Cấu trúc axit photphoric (H3PO4), danh pháp, tính chất, công dụng

các axit photphoric là một axit oxo của phốt pho có công thức hóa học H₃PO₄. Nó bao gồm một axit khoáng sản trong đó ba proton có tính axit được liên kết với anion phốt phát (PO₄^3-). Mặc dù nó không được coi là một axit mạnh, nhưng việc sử dụng không đúng cách có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe.

Nó có thể được tìm thấy ở hai trạng thái: như một chất rắn ở dạng tinh thể trực giao dày, hoặc một chất lỏng tinh thể có hình dạng xi-rô. Trình bày thương mại thông thường nhất của nó có nồng độ 85% w / w và mật độ 1.685 g / cm³. Mật độ này đến từ bàn tay của sự tập trung.

Ba nhóm OH chịu trách nhiệm tặng các hydrogens có tính axit. Do sự hiện diện của chúng trong cấu trúc của nó, nó có thể phản ứng với các hydroxit khác nhau gây ra một số muối.

Trong trường hợp natri hydroxit, nó có thể tạo thành ba: natri monobasic phosphate (NaH)₂PO₄), natri dibasic phosphate (Na₂HPO₄) và natri phosphat Tribasic (Na₃PO₄).

Tuy nhiên, tùy thuộc vào cơ sở nào được sử dụng để trung hòa nó, hoặc cation nào rất gần với nó, nó có thể tạo thành các muối photphat khác. Trong số đó là: canxi photphat (Ca₃(PO₄)₂), lithium phốt phát (Li₃PO₄), phốt phát sắt (FePO₄) và những người khác. Mỗi người có mức độ proton hóa khác nhau của anion phosphate.

Mặt khác, axit photphoric có thể "cô lập" các cation hóa trị hai như Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ và Mg²⁺. Ở nhiệt độ cao, nó có thể tự phản ứng với sự mất một phân tử H₂Hoặc, tạo thành các chất làm mờ, vị trí và polyme của axit photphoric.

Loại phản ứng này làm cho hợp chất này có khả năng thiết lập một số lượng lớn các cấu trúc với các bộ xương phốt pho và oxy, từ đó cũng có thể thu được một loạt các muối đã biết như polyphosphate..

Về phát hiện của nó, nó được tổng hợp vào năm 1694 bởi Robert Boyle, hòa tan P₂Ôi₅ (phốt pho pentoxide) trong nước. Nó là một trong những axit khoáng chất có công dụng lớn hơn, là chức năng của nó như là phân bón quan trọng nhất. Phốt pho, cùng với kali và nitơ là ba chất dinh dưỡng chính của thực vật.

Chỉ số

1 Cấu trúc hóa học
- 1.1 Axit photpho (H4P2O7)
- 1.2 Axit polyphosphoric
- 1.3 Axit polyphosphoric tuần hoàn
2 danh pháp
- 2.1
- 2.2 Piro
- 2.3 Mục tiêu
3 thuộc tính
- 3.1 Công thức phân tử
- 3.2 Trọng lượng phân tử
- 3.3 Ngoại hình
- 3,4 Điểm sôi và nóng chảy
- 3.5 Độ hòa tan trong nước
- 3.6 Mật độ
- 3.7 Mật độ hơi
- 3.8 Đánh lửa tự động
- 3.9 Độ nhớt
- 3.10 Độ axit
- 3.11 Phân hủy
- 3.12 Độ ăn mòn
- 3.13 Phản ứng trùng hợp
4 công dụng
- 4.1 Muối photphat và sử dụng chung
- 4.2 Công nghiệp
- 4.3 Nha sĩ
- 4.4 Mỹ phẩm
5 Hình thành axit photphoric
6 rủi ro
7 tài liệu tham khảo

Cấu trúc hóa học

Axit photphoric bao gồm một liên kết P = O và ba P-OH, trong đó chất sau là chất mang axit hydrogens được giải phóng trong môi trường hòa tan. Với nguyên tử phốt pho ở trung tâm, oxygens vẽ ra một loại tứ diện phân tử.

Theo cách này, axit photphoric có thể được hình dung như một khối tứ diện. Từ quan điểm này cho biết tứ diện (trên mỗi đơn vị H₃PO₄) tương tác với nhau bằng liên kết hydro; đó là, đỉnh của chúng gần đúng.

Những tương tác liên phân tử này cho phép axit photphoric kết tinh thành hai chất rắn: khan và hemihydrat (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), cả hai đều có hệ tinh thể đơn hình. Dạng khan của nó cũng có thể được mô tả với công thức: 3H₂Ô · P₂Ôi₅, những gì tương đương với một pentoxide phốt pho ba hydrat.

Các tứ diện thậm chí có thể liên kết cộng hóa trị, nhưng đối với một trong những đơn vị của chúng phải loại bỏ một phân tử nước bằng cách khử nước. Điều này xảy ra khi H₃PO₄ nó phải chịu nhiệt, và do đó, nó tạo ra sự hình thành các axit polyphosphoric (PA).

Axit photpho (H₄P₂Ôi₇)

Đơn giản nhất trong tất cả các PA là axit diphosphoric (H₄P₂Ôi₇), còn được gọi là axit pyrophosphoric. Phương trình hóa học của sự hình thành của nó là như sau:

2 giờ₃PO₄ <=> H₄P₂Ôi₇ + H₂Ôi

Sự cân bằng phụ thuộc vào lượng nước và nhiệt độ. Cấu trúc của nó là gì? Trong hình ảnh của phần này, các cấu trúc của axit orthophosphoric và axit pyrophosphoric được minh họa ở góc trên bên trái.

Hai đơn vị liên kết cộng hóa trị bằng cách loại bỏ một phân tử nước, tạo thành cầu nối oxy P-O-P giữa chúng. Bây giờ có ba hydrogens axit, nhưng bốn (bốn nhóm -OH). Vì điều này, H₄P₂Ôi₇ trình bày bốn hằng số ion hóa k_một.

Axit polyphosphoric

Mất nước có thể tiến hành với axit pyrophosphoric nếu tiếp tục đun nóng. Tại sao? Bởi vì ở mỗi đầu phân tử của nó có một nhóm OH có thể được loại bỏ dưới dạng phân tử nước, do đó thúc đẩy sự phát triển tiếp theo của bộ xương P-O-P-O-P ...

Ví dụ về các axit này là axit tripolyphosphoric và tetrapolyphosphoric (cả hai được minh họa trong hình ảnh). Có thể thấy bộ xương P-O-P trải dài như thế nào trong một chuỗi hình thành bởi tứ diện.

Các hợp chất này có thể được biểu diễn bằng công thức HO (PO₂OH)_xH, trong đó HO là đầu bên trái có thể bị mất nước. PO₂OH là bộ xương phốt pho có liên kết P = O và OH; và x là đơn vị hoặc phân tử axit photphoric cần thiết để thu được chuỗi nói trên.

Khi các hợp chất này được trung hòa hoàn toàn với một bazơ, cái gọi là polyphosphate bắt nguồn. Tùy thuộc vào các cation bao quanh chúng, chúng tạo thành nhiều loại muối polyphosphate.

Mặt khác, nếu chúng phản ứng với rượu ROH, hydrogens trong bộ xương của chúng được thay thế bằng các nhóm thế alkyl R-. Do đó, este phốt phát (hoặc polyphosphate) phát sinh: RO (PO₂HOẶC)_xA. Nó là đủ để thay thế H cho R trong tất cả các cấu trúc của hình ảnh của phần để có được chúng.

Axit polyphosphoric tuần hoàn

Các chuỗi P - O - P thậm chí có thể được đóng trong một vòng hoặc chu trình phosphoric. Đơn giản nhất của loại hợp chất này là axit trimetaphosphoric (góc trên bên phải của hình ảnh). Do đó, PA có thể là tuyến tính, tuần hoàn; hoặc nếu cấu trúc của chúng thể hiện cả hai loại, phân nhánh.

Danh pháp

Danh pháp của axit photphoric được cai trị bởi IUPAC và cách thức muối ternary của axit oxo được đặt tên.

Bởi vì trong H₃PO₄ nguyên tử của P có hóa trị +5, giá trị cao nhất, axit của nó được gán hậu tố -ico cho tiền tố phosphor-.

Chỉnh hình

Tuy nhiên, axit photphoric cũng thường được gọi là axit orthophosphoric. Tại sao? Bởi vì từ 'ortho' là tiếng Hy Lạp và có nghĩa là 'đúng'; Điều gì sẽ dẫn đến hình thức "đúng" hoặc "ngậm nước" hơn của nó.

Khi anhydrid photphoric bị hydrat hóa với lượng nước dư (P₄Ôi₁₀, "nắp" phốt pho của hình trên) H được sản xuất₃PO₄ (3 giờ₂Ô · P₂Ôi₅). Do đó, tiền tố ortho được gán cho các axit được hình thành với lượng nước dồi dào.

Piro

Tiền tố pyro đề cập đến tất cả các hợp chất có nguồn gốc sau khi sử dụng nhiệt, vì axit diphosphoric phát sinh từ sự mất nước nhiệt của axit photphoric. Do đó, nó được gọi là axit pyrophosphoric (2H)₂Ô · P₂Ôi₅).

Mục tiêu

Tiền tố meta, cũng là một từ Hy Lạp, có nghĩa là 'sau'. Nó được thêm vào những chất có công thức loại bỏ một phân tử, trong trường hợp này là nước:

H₃PO₄=> HPO₃ + H₂Ôi

Lưu ý rằng lần này việc bổ sung hai đơn vị phosphoric không xảy ra để tạo thành axit diphosphoric, nhưng thay vào đó axit metaphosphoric thu được (trong đó không có bằng chứng về sự tồn tại của nó)..

Cũng cần lưu ý rằng axit này có thể được mô tả là H₂Ô · P₂Ôi₅ (tương tự như hemidrato, nhân HPO₃ cho 2). Tiền tố meta xuất hiện hoàn hảo theo PA tuần hoàn, bởi vì nếu axit triphosphoric làm mất nước, nhưng không thêm đơn vị H khác₃PO₄ để trở thành axit tetraphosphoric, sau đó nó phải tạo thành một vòng.

Và đây là trường hợp với các axit polymetaphosphoric khác, mặc dù IUPAC khuyên bạn nên gọi chúng là các hợp chất tuần hoàn của PA tương ứng.

Thuộc tính

Công thức phân tử

H₃PO₄

Trọng lượng phân tử

97.994 g / mol

Ngoại hình

Ở dạng rắn, nó thể hiện các tinh thể orthorhombic, hút ẩm và trong suốt. Dưới dạng lỏng, nó là tinh thể của sự xuất hiện của một xi-rô nhớt.

Về mặt thương mại, nó đạt được trong dung dịch nước với nồng độ 85% w / w. Trong tất cả các bài thuyết trình thiếu mùi.

Điểm sôi và nóng chảy

158º C (316º F đến 760 mmHg).

108 F F (42,2 C).

Độ hòa tan trong nước

548 g / 100 g H₂Hoặc ở 20 độ C; 369,4 g / 100 ml ở 0,5 ° C; 446 g / 100m đến 14,95 C.

Mật độ

1.892 g / cm³ (rắn); 1.841 g / cm³ (Giải pháp 100%); 1.685 g / cm³ (Giải pháp 85%); 1,34 g / cm³Dung dịch 50%) ở 25 CC.

Mật độ hơi

Liên quan đến không khí 3,4 (không khí = 1).

Tự động đánh lửa

Nó không dễ cháy.

Độ nhớt

3,86 mP rùa (dung dịch 40% ở 20 độ C).

Độ axit

pH: 1,5 (dung dịch 0,1 N trong nước)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 và pKa3 = 12,319. Do đó, hydro cộng với axit của nó là lần đầu tiên.

Phân hủy

Khi đun nóng, nó giải phóng oxit phốt pho. Nếu nhiệt độ tăng lên 213 ° C trở lên, nó trở thành axit pyrophosphoric (H₄P₂Ôi₇).

Ăn mòn

Ăn mòn kim loại màu và nhôm. Khi phản ứng với các kim loại này, khí nhiên liệu hydro bắt nguồn.

Phản ứng trùng hợp

Polyme hóa mạnh mẽ với các hợp chất azo, epoxit và các hợp chất polyme hóa.

Công dụng

Muối photphat và công dụng chung

-Axit photphoric đóng vai trò là cơ sở cho sự hình thành phốt phát, được sử dụng làm phân bón vì phốt pho là chất dinh dưỡng chính của thực vật.

-Nó đã được sử dụng trong điều trị ngộ độc chì và các điều kiện khác trong đó cần có lượng phốt phát đáng kể và sản xuất nhiễm toan nhẹ.

-Nó được sử dụng để kiểm soát độ pH của đường tiết niệu của chồn và chi phí để tránh hình thành sỏi thận.

-Axit photphoric tạo ra muối Na₂HPO₄ và NaH₂PO₄ tạo thành một hệ thống đệm cho pH với pKa là 6,8. Hệ thống điều hòa pH này có ở người, có tầm quan trọng trong việc điều chỉnh pH nội bào, cũng như trong việc quản lý nồng độ hydro trong ống lượn xa và người thu thập nephron..

-Nó được sử dụng trong việc loại bỏ lớp oxit sắt bị mốc tích tụ trên kim loại này. Axit photphoric tạo thành phốt phát sắt có thể dễ dàng loại bỏ khỏi bề mặt kim loại. Nó cũng được sử dụng trong đánh bóng điện bằng nhôm và là một tác nhân liên kết của các sản phẩm chịu lửa như alumina và magnesia.

Công nghiệp

-Axit photphoric được dự định là một tác nhân xúc tác trong sản xuất nylon và xăng. Nó được sử dụng như một chất khử nước trong khắc thạch bản, trong sản xuất thuốc nhuộm để sử dụng trong ngành dệt, trong quá trình đông tụ mủ trong ngành công nghiệp cao su và trong quá trình tinh chế hydro peroxide.

-Axit được sử dụng làm phụ gia trong nước ngọt, do đó góp phần tạo nên hương vị của nó. Pha loãng được áp dụng trong quá trình tinh chế đường. Nó cũng hoạt động như một hệ thống đệm trong việc điều chế giăm bông, gelatin và kháng sinh.

-Tham gia vào sự phát triển của chất tẩy rửa, trong xúc tác axit của sản xuất acetylene.

-Nó được sử dụng như một chất axit trong thức ăn cân bằng cho ngành chăn nuôi và vật nuôi. Ngành công nghiệp dược phẩm sử dụng nó trong sản xuất thuốc chống nôn. Nó cũng được sử dụng trong hỗn hợp để làm nhựa đường để lát nền và sửa chữa các vết nứt.

-Axit photphoric hoạt động như một chất xúc tác trong phản ứng hydrat hóa của anken để tạo ra rượu, chủ yếu là ethanol. Ngoài ra, nó được sử dụng để xác định carbon hữu cơ trong đất.

Nha khoa

Nó được sử dụng bởi các nha sĩ để làm sạch và dưỡng bề mặt răng trước khi đặt các giá đỡ nha khoa. Nó cũng tìm thấy sử dụng trong làm trắng răng và trong việc loại bỏ các mảng bám răng. Ngoài ra, nó được sử dụng trong sản xuất chất kết dính cho phục hình răng.

Mỹ phẩm

Axit photphoric được sử dụng để điều chỉnh độ pH trong việc chuẩn bị các sản phẩm mỹ phẩm và chăm sóc da. Nó được sử dụng như một tác nhân oxy hóa hóa học để sản xuất than hoạt tính.

Hình thành axit photphoric

-Axit photphoric được điều chế từ đá photphat loại apatit bằng cách tiêu hóa với axit sunfuric đậm đặc:

Ca₃(PO₄)₂ + 3 giờ₂VẬY₄ + 6 giờ₂O => 2 H₃PO₄ + 3 (CaSO₄.2 giờ₂Ô)

Axit photphoric thu được trong phản ứng này có độ tinh khiết thấp, do đó nó trải qua quá trình tinh chế bao gồm kết tủa, chiết dung môi, kết tinh và kỹ thuật trao đổi ion..

-Axit photphoric có thể được sản xuất bằng cách hòa tan photpho pentoxit trong nước sôi.

-Nó cũng có thể thu được bằng cách đun nóng phốt pho với hỗn hợp không khí và hơi nước:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄Ôi₁₀ (s)

P₄Ôi₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄(l)

Rủi ro

-Vì áp suất hơi của nó thấp ở nhiệt độ phòng, không chắc là hơi của nó có thể được hít vào, trừ khi axit được phun ra. Nếu vậy, các triệu chứng của hít phải bao gồm: ho, đau họng, khó thở và thở nặng nhọc.

-Các tài liệu trích dẫn trường hợp của một thủy thủ đã tiếp xúc với hơi axit photphoric trong một thời gian dài. Ông bị suy yếu nói chung, ho khan, đau ngực và các vấn đề về hô hấp. Sau một năm tiếp xúc, rối loạn chức năng đường thở phản ứng đã được quan sát.

-Tiếp xúc với da với axit photphoric có thể gây đỏ, đau, phồng rộp và bỏng da.

-Sự tiếp xúc của axit với mắt, tùy thuộc vào nồng độ của nó và thời gian tiếp xúc, có thể tạo ra trong những tổn thương mô ăn mòn hoặc bỏng nặng với tổn thương mắt vĩnh viễn..

-Ăn axit gây bỏng ở miệng và cổ họng, cảm giác nóng rát ngoài xương ức, đau bụng, nôn mửa, sốc và sụp đổ.

Tài liệu tham khảo

Hội hóa học hoàng gia. (2015). Axit photphoric. Lấy từ: chemspider.com
Trung tâm An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Canada. (1999). Axit photphoric - Tác dụng đối với sức khỏe. Lấy từ: ccsso.ca
Acidos.Info. (2018). Axit photphoric "Nhiều loại sử dụng hợp chất hóa học này." Lấy từ: acidos.info
James P. Smith, Walter E. Brown và James R. Lehr. (1955). Cấu trúc của axit photphoric tinh thể. J. Am. Hóa học Soc. 77, 10, 2728-2730
Wikipedia. (2018). Axit photphoric và phốt phát. Lấy từ: en.wikipedia.org
Khoa học là niềm vui. Tìm hiểu về Phosphoric Acid. [PDF] Lấy từ: scifun.chem.wisc.edu

Hóa học

« Công thức, tính chất, rủi ro và công dụng của axit photpho (H3PO3) Cấu trúc, công dụng và tính chất của axit Formic (HCOOH) »