslas

Meta prefiksas, kuris taip pat yra graikų kalbos žodis, reiškia „po“. Jis pridedamas prie tų medžiagų, kurių formulė pašalino molekulę, šiuo atveju, vandens:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Atkreipkite dėmesį, kad šį kartą dofosforo rūgšties susidarymui nėra dviejų fosforo vienetų, tačiau gaunama metafosforo rūgštis (iš kurios nėra įrodymų apie jo buvimą)..

Taip pat svarbu pažymėti, kad šią rūgštį galima apibūdinti kaip H₂O · P₂O₅ (panašus į hemidrato, dauginant HPO₃ 2). Priešdėlis meta puikiai atitinka ciklinę PA, nes jei trifosforo rūgštis dehidratuoja, bet neprideda kito H bloko₃PO₄ tapti tetrafosforo rūgštimi, tada ji turi sudaryti žiedą.

Taip yra ir kitų polimetafosforo rūgščių atveju, nors IUPAC rekomenduoja juos vadinti cikliniais atitinkamų PA junginiais..

Savybės

Molekulinė formulė

H₃PO₄

Molekulinė masė

97,994 g / mol

Fizinė išvaizda

Jų kietoje formoje yra orthombombic, higroskopiniai ir skaidrūs kristalai. Pagal skystą formą jis yra kristalinis, turintis klampų sirupą.

Komerciniu požiūriu jis gaunamas vandeniniame tirpale, kurio koncentracija yra 85% (m / m). Visuose šiuose pristatymuose nėra kvapo.

Virimo ir lydymosi taškai

158ºC (316–760 mmHg).

108º F (42,2ºC).

Tirpumas vandenyje

548 g / 100 g H₂Arba esant 20 ° C; 369,4 g / 100 ml 0,5 ° C temperatūroje; 446 g / 100m iki 14,95 ° C.

Tankis

1,892 g / cm³ (kietas); 1,841 g / cm³ (100% tirpalas); 1,685 g / cm³ (85% tirpalas); 1,334 g / cm³ 50% tirpalo) 25 ° C temperatūroje.

Garų tankis

Palyginti su oru 3,4 (oras = 1).

Automatinis uždegimas

Jis nėra degus.

Klampumas

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

Rūgštingumas

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

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 ir pKa3 = 12,319. Todėl pirmasis yra jo vandenilis ir rūgštis.

Skilimas

Šildant jis išskiria fosforo oksidus. Jei temperatūra pakyla iki 213 ° C ar daugiau, ji tampa pirofosforo rūgštimi (H)₄P₂O₇).

Korozija

Dirgina juoduosius metalus ir aliuminį. Reaguodama su šiais metalais, atsiranda vandenilio kuro dujos.

Polimerizacija

Smarkiai polimerizuojasi su azo junginiais, epoksidais ir polimerizuojamais junginiais.

Naudojimas

Fosfato druskos ir bendrosios paskirties

-Fosforo rūgštis yra pagrindas fosfatų, naudojamų kaip trąšos, gamybai, nes fosforas yra pagrindinė augalų maistinė medžiaga..

-Jis buvo vartojamas apsinuodijimui švinu ir kitomis sąlygomis, kai reikalingas didelis fosfato kiekis, ir lengvos acidozės susidarymas..

-Jis naudojamas audinių šlapimo takų pH kontrolei, siekiant išvengti inkstų akmenų susidarymo.

-Fosforo rūgštis yra Na druskų₂HPO₄ ir NaH₂PO₄ kurios sudaro buferinę sistemą, skirtą pH su 6,8 kPa. Ši pH reguliuojanti sistema yra žmogaus, turinčio reikšmę reguliuojant ląstelių pH, taip pat vandenilio koncentracijos valdyme distaliniuose vamzdeliuose ir nefronų kolektoriuje..

-Jis naudojamas šalinant 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 elektriniam poliravimui ir yra ugniai atsparių gaminių, pvz., Aliuminio oksido ir magnezijos, rišiklis.

Pramoninis

-Fosforo rūgštis yra skirta kataliziniam agentui gaminti nailoną ir benziną. Jis naudojamas kaip dehidratavimo agentas litografijoje graviruojant, gaminant dažus, naudojamus tekstilės pramonėje, latekso krešėjimo procese gumos pramonėje ir vandenilio peroksido valymo procese..

-Rūgštis naudojama kaip gaiviųjų gėrimų priedas, taip prisidedant prie jo skonio. Skiedžiama cukraus rafinavimo procese. Jis taip pat veikia kaip buferinė sistema kumpio, želatinos ir antibiotikų gamyboje.

-Dalyvauja ploviklių, esančių acetileno gamyboje, rūgštinėje katalizėje.

-Jis naudojamas kaip subalansuotas pašaras gyvulininkystės pramonei ir gyvūnams. Farmacijos pramonė ją naudoja gaminant antiemetinius vaistus. Jis taip pat naudojamas mišinyje, kad būtų galima asfaltą nutiesti ir pataisyti plyšius.

-Fosforo rūgštis veikia kaip katalizatorius alkenų hidratacijos reakcijoje, gaunančioje alkoholį, daugiausia etanolį. Be to, jis naudojamas organinės anglies nustatymui dirvožemyje.

Dantų gydymas

Stomatologai naudojasi danties paviršiaus valymui ir būklės nustatymui prieš dantų atramas. Jame taip pat naudojamas dantų balinimas ir dantų plokštelių pašalinimas. Be to, jis naudojamas dantų protezų klijų gamybai.

Kosmetika

Fosforo rūgštis naudojama pH reguliuoti gaminant kosmetikos gaminius ir odos priežiūrai. Jis naudojamas kaip cheminis oksidatorius aktyvios anglies gamybai.

Fosforo rūgšties susidarymas

-Fosforo rūgštis ruošiama iš apatito tipo fosfatų uolų, virškinant koncentruota sieros rūgštimi:

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

Fosforo rūgštis, gauta šioje reakcijoje, yra mažai gryna, todėl ji vyksta gryninimo procese, apimančiame nusodinimą, tirpiklių ekstrahavimą, kristalizaciją ir jonų mainų metodus..

-Fosforo rūgštį galima gaminti ištirpinant fosforo pentoksidą į verdantį vandenį.

-Jis taip pat gali būti gaunamas kaitinant fosforą oro ir vandens garų mišiniu:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄O₁₀ (-ai)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (l)

Rizika

-Kadangi kambario temperatūroje garų slėgis yra mažas, mažai tikėtina, kad jo garai gali būti įkvėpti, nebent rūgštis būtų purškiama. Jei taip, įkvėpimo simptomai yra: kosulys, gerklės skausmas, dusulys ir sunkus kvėpavimas.

-Literatūroje minimas jūrininkas, kuris ilgą laiką buvo veikiamas fosforo rūgšties garais. Jis patyrė bendrą silpnumą, sausą kosulį, skausmą krūtinėje ir kvėpavimo sutrikimus. Po vienerių metų poveikio buvo pastebėta reaktyviųjų kvėpavimo takų disfunkcija.

-Patekus ant odos su fosforo rūgštimi, gali atsirasti paraudimas, skausmas, pūslės ir odos nudegimai.

-Rūgšties sąlytis su akimis, atsižvelgiant į jo koncentraciją ir sąlyčio trukmę, gali sukelti tokius, korozinius audinių pažeidimus arba sunkius nudegimus, nuolat pažeidžiančius akis..

-Prarijus rūgštimi, burnoje ir gerklėje sudegėja, deginantis pojūtis už krūtinkaulio, pilvo skausmas, vėmimas, šokas ir žlugimas.

Nuorodos

1. Karališkoji chemijos draugija. (2015). Fosforo rūgštis. Paimta iš: chemspider.com
2. Kanados darbuotojų sveikatos ir saugos centras. (1999). Fosforo rūgštis - poveikis sveikatai. Paimta iš: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Fosforo rūgštis „Šio cheminio junginio naudojimo įvairovė“. acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown ir James R. Lehr. (1955). Kristalinės fosforo rūgšties struktūra. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Vikipedija. (2018). Fosforo rūgštys ir fosfatai. Paimta iš: en.wikipedia.org
6. Mokslas yra įdomus, sužinokite apie fosforo rūgštį. [PDF] Paimta iš: scifun.chem.wisc.edu