โครงสร้างกรดฟอสฟอริก (H3PO4) ระบบการเรียกชื่อคุณสมบัติการใช้งาน

กรดฟอสฟอริก  เป็นกรด oxo ของฟอสฟอรัสที่มีสูตรทางเคมี H₃PO₄. ประกอบด้วยกรดแร่ซึ่งโปรตอนที่เป็นกรดสามตัวถูกเชื่อมโยงกับไอออนฟอสเฟต (PO)₄^3-) แม้ว่าจะไม่ถือว่าเป็นกรดแก่ แต่การใช้อย่างไม่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพ.

มันสามารถพบได้ในสองรัฐ: ในฐานะที่เป็นของแข็งในรูปแบบของผลึก orthorhombic หนาหรือของเหลวผลึกของลักษณะน้ำเชื่อม การนำเสนอเชิงพาณิชย์โดยทั่วไปมีความเข้มข้น 85% w / w และความหนาแน่น 1.685 g / cm³. ความหนาแน่นนี้มาจากมือของความเข้มข้น.

กลุ่ม OH ทั้งสามกลุ่มมีหน้าที่บริจาค Hydrogens ที่เป็นกรด เนื่องจากมีพวกมันอยู่ในโครงสร้างมันสามารถทำปฏิกิริยากับไฮดรอกไซด์ที่แตกต่างกันทำให้เกิดเกลือหลายชนิด.

ในกรณีของโซเดียมไฮดรอกไซด์มันสามารถสร้างสาม: โซเดียม monobasic ฟอสเฟต (NaH)₂PO₄) โซเดียมโซเดียม dibasic ฟอสเฟต (นา₂HPO₄) และโซเดียมฟอสเฟต Tribasic (Na₃PO₄).

อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่กับฐานที่ใช้สำหรับการวางตัวเป็นกลางหรือไพเพอร์ซึ่งอยู่ใกล้กับมันมากสามารถสร้างเกลือฟอสเฟตอื่น ๆ ในหมู่พวกเขาคือ: แคลเซียมฟอสเฟต (Ca₃(PO₄)₂) ลิเธียมฟอสเฟต (Li₃PO₄) เฟอริกฟอสเฟต (FePO)₄) และอื่น ๆ แต่ละอันมีระดับการโปรตอนประจุลบฟอสเฟตแตกต่างกัน.

ในทางกลับกันกรดฟอสฟอริกสามารถ "ประจุทับกัน" ไพเพอร์ไอออนบวกเช่น Fe²⁺, ลูกบาศ์ก²⁺, Ca²⁺ และมก²⁺. ที่อุณหภูมิสูงสามารถทำปฏิกิริยากับตัวเองด้วยการสูญเสียโมเลกุล H₂หรือสร้าง dimers, trímerosและ polymers ของกรดฟอสฟอริก.

ปฏิกิริยาประเภทนี้ทำให้สารประกอบนี้มีความสามารถในการสร้างโครงสร้างจำนวนมากที่มีโครงกระดูกฟอสฟอรัสและออกซิเจนซึ่งเป็นที่รู้จักของเกลือที่หลากหลายเช่นโพลีฟอสเฟต.

เกี่ยวกับการค้นพบมันถูกสังเคราะห์ขึ้นในปี 2237 โดยโรเบิร์ตบอยล์₂O₅ (phosphorus pentoxide) ในน้ำ มันเป็นหนึ่งในกรดแร่ที่มียูทิลิตี้มากขึ้นเป็นหน้าที่ของปุ๋ยที่สำคัญที่สุด ฟอสฟอรัสพร้อมกับโพแทสเซียมและไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารหลักของพืช.

ดัชนี

• 1 โครงสร้างทางเคมี
  • 1.1 กรด Diphosphoric (H4P2O7)
  • 1.2 กรดโพลีฟอสฟอริก
  • 1.3 กรดโพลีฟอสฟอรัส
• 2 ศัพท์
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 เป้าหมาย
• 3 คุณสมบัติ
  • 3.1 สูตรโมเลกุล
  • 3.2 น้ำหนักโมเลกุล
  • 3.3 ลักษณะทางกายภาพ
  • 3.4 จุดเดือดและจุดหลอมเหลว
  • 3.5 การละลายในน้ำ
  • 3.6 ความหนาแน่น
  • 3.7 ความหนาแน่นไอ
  • 3.8 การจุดระเบิดอัตโนมัติ
  • 3.9 ความหนืด
  • 3.10 ความเป็นกรด
  • 3.11 การสลายตัว
  • 3.12 การกัดกร่อน
  • 3.13 การเกิดพอลิเมอไรเซชัน
• 4 ใช้
  • 4.1 เกลือของฟอสเฟตและการใช้งานทั่วไป
  • 4.2 อุตสาหกรรม
  • 4.3 ทันตแพทย์
  • 4.4 เครื่องสำอาง
• 5 การก่อตัวของกรดฟอสฟอริก
• 6 ความเสี่ยง
• 7 อ้างอิง

โครงสร้างทางเคมี

กรดฟอสฟอริกประกอบด้วยพันธะ P = O และ P-OH สามตัวโดยที่หลังเป็นพาหะของกรดไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในตัวกลางการละลาย ด้วยอะตอมของฟอสฟอรัสที่อยู่ตรงกลางออกซิเจนจะดึงเทตราเฮดตรอนโมเลกุลชนิดหนึ่ง.

ด้วยวิธีนี้กรดฟอสฟอริกสามารถมองเห็นเป็นจัตุรมุขได้ จากมุมมองนี้ Tetrahedra กล่าว (ต่อหน่วยของ H₃PO₄) มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันด้วยพันธะไฮโดรเจน นั่นคือจุดยอดของพวกเขาใกล้เคียงกันโดยประมาณ.

ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลเหล่านี้ทำให้กรดฟอสฟอริกสามารถตกผลึกเป็นสองของแข็ง: แอนไฮดรัสและฮีมิไฮเดรต (H)₃PO₄· 1 / 2H₂O) ทั้งสองระบบคริสตัล monoclinic รูปแบบที่ไม่มีน้ำสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร: 3H₂O · P₂O₅, สิ่งที่เท่ากับเพนทอกไซด์ฟอสฟอรัสไตรไฮเดรต.

Tetrahedra สามารถเชื่อมโยงโควาเลนต์ได้ แต่สำหรับหน่วยนี้ของพวกเขาจะต้องเอาโมเลกุลของน้ำออกโดยการคายน้ำ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อ H₃PO₄ มันอยู่ภายใต้การให้ความร้อนและเป็นผลให้มันสร้างการก่อตัวของกรดโพลีฟอสฟอริก (PA).

กรด Diphosphoric (H₄P₂O₇)

PA ที่ง่ายที่สุดของทั้งหมดคือกรด diphosphoric (H₄P₂O₇) หรือที่เรียกว่ากรดไพโรฟอสฟอริก สมการทางเคมีของการก่อตัวของมันคือ:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

ความสมดุลขึ้นอยู่กับปริมาณของน้ำและอุณหภูมิ โครงสร้างของมันคืออะไร? ในภาพของส่วนโครงสร้างของกรดออร์โธฟอสฟอริกและกรดไพโรฟอสฟอริกจะแสดงที่มุมซ้ายบน.

สองหน่วยถูกผูกมัดด้วยโควาเลนเชียลโดยการเอาน้ำหนึ่งโมเลกุลสร้างสะพานออกซิเจน P-O-P ระหว่างพวกมัน ขณะนี้มีกรดไฮโดรเจนสามแห่ง แต่มีสี่กลุ่ม (สี่กลุ่ม -OH) ด้วยเหตุนี้เอช₄P₂O₇ นำเสนอค่าคงที่สี่ของการทำให้เป็นไอออน_{ไปยัง}.

กรดโพลีฟอสฟอริก

การคายน้ำสามารถดำเนินการกับกรด pyrophosphoric หากความร้อนยังคง ทำไม? เนื่องจากในตอนท้ายของแต่ละโมเลกุลมีกลุ่ม OH ที่สามารถกำจัดเป็นโมเลกุลของน้ำได้ดังนั้นจึงส่งเสริมการเจริญเติบโตของโครงกระดูก P-O-P-O-P ...

ตัวอย่างของกรดเหล่านี้คือกรดไตรโพลีฟอสฟอริกและ tetrapolyphosphoric (ทั้งภาพประกอบในภาพ) จะเห็นได้ว่าโครงกระดูก P-O-P นั้นมีลักษณะเป็นลูกโซ่ที่เกิดจากเตตราฮีดรา.

สารประกอบเหล่านี้สามารถแทนได้ด้วยสูตร HO (PO₂OH)_xH ซึ่ง HO คือปลายด้านซ้ายที่สามารถถูกทำให้แห้ง PO₂OH เป็นโครงกระดูกฟอสฟอรัสที่มีพันธะ P = O และ OH; และ x เป็นหน่วยหรือโมเลกุลของกรดฟอสฟอริกที่จำเป็นต่อการได้โซ่กล่าว.

เมื่อสารประกอบเหล่านี้ถูกทำให้เป็นกลางด้วยฐานที่สมบูรณ์โพลีฟอสเฟตที่เรียกว่าต้นกำเนิด ขึ้นอยู่กับไพเพอร์ซึ่งล้อมรอบพวกมันพวกมันมีเกลือโพลีฟอสเฟตหลากหลายชนิด.

ในทางกลับกันถ้าพวกเขาทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ ROH, hydrogens ของโครงกระดูกของพวกเขาจะถูกแทนที่ด้วย alkyl substituents R- ดังนั้นฟอสเฟต (หรือโพลีฟอสเฟต) เอสเทอร์จึงเกิดขึ้น: RO (PO)₂OR)_xA. มันก็เพียงพอแล้วที่จะแทนที่ H สำหรับ R ในโครงสร้างทั้งหมดของภาพในส่วนที่จะได้รับพวกเขา.

กรดโพลีฟอสฟอรัส

โซ่ P-O-P สามารถปิดได้ในวงแหวนหรือฟอสฟอริก สารประกอบที่ง่ายที่สุดของประเภทนี้คือกรดทริมพาฟอสฟอริก (มุมบนขวาของภาพ) ดังนั้น PAs สามารถเป็นแบบเชิงเส้นหรือแบบวงกลม หรือถ้าโครงสร้างของพวกเขาแสดงทั้งสองประเภทแยก.

ศัพท์เฉพาะ

ระบบการตั้งชื่อของกรดฟอสฟอริกถูกควบคุมโดย IUPAC และวิธีการตั้งชื่อเกลือไตรภาคของกรดออกโซ.

เพราะในเอช₃PO₄ อะตอมของ P มีวาเลนซ์ +5, ค่าสูงสุด, กรดของมันถูกกำหนดด้วยคำต่อท้าย -ico ให้กับคำนำหน้าสารเรืองแสง-.

Orto

อย่างไรก็ตามกรดฟอสฟอริกยังเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นกรดออร์โธฟอสฟอริก ทำไม? เพราะคำว่า 'ortho' เป็นภาษากรีกและแปลว่า 'ถูกต้อง' สิ่งที่จะส่งผลในรูปแบบ "จริง" หรือ "มากขึ้นชุ่มชื้น" ของมัน.

เมื่อฟอสฟอรัสแอนไฮไดรด์ถูกไฮเดรตด้วยน้ำส่วนเกิน (P₄O₁₀, phosphor "หมวก" ของภาพด้านบน) H ถูกสร้างขึ้น₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅) ดังนั้นคำนำหน้า ortho จะถูกกำหนดให้กับกรดที่เกิดขึ้นจากน้ำที่มีอยู่มากมาย.

Piro

คำนำหน้า pyro หมายถึงสารประกอบทั้งหมดที่เกิดขึ้นหลังจากการใช้ความร้อนเนื่องจากกรดดิฟฟอสฟอริกเกิดขึ้นจากการสูญเสียความร้อนของกรดฟอสฟอริก มันจึงเรียกว่ากรด pyrophosphoric (2H)₂O · P₂O₅).

เป้าหมาย

คำนำหน้าเมตาซึ่งเป็นคำภาษากรีกหมายถึง 'หลัง' มันถูกเพิ่มเข้าไปในสารที่มีสูตรขจัดโมเลกุลในกรณีนี้คือน้ำ:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

โปรดทราบว่าในครั้งนี้การเติมสองหน่วยของฟอสฟอริกจะไม่เกิดขึ้นในรูปแบบของกรดดิฟฟอสฟอริก แต่จะได้รับกรดเมตาฟอสฟอริกแทน (ซึ่งไม่มีหลักฐานการดำรงอยู่).

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่ากรดนี้สามารถอธิบายได้เป็น H₂O · P₂O₅ (คล้ายกับ hemidrato คูณ HPO₃ สำหรับ 2) คำนำหน้าเมตามาอย่างสมบูรณ์แบบตามวงจร PA เพราะถ้ากรดไตรฟอสฟอริกขจัดน้ำออก แต่ไม่เพิ่มหน่วยอื่น H₃PO₄ จะกลายเป็นกรด tetraphosphoric จากนั้นมันจะต้องสร้างแหวน.

และนี่คือกรณีที่มีกรด polymetaphosphoric อื่น ๆ แม้ว่า IUPAC แนะนำให้เรียกพวกเขาว่าเป็นสารประกอบไซคลิกของ PA ที่เกี่ยวข้อง.

สรรพคุณ

สูตรโมเลกุล

H₃PO₄

น้ำหนักโมเลกุล

97,994 กรัม / โมล

ลักษณะทางกายภาพ

ในรูปแบบของแข็งแสดงผลึก orthorhombic, hygroscopic และโปร่งใส ภายใต้รูปของเหลวมันเป็นผลึกของการปรากฏตัวของน้ำเชื่อมหนืด.

ในเชิงพาณิชย์สามารถทำได้ในสารละลายที่มีความเข้มข้น 85% w / w ในการนำเสนอทั้งหมดไม่มีกลิ่น.

จุดเดือดและจุดหลอมเหลว

158º C (316º F ถึง 760 mmHg).

108º F (42.2º C).

การละลายในน้ำ

548 g / 100 g ของ H₂หรือที่20º C 369.4 g / 100 ml ที่ 0.5 ° C; 446 g / 100m ถึง14.95º C.

ความหนาแน่น

1,892 g / cm³ (แข็ง); 1,841 กรัม / ซม³ (โซลูชั่น 100%); 1,685 g / cm³ (สารละลาย 85%); 1,334 กรัม / ซม³ โซลูชัน 50%) ที่25ºC.

ความหนาแน่นของไอ

สัมพันธ์กับอากาศ 3,4 (อากาศ = 1).

จุดระเบิดอัตโนมัติ

มันไม่ติดไฟ.

ความเหนียว

3.86 mPoise (โซลูชัน 40% ที่20º C).

ความเปรี้ยว

pH: 1.5 (สารละลาย 0.1 N ในน้ำ)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 และ pKa3 = 12,319 ดังนั้นไฮโดรเจนและกรดของมันจึงเป็นตัวแรก.

การจำแนก

เมื่อถูกความร้อนจะปล่อยฟอสฟอรัสออกไซด์ หากอุณหภูมิสูงถึง 213 ° C หรือมากกว่านั้นจะกลายเป็นกรด pyrophosphoric (H₄P₂O₇).

กัดกร่อน

การกัดกร่อนต่อโลหะเหล็กและอลูมิเนียม เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะเหล่านี้ก๊าซเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมา.

พอลิเมอ

โพลิเมอร์ไรเซชั่นอย่างรุนแรงด้วยสารประกอบเอโซ, อิพอกไซด์และสารประกอบที่ปรับให้เป็นโพลิเมอร์ได้.

การใช้งาน

เกลือฟอสเฟตและการใช้งานทั่วไป

-กรดฟอสฟอริกทำหน้าที่เป็นฐานสำหรับการทำรายละเอียดของฟอสเฟตซึ่งใช้เป็นปุ๋ยเพราะฟอสฟอรัสเป็นสารอาหารหลักของพืช.

-มันถูกใช้ในการรักษาพิษตะกั่วและเงื่อนไขอื่น ๆ ที่จำเป็นต้องใช้ฟอสเฟตจำนวนมากและการผลิต acidosis เล็กน้อย.

-มันถูกใช้เพื่อควบคุมค่า pH ของทางเดินปัสสาวะของมิงค์และค่าใช้จ่ายเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของนิ่วในไต.

-กรดฟอสฟอริกมีแหล่งกำเนิดของเกลือ₂HPO₄ และ NaH₂PO₄ ซึ่งประกอบด้วยระบบบัฟเฟอร์สำหรับ pH ที่มี pKa เท่ากับ 6.8 ระบบการควบคุมค่าความเป็นกรด - ด่างนี้มีอยู่ในมนุษย์ซึ่งมีความสำคัญในการควบคุมค่า pH ของเซลล์เช่นเดียวกับในการจัดการความเข้มข้นของไฮโดรเจนในหลอดปลายและท่อเก็บสะสมของ nephron.

-มันถูกใช้ในการกำจัดชั้นราของเหล็กออกไซด์ที่สะสมอยู่บนโลหะนี้ กรดฟอสฟอริกเป็นเหล็กฟอสเฟตที่สามารถหลุดออกจากพื้นผิวโลหะได้ง่าย มันยังใช้ในการขัดไฟฟ้าของอลูมิเนียมและเป็นตัวแทนที่มีผลผูกพันของผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟเช่นอลูมินาและแมกนีเซีย.

ด้านอุตสาหกรรม

-กรดฟอสฟอริกเป็นสารเร่งปฏิกิริยาในการผลิตไนล่อนและน้ำมันเบนซิน มันถูกใช้เป็นตัวแทน dehydrating ใน lithographic แกะสลักในการผลิตสีย้อมสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอกระบวนการแข็งตัวของน้ำยางในอุตสาหกรรมยางและในการทำให้บริสุทธิ์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์.

-กรดนี้ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งในน้ำอัดลม เจือจางถูกนำไปใช้ในกระบวนการกลั่นน้ำตาล นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นระบบบัฟเฟอร์ในการเตรียมแฮมเจลาตินและยาปฏิชีวนะ.

-เกี่ยวข้องกับการพัฒนาผงซักฟอกในการเร่งปฏิกิริยากรดของการผลิตอะเซทิลีน.

-มันถูกใช้เป็น acidulant ในอาหารที่สมดุลสำหรับอุตสาหกรรมปศุสัตว์และสัตว์เลี้ยง อุตสาหกรรมยาใช้ในการผลิตยาต่อต้านยาเสพติด นอกจากนี้ยังใช้เป็นส่วนผสมในการทำแอสฟัลต์เพื่อปูพื้นและซ่อมแซมรอยแตก.

-กรดฟอสฟอริกทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาไฮเดรชั่นของอัลคีนเพื่อผลิตแอลกอฮอล์ส่วนใหญ่เป็นเอทานอล นอกจากนี้ยังใช้ในการหาปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ในดิน.

Stomatological

มันถูกใช้โดยทันตแพทย์ในการทำความสะอาดและปรับสภาพผิวฟันก่อนที่จะวางของรองรับฟัน นอกจากนี้ยังพบว่าใช้ในการฟอกสีฟันและในการกำจัดคราบฟัน นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตกาวสำหรับทำฟันเทียม.

เครื่องสำอาง

กรดฟอสฟอริกใช้ในการปรับค่า pH ในการเตรียมผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางและสำหรับการดูแลผิว มันถูกใช้เป็นสารเคมีออกซิไดซ์สำหรับการผลิตถ่านกัมมันต์.

การก่อตัวของกรดฟอสฟอริก

-กรดฟอสฟอริกเตรียมจากหินฟอสเฟตอะพาไทต์โดยการย่อยด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น:

Ca₃(PO₄)₂    +       3 ชม₂SW₄      +       6 ชม₂O => 2 ชั่วโมง₃PO₄     +       3 (CaSO)₄.2H₂O)

กรดฟอสฟอริกที่ได้จากปฏิกิริยานี้มีความบริสุทธิ์ต่ำจึงผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ซึ่งรวมถึงการตกตะกอนการสกัดด้วยตัวทำละลายการตกผลึกและเทคนิคการแลกเปลี่ยนไอออน.

-กรดฟอสฟอริกสามารถผลิตได้โดยการละลายฟอสฟอรัสฟอสฟอรัสในน้ำเดือด.

-นอกจากนี้ยังสามารถรับได้โดยการให้ความร้อนฟอสฟอรัสด้วยส่วนผสมของอากาศและไอน้ำ:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (L)

ความเสี่ยง

-เนื่องจากความดันไอของมันต่ำที่อุณหภูมิห้องจึงไม่น่าจะเป็นไปได้ที่ไอระเหยของมันจะสามารถหายใจได้เว้นแต่ว่าจะพ่นกรด ถ้าเป็นเช่นนั้นอาการของการสูดดม ได้แก่ : ไอ, เจ็บคอ, หายใจถี่และหายใจลำบาก.

-วรรณกรรมอ้างถึงกรณีของกะลาสีที่ได้รับไอระเหยของกรดฟอสฟอริกเป็นเวลานาน เขามีอาการอ่อนแอทั่วไปไอแห้งเจ็บหน้าอกและปัญหาระบบทางเดินหายใจ หลังจากสัมผัสเป็นเวลาหนึ่งปีพบว่ามีความผิดปกติของทางเดินหายใจปฏิกิริยา.

-การสัมผัสทางผิวหนังด้วยกรดฟอสฟอริกอาจทำให้เกิดผื่นแดง, ปวด, แผลพุพองและผิวหนังไหม้.

-การสัมผัสของกรดด้วยดวงตาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและระยะเวลาของการสัมผัสสามารถผลิตในสิ่งเหล่านี้แผลเนื้อเยื่อกัดกร่อนหรือการเผาไหม้อย่างรุนแรงด้วยความเสียหายตาถาวร.

-การกลืนกรดทำให้เกิดการเผาไหม้ในปากและลำคอทำให้รู้สึกแสบร้อนที่ปลายกระดูกหน้าอก, ปวดท้อง, อาเจียน, ตกใจและล้มลง.

การอ้างอิง

1. ราชสมาคมเคมี (2015) กรดฟอสฟอริก นำมาจาก: chemspider.com
2. ศูนย์ความปลอดภัยและอาชีวอนามัยของแคนาดา (1999) กรดฟอสฟอริก - ผลต่อสุขภาพ นำมาจาก: ccsso.ca
3. Acidos.Info (2018) กรดฟอสฟอริก "ความหลากหลายของการใช้สารเคมีนี้" นำมาจาก: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown และ James R. Lehr (1955) โครงสร้างของกรดฟอสฟอริกคริสตัล J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. วิกิพีเดีย (2018) กรดฟอสฟอริกและฟอสเฟต นำมาจาก: en.wikipedia.org
6. วิทยาศาสตร์คือความสนุกเรียนรู้เกี่ยวกับกรดฟอสฟอริก [PDF] นำมาจาก: scifun.chem.wisc.edu