Fosforskābes (H3PO4) struktūra, nomenklatūra, īpašības, izmantošana

The fosforskābe  ir fosforskābe ar ķīmisko formulu H₃PO₄. Tas sastāv no minerālskābes, kurā ar fosfāta anjonu ir piesaistīti trīs skābie protoni (PO₄^3-). Lai gan to neuzskata par stipru skābi, tā nepareiza lietošana var apdraudēt veselību.

To var atrast divos stāvokļos: cieta viela biezu ortorombisko kristālu veidā vai kristālisks šķidrums, kas satur sīrupu. Tās visizplatītākais komerciālais noformējums ir 85% w / w un blīvums ir 1,685 g / cm³. Šis blīvums rodas no koncentrācijas puses.

Trīs OH grupas ir atbildīgas par skābā ūdeņraža ziedošanu. Sakarā ar to klātbūtni tās struktūrā, tā var reaģēt ar dažādiem hidroksīdiem, kas izraisa vairākus sāļus.

Nātrija hidroksīda gadījumā tas var veidot trīs: nātrija monobazu fosfātu (NaH).₂PO₄), nātrija hidrogēnfosfāts (Na₂HPO₄) un tribāziskā nātrija fosfāts (Na₃PO₄).

Tomēr atkarībā no tā, kāda bāze tiek izmantota tās neitralizācijai vai kuras katjoni ir ļoti tuvu tai, tā var veidot citus fosfātu sāļus. Starp tiem ir: kalcija fosfāts (Ca₃(PO₄)₂), litija fosfāts (Li₃PO₄), dzelzs fosfāts (FePO)₄) un citi. Katrs no tiem atšķiras ar fosfora anjona protonēšanas pakāpi.

No otras puses, fosforskābe var "sadalīt" divvērtīgos katjonus, piemēram, Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ un Mg²⁺. Augstās temperatūrās tā var reaģēt ar H molekulas zudumu₂Vai arī veidojot dimorus, trímeros un fosforskābes polimērus.

Šāda veida reakcija padara šo savienojumu spēj izveidot lielu skaitu struktūru ar fosfora un skābekļa skeletiem, no kuriem var iegūt arī plašu zināmu sāļu, piemēram, polifosfātu, klāstu..

Attiecībā uz tās atklāšanu, 1694. gadā to sintezēja Robert Boyle, izšķīdinot P₂O₅ (fosfora pentoksīds) ūdenī. Tā ir viena no minerālskābēm ar lielāku lietderību, kas ir vissvarīgākā funkcija kā mēslojums. Fosfors kopā ar kāliju un slāpekli ir trīs galvenās augu barības vielas.

Indekss

• 1 Ķīmiskā struktūra
  • 1.1 Difosforskābe (H4P2O7)
  • 1.2 Polifosforskābes
  • 1.3. Cikliskās polifosforskābes
• 2 Nomenklatūra
  • 2.1. Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Mērķis
• 3 Rekvizīti
  • 3.1. Molekulārā formula
  • 3.2. Molekulmasa
  • 3.3. Fiziskais izskats
  • 3.4. Viršanas un kušanas temperatūra
  • 3.5 Šķīdība ūdenī
  • 3.6. Blīvums
  • 3.7 Tvaika blīvums
  • 3.8. Automātiska aizdedze
  • 3.9. Viskozitāte
  • 3.10. Skābums
  • 3.11 Sadalīšanās
  • 3.12. Kodīgums
  • 3.13 Polimerizācija
• 4 Lietojumi
  • 4.1. Fosfātu sāļi un vispārēji lietojumi
  • 4.2 Rūpnieciskais
  • 4.3 Zobārsti
  • 4.4. Kosmētika
• 5 Fosforskābes veidošanās
• 6 Riski
• 7 Atsauces

Ķīmiskā struktūra

Fosforskābe sastāv no P = O saiknes un trīs P-OH, kur pēdējie ir skābā ūdeņraža nesēji, kas izdalās šķīdināšanas vidē. Ar fosfora atomu centrā, oksigēni uzzīmē sava veida molekulāro tetrahedronu.

Šādā veidā fosforskābe var tikt vizualizēta kā tetraedrons. No šī viedokļa teica tetrahedra (uz H vienībām)₃PO₄) savstarpēji mijiedarbojas ar ūdeņraža saites; tas ir, to virsotnes cieši tuvas.

Šīs starpmolekulārās mijiedarbības ļauj fosforskābei kristalizēties divās cietajās daļās: bezūdens un hemihidrāta (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), abas ar monokliniskām kristālu sistēmām. Tās bezūdens formu var aprakstīt arī ar formulu: 3H₂O · P₂O₅, kas ir vienāds ar trihidrētu fosfora pentoksīdu.

Tetraedra var pat savienot kovalenti, bet šai vienībai no dehidratācijas jāizņem ūdens molekula. Tas notiek, kad H₃PO₄ tas tiek pakļauts sildīšanai, un tas rada polifosforskābes (PA) veidošanos..

Difosforskābe (H) |₄P₂O₇)

Vienkāršākais no visiem PA ir difosforskābe (H)₄P₂O₇), pazīstams arī kā pirofosforskābe. Tās veidošanās ķīmiskais vienādojums ir šāds:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Līdzsvars ir atkarīgs no ūdens daudzuma un temperatūras. Kāda ir tās struktūra? Sadaļas attēlā ortofosforskābes un pirofosforskābes struktūras attēlotas kreisajā augšējā stūrī..

Divas vienības kovalenti saistās, noņemot vienu ūdens molekulu, veidojot P-O-P skābekļa tiltu. Tagad ir trīs skābju ūdeņraži, bet četri (četras -OH grupas). Šī iemesla dēļ H₄P₂O₇ piedāvā četras jonizācijas konstantes k_a.

Polifosforskābes

Ja tiek turpināta apkure, dehidratācija var turpināties ar pirofosforskābi. Kāpēc? Jo katrā molekulas galā ir OH grupa, ko var izvadīt kā ūdens molekulu, tādējādi veicinot turpmāko skeleta P-O-P-O-P augšanu ...

Šo skābju piemēri ir tripolifosforskābes un tetrapolifosforskābes (abi attēloti attēlā). Var redzēt, kā P-O-P skelets stiepjas ķēdē, ko veido tetrahedra.

Šos savienojumus var attēlot ar formulu HO (PO₂OH)_xH, kur HO ir kreisais gals, ko var dehidrēt. PO₂OH ir fosfora skelets ar saitēm P = O un OH; un x ir fosforskābes vienības vai molekulas, kas nepieciešamas minētās ķēdes iegūšanai.

Kad šie savienojumi ir pilnīgi neitralizēti ar bāzi, tad tā saucamie polifosfāti. Atkarībā no tā, kuri katjoni tos ieskauj, tie veido plašu polifosfātu sāļu klāstu.

No otras puses, ja tie reaģē ar ROH spirtiem, to skeleta hidrogēnus aizstāj ar alkilgrupām R-. Tādējādi rodas fosfātu (vai polifosfātu) esteri: RO (PO₂VAI)_xA. Ir pietiekami, lai aizvietotu H visu R iedaļas attēlu struktūru, lai iegūtu tos.

Cikliskās polifosforskābes

P-O-P ķēdes var pat slēgt gredzena vai fosfora ciklā. Vienkāršākais šāda veida savienojums ir trimetafosforskābe (attēla augšējais labais stūris). Tādējādi PA var būt lineāra, cikliska; vai, ja to konstrukcijām piemīt abu veidu zarotas.

Nomenklatūra

Fosforskābes nomenklatūru pārvalda IUPAC un kā nosaukti oksīnskābju trīskāršie sāļi.

Jo H₃PO₄ P atomam ir valence +5, visaugstākā vērtība, tās skābei piešķir prefiksu fosfora sufikss -ico-.

Ortho

Tomēr fosforskābi parasti sauc arī par ortofosforskābi. Kāpēc? Jo vārds “orto” ir grieķu valoda un nozīmē “taisnība”; kas radītu tā "patieso" vai "vairāk hidratētu" formu.

Kad fosforskābes anhidrīds ir hidratēts ar ūdens pārpalikumu (P₄O₁₀, attēlā redzamā attēla fosfora "vāciņš")₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Tādējādi orto prefikss tiek piešķirts tām skābēm, kas veidojas ar bagātīgu ūdeni.

Piro

Prefikss pyro attiecas uz visiem savienojumiem, kas radušies pēc siltuma uzklāšanas, jo difosforskābe rodas no fosforskābes termiskās dehidratācijas. Tāpēc to sauc par pirofosforskābi (2H).₂O · P₂O₅).

Mērķis

Meta prefikss, kas ir arī grieķu vārds, nozīmē “pēc”. To pievieno vielām, kuru formula ir likvidējusi molekulu, šajā gadījumā - ūdeni:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Ņemiet vērā, ka šoreiz divfosforskābes pievienošana nenotiek, lai veidotu difosforskābi, bet tiek iegūta metafosforskābe (no kuras nav pierādījumu par tā esamību)..

Ir svarīgi arī atzīmēt, ka šo skābi var raksturot kā H₂O · P₂O₅ (līdzīgi hemidrato, reizinot HPO₃ 2). Prefikss meta lieliski atbilst cikliskai PA, jo, ja trifosforskābe dehidrē, bet nepievieno citu H vienību₃PO₄ kļūt par tetrafosforskābi, tad tai ir jāveido gredzens.

Un tas attiecas arī uz citām polimetafosforskābēm, lai gan IUPAC iesaka tos izsaukt kā atbilstošu PA cikliskos savienojumus..

Rekvizīti

Molekulārā formula

H₃PO₄

Molekulmasa

97,994 g / mol

Fiziskais izskats

Tā cietā formā ir ortorombiski, higroskopiski un caurspīdīgi kristāli. Šķidruma veidā tas ir kristālisks no viskoza sīrupa izskatu.

Komerciāli tas tiek iegūts ūdens šķīdumā, kura koncentrācija ir 85 masas%. Visās šajās prezentācijās nav smakas.

Vārīšanas un kausēšanas punkti

158º C (316 oF līdz 760 mmHg).

108º F (42,2º C).

Šķīdība ūdenī

548 g / 100 g H₂Vai 20 ° C; 369,4 g / 100 ml 0,5 ° C temperatūrā; 446 g / 100m līdz 14,95ºC.

Blīvums

1,892 g / cm³ (ciets); 1,841 g / cm³ (100% šķīdums); 1,685 g / cm³ (85% šķīdums); 1,334 g / cm³ 50% šķīdums) 25 ° C temperatūrā.

Tvaika blīvums

Saistīts ar gaisu 3,4 (gaiss = 1).

Automātiska aizdedze

Tas nav uzliesmojošs.

Viskozitāte

3,86 mPoise (40% šķīdums 20 ° C temperatūrā).

Skābums

pH: 1,5 (0,1 N šķīdums ūdenī)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 un pKa3 = 12,319. Līdz ar to pirmais ir tā ūdeņradis un skābe.

Sadalīšanās

Apsildot, tas izdala fosfora oksīdus. Ja temperatūra paaugstinās līdz 213 ° C vai vairāk, tā kļūst par pirofosforskābi (H)₄P₂O₇).

Kodīgums

Kodīgs melnie metāli un alumīnijs. Reaģējot ar šiem metāliem, rodas ūdeņraža degvielas gāze.

Polimerizācija

Polimerizējas ar azo savienojumiem, epoksīdiem un polimerizējamiem savienojumiem.

Lietojumi

Fosfātu sāļi un vispārīgi lietojumi

-Fosforskābe kalpo par pamatu fosfātu izstrādei, kurus izmanto kā mēslošanas līdzekļus, jo fosfors ir galvenā augu barība..

-To lieto, lai ārstētu svina saindēšanos un citus apstākļus, kuros nepieciešams ievērojams fosfāta daudzums un vieglas acidozes veidošanās..

-To lieto, lai kontrolētu ūdeņu urīnceļu pH un izdevumus, lai izvairītos no nieru akmeņu veidošanās.

-Fosforskābe iegūst Na sāļus₂HPO₄ un NaH₂PO₄ kas veido bufera sistēmu pH, ar pKa 6,8. Šī pH regulatīvā sistēma ir cilvēkiem, kam ir svarīga loma intracelulāro pH regulēšanā, kā arī ūdeņraža koncentrācijas pārvaldīšanā distālās tubulās un nephrons kolektorā..

-To izmanto, lai atdalītu dzelzs oksīda slāni, kas uzkrājas uz šī metāla. Fosforskābe veido dzelzs fosfātu, ko var viegli noņemt no metāla virsmas. To izmanto arī alumīnija elektriskajā pulēšanā un ir ugunsizturīgu produktu, piemēram, alumīnija oksīda un magnēzija, saistviela.

Rūpnieciskais

-Fosforskābe ir paredzēta kā katalītisks līdzeklis neilona un benzīna ražošanā. To izmanto kā dehidratējošu līdzekli litogrāfijas gravēšanai, tekstilrūpniecībā izmantojamo krāsvielu ražošanā, lateksa koagulācijas procesā gumijas rūpniecībā un ūdeņraža peroksīda attīrīšanā..

-Skābi izmanto kā piedevu bezalkoholiskos dzērienos, tādējādi veicinot tās garšu. Atšķaidīts tiek izmantots cukura rafinēšanas procesā. Tā darbojas arī kā bufera sistēma šķiņķa, želatīna un antibiotiku sagatavošanā.

-Iesaistīts mazgāšanas līdzekļu izstrādē acetilēna ražošanas skābes katalīzē.

-To izmanto kā skābinātāju sabalansētā barībā lopkopības nozarei un mājdzīvniekiem. Farmaceitiskā rūpniecība to lieto pretiekaisuma līdzekļu ražošanā. To izmanto arī maisījumā, lai padarītu asfaltu, lai sagatavotu zemes gabalu un labotu plaisas.

-Fosforskābe darbojas kā katalizators alkēnu hidratācijas reakcijā, veidojot alkoholu, galvenokārt etanolu. Turklāt to izmanto organiskā oglekļa noteikšanai augsnēs.

Zobārstniecība

Zobārsti to izmanto, lai attīrītu un kondicionētu zobu virsmu pirms zobu atbalsta izvietošanas. Tā arī izmanto zobu balināšanu un zobu plankumu noņemšanu. Turklāt to izmanto zobu protēžu līmes ražošanai.

Kosmētika

Fosforskābi izmanto, lai pielāgotu pH kosmētikas līdzekļu sagatavošanai un ādas kopšanai. To izmanto kā ķīmisko oksidētāju aktīvās ogles ražošanai.

Fosforskābes veidošanās

-Fosforskābi sagatavo no apatīta tipa fosfātu klintīm, gremojot ar koncentrētu sērskābi:

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

Fosforskābe, kas iegūta šajā reakcijā, ir zema, tāpēc tiek veikta attīrīšanas procedūra, kas ietver nogulsnēšanos, šķīdinātāju ekstrakciju, kristalizāciju un jonu apmaiņas metodes..

-Fosforskābi var ražot, izšķīdinot fosfora pentoksīdu verdošā ūdenī.

-To var iegūt arī, sildot fosforu ar gaisa un ūdens tvaiku maisījumu:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄O₁₀ (-i)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (l)

Riski

-Tā kā tvaika spiediens istabas temperatūrā ir zems, maz ticams, ka tās tvaikus var ieelpot, ja vien skābe netiek izsmidzināta. Ja tā, ieelpošanas simptomi ir: klepus, iekaisis kakls, elpas trūkums un apgrūtināta elpošana.

-Literatūrā ir minēts jūrnieks, kurš ilgu laiku bija pakļauts fosforskābes tvaikiem. Viņš cieta vispārēju vājumu, sausu klepu, sāpes krūtīs un elpošanas problēmas. Pēc viena gada iedarbības tika novērota reaktīva elpceļu disfunkcija.

-Saskare ar ādu ar fosforskābi var izraisīt apsārtumu, sāpes, blisterus un ādas apdegumus.

-Skābes saskare ar acīm, atkarībā no tā koncentrācijas un kontakta ilguma, var radīt korozīvus audu bojājumus vai smagus apdegumus ar pastāvīgu acu bojājumu..

-Skābes uzņemšana izraisa apdegumus mutē un rīklē, degšanas sajūta aiz krūšu kaula, sāpes vēderā, vemšana, šoks un sabrukums.

Atsauces

1. Karaliskā ķīmijas biedrība. (2015). Fosforskābe. No: chemspider.com
2. Kanādas Darba drošības un veselības centrs. (1999). Fosforskābe - ietekme uz veselību. No: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Fosforskābe "Šī ķīmiskā savienojuma izmantošanas dažādība". acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown un James R. Lehr. (1955). Kristāliskā fosforskābes struktūra. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Vikipēdija. (2018). Fosforskābes un fosfāti. Uzņemts no: en.wikipedia.org
6. Zinātne ir jautri, uzziniet par fosforskābi. [PDF] Uzņemts no: scifun.chem.wisc.edu