ASID FOSFORIK (H3PO4): STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The asid fosforik adalah oxoacid fosforus mempunyai formula kimia H ₃ PO ₄ . Ia terdiri daripada asid mineral di mana tiga proton berasid terikat pada anion fosfat (PO ₄ ^3– ). Walaupun tidak dianggap sebagai asid kuat, penggunaannya yang tidak betul dapat menimbulkan risiko kesihatan.

Ia boleh didapati dalam dua keadaan: sebagai pepejal dalam bentuk kristal orthorhombik tebal, atau cairan kristal dengan penampilan sirap. Pembentangan komersilnya yang paling biasa mempunyai kepekatan 85% w / w dan ketumpatan 1.685 g / cm ³ . Ketumpatan ini berasal dari tangan penumpuan.

Gambar di atas menunjukkan satu molekul asid fosforik. Oleh Leyo, dari Wikimedia Commons

Ketiga-tiga kumpulan OH bertanggungjawab menyumbang hidrogen berasid. Kerana kehadirannya dalam strukturnya, ia dapat bertindak balas dengan hidroksida yang berbeza, yang berasal dari pelbagai garam.

Dalam kes natrium hidroksida, ia boleh membentuk tiga: yg berdasar satu natrium fosfat (Nah ₂ PO ₄ ), dibasic natrium fosfat (Na ₂ HPO ₄ ), dan tribasic natrium fosfat (Na ₃ PO ₄ ).

Walau bagaimanapun, bergantung pada asas mana yang digunakan untuk peneutralannya, atau kation mana yang sangat dekat dengannya, ia dapat membentuk garam fosfat lain. Antaranya ialah: kalsium fosfat (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), litium fosfat (Li ₃ PO ₄ ), ferrik fosfat (FePO ₄ ), dan lain-lain. Masing-masing mempunyai tahap protonasi anion fosfat yang berbeza.

Sebaliknya, asid fosforik dapat "mengasingkan" kation divalen seperti Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ dan Mg ²⁺ . Pada suhu yang tinggi ia boleh bertindak balas dengan dirinya dengan kehilangan seorang H ₂ O molekul , membentuk dimers, trimers dan polimer asid fosforik.

Jenis tindak balas ini menjadikan sebatian ini mampu membentuk sebilangan besar struktur dengan kerangka fosfor dan oksigen, dari mana pelbagai garam yang dikenali sebagai polifosfat juga dapat diperoleh.

Mengenai penemuannya, ia disintesis pada tahun 1694 oleh Robert Boyle, melarutkan P ₂ O ₅ (fosforus pentoksida) di dalam air. Ini adalah salah satu asid mineral yang paling berguna, fungsinya sebagai baja adalah yang paling penting. Fosfor, bersama dengan kalium dan nitrogen, adalah tiga nutrien tumbuhan utama.

Struktur kimia

Oleh Tidak ada pengarang yang boleh dibaca mesin. H Padleckas menganggap (berdasarkan tuntutan hak cipta). , melalui Wikimedia Commons

Asid fosforik terdiri daripada ikatan P = O dan tiga P - OH, di mana yang terakhir adalah pembawa hidrogen asid yang dibebaskan dalam medium larutan. Dengan atom fosforus di tengah, oksigen menarik sejenis tetrahedron molekul.

Dengan cara ini, asid fosforik dapat dilihat sebagai tetrahedron. Dari perspektif ini, tetrahedra tersebut (oleh unit H ₃ PO ₄ ) saling berinteraksi melalui ikatan hidrogen; iaitu, bucu mereka hampir menghampiri.

Interaksi intermolekul ini membolehkan asid fosforik mengkristal menjadi dua pepejal: satu anhidrat dan hemihidrat (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), keduanya dengan sistem kristal monoklinik. Bentuk anhidratnya juga dapat dijelaskan dengan formula: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , yang sama dengan pentoksida fosfor tri-terhidrat.

Tetrahedron bahkan boleh dihubungkan secara kovalen, tetapi untuk ini salah satu unitnya mesti menghilangkan molekul air melalui dehidrasi. Ini berlaku apabila H ₃ PO ₄ mengalami pemanasan, dan seterusnya menghasilkan pembentukan asid polifosforik (PA).

Asid difosforik (H

Yang paling mudah dari semua PA adalah asid difosforik (H ₄ P ₂ O ₇ ), juga dikenali sebagai asid pirofosfat. Persamaan kimia pembentukannya adalah seperti berikut:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Keseimbangan bergantung pada jumlah air dan suhu. Apakah strukturnya? Dalam gambar di bahagian tersebut, struktur asid ortofosforat dan asid pirofosforik digambarkan di sudut kiri atas.

Dua unit bergabung secara kovalen ketika molekul air dihilangkan, membentuk jambatan oksigen P - O - P di antara mereka. Sekarang mereka bukan tiga hidrogen berasid, tetapi empat (empat -OH kumpulan). Oleh kerana itu, H ₄ P ₂ O ₇ mempunyai empat pemalar pengionan k _a .

Asid polifosforik

Dehidrasi boleh berlaku dengan asid pirofosforik jika pemanasan berterusan. Kenapa? Kerana pada setiap hujung molekulnya ada kumpulan OH yang dapat dihilangkan seperti molekul air, sehingga mendorong pertumbuhan kerangka P - O - P - O - P selanjutnya …

Contoh asid ini adalah asid tripolifosforik dan tetrapolifosforik (kedua-duanya digambarkan dalam gambar). Dapat diperhatikan bagaimana tulang belakang P - O - P memanjang dalam sejenis rantai yang terdiri daripada tetrahedra.

Sebatian ini dapat diwakili oleh formula HO (PO ₂ OH) _x H, di mana HO adalah hujung kiri yang dapat dinyahhidrasi. PO ₂ OH adalah tulang belakang fosforus dengan ikatan P = O dan OH; dan x adalah unit atau molekul asid fosforik yang diperlukan untuk mendapatkan rantai tersebut.

Apabila sebatian ini dinetralkan sepenuhnya dengan asas, polifosfat yang disebut akan terbentuk. Bergantung pada kation mana yang mengelilinginya, mereka membentuk pelbagai jenis garam polifosfat.

Sebaliknya, jika mereka bertindak balas dengan alkohol ROH, hidrogen di tulang belakang mereka digantikan oleh pengganti R-alkil. Oleh itu, ester fosfat (atau polifosfat) timbul: RO (PO ₂ OR) _x R. Cukup untuk menggantikan H dengan R dalam semua struktur gambar bahagian untuk mendapatkannya.

Asid polifosforik siklik

Rantai P - O - P bahkan boleh ditutup pada cincin fosforik atau kitaran. Jenis sebatian yang paling mudah ialah asid trimetaphosphoric (sudut kanan atas gambar). Oleh itu, AP boleh menjadi linear, kitaran; atau jika strukturnya menunjukkan kedua-dua jenis, bercabang.

Tatanama

Sumber: commons.wikimedia.org

Tatanama asid fosforik ditentukan oleh IUPAC dan bagaimana garam asid okso ternary dinamakan.

Kerana dalam H ₃ PO ₄ atom P mempunyai valensi +5, nilai tertinggi, asidnya diberikan akhiran -ico ke awalan fosfor-.

Ortho

Walau bagaimanapun, asid fosforik juga biasa disebut asid ortofosfat. Kenapa? Kerana perkataan 'ortho' adalah bahasa Yunani dan bermaksud 'benar'; yang akan diterjemahkan ke dalam "bentuk benar" atau "lebih terhidrat" daripadanya.

Apabila fosforik anhidrat dihidrat dengan lebihan air (P ₄ O ₁₀ , "cap" fosfor di gambar atas), H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ) dihasilkan. Oleh itu, awalan ortho diberikan kepada asid yang terbentuk dengan banyak air.

Pyro

Awalan pyro merujuk kepada sebatian yang berasal selepas penggunaan haba, kerana asid difosforik timbul dari dehidrasi termal asid fosforik. Oleh itu, ia dipanggil asid pirofosforik (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Matlamat

Meta awalan, yang juga merupakan perkataan Yunani, bermaksud 'selepas'. Ia ditambahkan pada bahan-bahan yang rumusnya telah menghilangkan molekul, dalam hal ini, yang mengandungi air:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Perhatikan bahawa kali ini penambahan dua unit fosforik tidak berlaku untuk membentuk asid difosforik, sebaliknya asid metafosforik diperoleh (yang tidak ada bukti keberadaannya).

Penting juga untuk diperhatikan bahawa asid ini dapat digambarkan sebagai H ₂ O · P ₂ O ₅ (serupa dengan hemidrate, mengalikan HPO ₃ dengan 2). Awalan meta sesuai dengan PA siklik, kerana jika asid trifosfat mengering, tetapi tidak menambah _unit H ₃ PO _{4 lain} untuk menjadi asid tetrafosforik, maka ia mesti membentuk cincin.

Dan ini sama dengan asid polimetafosforik lain, walaupun IUPAC mengesyorkan memanggilnya sebatian siklik dari PA yang sesuai.

Hartanah

Formula molekul

H ₃ PO ₄

Berat molekul

97.994 g / mol

Penampilan fizikal

Dalam bentuk padatnya, ia memaparkan kristal orthorhombic, hygroscopic dan transparan. Dalam bentuk cair ia berkristal dengan rupa sirap likat.

Ia boleh didapati secara komersial dalam larutan berair dengan kepekatan 85% w / w. Dalam semua persembahan ini tidak berbau.

Takat didih dan lebur

158 ° C (316 ° F pada 760 mmHg).

108 ° F (42.2 ° C).

Keterlarutan air

548 g / 100 g H ₂ O pada 20 ° C; 369.4 g / 100 ml pada suhu 0.5 ° C; 446 g / 100m pada suhu 14.95ºC.

Ketumpatan

1.892 g / cm ³ (pepejal); 1.841 g / cm ³ (penyelesaian 100%); 1.685 g / cm ³ (larutan 85%); 1.334 g / cm ³ larutan 50%) pada suhu 25 ° C.

Ketumpatan wap

Berkaitan dengan udara 3,4 (udara = 1).

Pencucuhan automatik

Ia tidak mudah terbakar.

Kelikatan

3.86 mPoise (larutan 40% pada suhu 20 ° C).

Keasidan

pH: 1.5 (larutan 0.1 N dalam air)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7.198 dan pKa3 = 12.319. Oleh itu, hidrogen paling berasid anda adalah yang pertama.

Penguraian

Apabila dipanaskan, ia membebaskan oksida fosforus. Sekiranya suhu meningkat hingga 213ºC atau lebih, ia akan menjadi asid pirofosforik (H ₄ P ₂ O ₇ ).

Kekotoran

Menghakis logam besi dan aluminium. Tindak balas dengan logam ini menghasilkan gas bahan bakar hidrogen.

Pempolimeran

Polimerisasi dengan kuat dengan sebatian azo, epoksida dan sebatian yang dapat dipolimerkan.

Permohonan

Garam fosfat dan kegunaan umum

-Fosforik asid berfungsi sebagai asas untuk membuat fosfat, yang digunakan sebagai baja kerana fosfor adalah nutrien utama dalam tanaman.

-Ia telah digunakan dalam rawatan keracunan plumbum dan keadaan lain di mana sejumlah besar fosfat diperlukan dan penghasilan asidosis ringan.

-Ia digunakan untuk mengawal pH saluran kencing dari cerpelai dan pengeluaran untuk mengelakkan pembentukan batu ginjal.

-Asid fosforik menimbulkan garam Na ₂ HPO ₄ dan NaH ₂ PO ₄ yang merupakan sistem penimbal pH dengan pKa 6.8. Sistem pengatur pH ini ada pada manusia, yang penting dalam pengaturan pH intraselular, dan juga dalam pengelolaan kepekatan hidrogen pada tubulus distal dan pengumpulan nefron.

-Ia digunakan dalam penghapusan lapisan besi oksida berkulat yang terkumpul pada logam ini. Asid fosforik membentuk fosfat besi yang mudah dikeluarkan dari permukaan logam. Ia juga digunakan dalam penggilap elektrik aluminium dan merupakan agen pengikat untuk produk tahan api seperti alumina dan magnesia.

Perindustrian

-Asid fosforik digunakan sebagai agen pemangkin dalam penghasilan Nylon dan petrol. Ia digunakan sebagai agen penyahhidratan dalam ukiran litografi, dalam pembuatan pewarna untuk digunakan dalam industri tekstil, dalam proses pembekuan lateks dalam industri getah dan pemurnian hidrogen peroksida.

-Acid digunakan sebagai bahan tambahan dalam minuman ringan, sehingga menyumbang kepada rasanya. Diencerkan digunakan dalam proses penapisan gula. Ia juga berfungsi sebagai sistem penyangga dalam penyediaan ham, gelatin dan antibiotik.

-Ia mengambil bahagian dalam penjelasan bahan pencuci, dalam pemangkin asid penghasilan asetilena.

-Ia digunakan sebagai pengasam dalam makanan seimbang untuk industri ternakan dan haiwan peliharaan. Industri farmaseutikal menggunakannya dalam pembuatan ubat antiemetik. Ia juga digunakan dalam campuran untuk membuat aspal untuk membuka tanah dan memperbaiki retakan.

-Asid fosfat bertindak sebagai pemangkin dalam tindak balas penghidratan alkena untuk menghasilkan alkohol, terutamanya etanol. Di samping itu, ia digunakan dalam penentuan karbon organik di tanah.

Pergigian

Ia digunakan oleh doktor gigi untuk membersihkan dan mengkondisikan permukaan gigi sebelum meletakkan pendakap gigi. Ia juga dapat digunakan dalam pemutihan gigi dan penyingkiran plak gigi. Di samping itu, ia digunakan dalam pembuatan perekat untuk prostesis gigi.

Kosmetik

Asid fosforik digunakan untuk menyesuaikan pH dalam produk kosmetik dan penjagaan kulit. Ia digunakan sebagai agen pengoksidaan kimia untuk pengeluaran karbon aktif.

Pembentukan asid fosforik

-Asid fosforik disediakan dari batuan fosfat dari jenis apatite, dengan pencernaan dengan asid sulfurik pekat:

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

Asid fosforik yang diperoleh dalam tindak balas ini adalah ketulenan rendah, sebab itulah ia menjalani proses pemurnian yang merangkumi teknik pemendakan, pengekstrakan pelarut, penghabluran dan pertukaran ion.

-Asid fosforik dapat dihasilkan dengan melarutkan fosforus pentoksida dalam air mendidih.

-Ia juga dapat diperoleh dengan memanaskan fosfor dengan campuran udara dan wap air:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

P ₄ O ₁₀ (H) + H ₂ O (g) => 4H ₃ PO ₄ (l)

Risiko

-Sebab tekanan wapnya rendah pada suhu bilik, wapnya tidak mungkin disedut melainkan asid disembur. Sekiranya demikian, gejala penyedutan termasuk: batuk, sakit tekak, sesak nafas, dan pernafasan yang sukar.

-Dalam literatur kes pelaut yang terdedah kepada asap asid fosforik untuk jangka masa yang panjang. Dia mengalami kelemahan umum, batuk kering, sakit dada, dan masalah pernafasan. Dalam satu tahun pendedahan, disfungsi saluran udara reaktif diperhatikan.

-Sentuh kulit dengan asid fosforik boleh menyebabkan kemerahan, sakit, lepuh dan luka bakar pada kulit.

-Sentuhan asid dengan mata, bergantung pada kepekatannya dan jangka masa kontak, boleh menghasilkan di dalamnya, kecederaan tisu yang menghakis atau luka bakar yang teruk dengan kerosakan mata yang kekal.

-Pengambilan asid menyebabkan rasa terbakar di mulut dan tekak, sensasi terbakar di luar tulang dada, sakit perut, muntah, kejutan dan keruntuhan.

Rujukan

1. Persatuan Kimia Diraja. (2015). Asid fosforik. Diambil dari: chemspider.com
2. Pusat Keselamatan dan Kesihatan Pekerjaan Kanada. (1999). Asid Fosforik - Kesan Kesihatan. Diambil dari: ccsso.ca
3. Asid.Info. (2018). Asid Fosforik »Kepelbagaian Penggunaan Sebatian Kimia Ini. Diambil dari: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown, dan James R. Lehr. (1955). Struktur Asid Fosforik Kristal. J. Am. Chem. Soc 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Asid fosforik dan fosfat. Diambil dari: en.wikipedia.org
6. Sains adalah Menyeronokkan. Ketahui Tentang Asid Fosforik . Diambil dari: scifun.chem.wisc.edu