Kyselina ortofosforečná. Vlastnosti a použití kyseliny ortofosforečné | Váš klenotník

Robert Boyle žil v 17. století. Tehdy kyselina fosforečnáSouvisí tato fakta spolu? Ano. Byl to Boyle, kdo objevil novou sloučeninu.

Irský chemik studoval fosfor jeho spalováním a rozpouštěním prášku, který zbyl po spalování, ve vodě. Takto byla objevena nová kyselina.

Často se jí jednoduše říká kyselina fosforečná. Jedná se však o obecný název pro několik sloučenin. Například HPO₃ – kyselina metafosforečná.

Existuje také kyselina pyrofosforečná se vzorcem H₄P₂O₇Jaké je chemické označení kyseliny ortofosforečné, zjistíme v první kapitole článku. Jak jistě chápete, je věnována konkrétně této ortofosforečné sloučenině.

Vlastnosti kyseliny fosforečné

Vzorec kyseliny fosforečné:-H₃PO₄. Předpona „ortho“ označuje, že kyselina je kyslíkatá a že obsahuje největší počet hydroxylových skupin.

Nejméně jich je v meta-sloučeninách. Průměrný počet je v para-kyselinách. Kyselina fosforečná má jak meta-, tak para-izomery.

Všimněte si, že všechny tři předpony se používají také v názvech organických kyselin, mezi které kyselina ortofosforečná nepatří.

V organické chemii je meta charakteristickým znakem pro substituenty strukturního kruhu, které jsou od sebe vzdáleny jeden atom.

V para-sloučeninách jsou substituenty maximálně vzdálené a v ortho-sloučeninách sousední. Ale tato informace je, takříkajíc, pro seznámení. Vraťme se k diskusi o hrdince článku.

Kyselina ortofosforečná je navenek kosočtverečný krystal. Je bezbarvá a taje při 42 stupních Celsia.

Vzhledem k dobré rozpustnosti této látky ve vodě se však chemici častěji zabývají hemihydrátem kyseliny. Jeho vzorec je: — H₃PO₄*0,5H₂O.

Pokud hemihydrát krystalizujete, získáte šestihranné hranoly. Můžete je vidět, když si vezmete roztok kyseliny fosforečné a jeho ochlazování.

Vytvoří se sraženina. Jedná se o hemihydrát. Jeho bod tání je o 13 stupňů nižší než bod tání čisté kyseliny.

Kyselina se mísí s vodou v jakémkoli poměru. Důvod spočívá v systému spojení s kapalinou.

Molekuly hrdinky článku se s ní ochotně spojují, zatímco se od sebe navzájem oddělují.

To znamená, že se sloučenina ve vodě rozpadá na masu jednotlivých fragmentů, které vytvářejí vodíkové vazby se strukturními prvky kapaliny.

Pokud vezmeme v úvahu struktura čisté kyseliny ortofosforečné, pak představuje makromolekulu. Jednotlivé molekuly v ní jsou vzájemně propojeny.

Vodíkové vazby jsou silné a spolehlivé. To ovlivňuje fyzikální vlastnosti.

Monolit špatně vede elektrický proud a není téměř schopen difúze, tedy pronikání do jiných látek.

Jestliže čistá kyselina fosforečná taví, kapalina se stává viskózní a olejovitou – molekuly sloučeniny se nechtějí od sebe oddělit.

V roztoku může být hrdinka článku elektrolytem střední síly. Vnitřní struktura molekul ortofosforové sloučeniny jí neumožňuje dosáhnout nejvyšší úrovně.

Délky vazeb mezi atomy v něm jsou atypické. Podle vzorce vzniká dvojná vazba mezi fosforem a kyslíkem.

Ale výpočtem délky vazby dostaneme 1,74, tedy číslo, které není násobkem 1,3. Délka jednoduché vazby mezi kyslíkem a vodíkem je naopak delší, než se očekávalo – 1 místo XNUMX.

Ukazuje se, že elektronová hustota vazby P=O je částečně rozdělena mezi ostatní vazby.

Absence výrazného rozdílu v délkách vazeb vede k nestandardní struktuře molekul. Jejich tvar se blíží tetraedrům, tj. je pyramidální.

Díky této struktuře reakce kyseliny ortofosforečné u většiny látek je to nemožné a postupuje pomalu.

Z chemického hlediska je hrdinka článku pasivní, nesrovnatelná s kyselinami sírovými a chlorovodíkovými, s výrazným rozdílem v délkách intramolekulárních vazeb.

Z možných chemických reakcí je pro ortofosforovou sloučeninu nejdůležitější interakce s dusičnanem stříbrným.

Vznikne žlutá sraženina. Ostatní kyseliny fosforečné mají bílou sraženinu, takže můžeme snadno odložit meta- a para-sloučeniny stranou a začít studovat proces výroby kyseliny ortofosforečné.

Výroba kyseliny fosforečné

Hrdinka článku se získává z fosfátů. Jsou to estery a soli kyselin fosforečných. Někdy se používá ortofosforečnan draselný se vzorcem K.₃PO₄.

Ale častěji přijímají kondenzované fosfáty. Mají více než jeden atom fosforu.

Fosfáty se zase extrahují z fosforitů. Jedná se o přírodní surovinu, nebo přesněji řečeno, skupinu minerálů.

Nejběžnější jsou ty, které se používají. Existují dva. Jedním je apatit a druhým je fosforit, po kterém je skupina kamenů pojmenována.

Příklad získání, kterým je hrdinka článku, budeme analyzovat na spojení fosforečnanu vápenatého a hydrogensíranu. Záznam reakce je následující: — Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ 3CaSO₄ + 2H₃PO₄.

Kromě fosfátů se používá také chlorid fosforečný. Nazývá se také chlorid kyseliny fosforečné.

K získání posledně jmenovaného stačí hydrolýza, to znamená interakce s vodou. Odpověď je: – PCL₅ + 4H₂O a H₃PO₄ + 5 HCl.

Oxid fosforečný je také nucen interagovat s vodou. Vyrábí se spalováním prvku 15 v přítomnosti kyslíku.

Interakcí oxidu s vodou vznikají dvě molekuly orto-kyseliny, což znamená, že tato reakce je nejziskovější a nemá žádné vedlejší produkty. Podívejme se na chemický zápis procesu: — P₂O₅ + 3H₂O až 2H₃PO₄.

Všimněte si, že oxid fosforu prudce reaguje s vodou. Aby se mírně „zkrotilo“ uvolňování tepla, bublání, surovina se ošetří koncentrovaným roztokem již získané kyseliny. Koncentrát se musí zahřát na 200 stupňů Celsia.

Aplikace kyseliny fosforečné

Odstranění kyseliny fosforečné z lidského života může způsobit kolaps. Tato sloučenina se používá v nejméně sedmi průmyslových odvětvích.

V potravinářském průmyslu se tato kyselina nazývá E338. Léčba kyselinou ortofosforečnou fixuje barvu výrobků, nedovoluje její změnu. To je z velké části způsobeno tím, že přísada zastavuje oxidační procesy.

E338 je antioxidant, na rozdíl od mnoha potravin, a je užitečný, stejně jako samotný fosfor. V těle je součástí fosfatáz.

Jsou to enzymy, bez kterých buňky nemohou normálně fungovat. Normální chuti bez E338 také není vždy dosaženo.

Přísada dodává pokrmům příjemnou kyselost nebo pikantnost. Konkrétní chuť závisí na množství kyseliny ve výrobku a její koncentraci.

A teď si vzpomeňme na kořeněná a kyselá jídla. Na prvním místě je snad soda. Na internetu kolují hororové historky o hřebíku, který dokáže rozleptat Coca-Colu, pokud v něm leží týden.

Hororový příběh nepochází z říše fantazie. Žaludeční šťáva však dokáže totéž a rychleji.

Kyselost stejné Coca-Coly je 2,8 a norma pro extrakt v žaludku je 1,3. Čím nižší číslo, tím je šťáva korozivnější.

Kyselina fosforečná s kovy reaguje jako většina kyselin.

Proto může tato směs po dlouhou dobu rozpustit nehet a proto se používá v čisticích směsích.

To se týká produktů pro odstraňování rzi a leštění kovových povrchů.

Kyselina fosforečná na rez Nejčastěji se používá v každodenním životě, při restaurování předmětů.

Zároveň se činidlo používá i ve velkovýrobě. Metalurgové vyrábějí tavidla na bázi orthofosforové sloučeniny.

Usnadňují oddělení hlušiny od rudy a snižují teplotu tání. Proto jsou při pájení zapotřebí tavidla.

nachází se kyselina fosforečná и v lékárněLátka je součástí léků na urolitiázu.

Hrdinku článku navíc využívají zubaři. Potřebují činidlo k leptání skloviny před plněním a také k ošetření vnitřku korunek.

Kyselina částečně rozpouští kovový základ protézy. Objevují se v něm póry, do kterých vstupuje upevňovací cement. Díky tomu je spojení mezi korunkou a zubem co nejpevnější.

Kyselina ortofosforečná je součástí freonů a ty, jak víte, jsou základem mrazicích jednotek.

Hrdinka článku je také základem mnoha kosmetických produktů. V nich kyselina stabilizuje chemické vazby mezi jednotlivými prvky.

Sloučenina plní podobnou funkci v domácích pracích prostředcích.

Přidejme k tomu kyselinu ortofosforečnou v hydraulických kapalinách pro letadla, v hnojivech, a dokonce i v molekulárním výzkumu biologů.

Ty používají činidlo k zesvětlení řezů tkáně pro vyšetření pod mikroskopem.

Za zmínku také stojí, že fosfor svítí ve tmě, což znamená, že kyselina ortofosforečná dokáže rozjasnit i šedivý každodenní život. Kolik za to budete muset zaplatit? Odpověď najdete v závěrečné kapitole.

Cena kyseliny fosforečné

Koupit kyselinu fosforečnouse zpravidla nabízí v roztoku. Hlavní koncentrace je 85 %. Nalévá se do kanystrů o objemu 25,30, 32, 40, XNUMX litrů.

Cena je stanovena za kilogram. V průměru se pohybuje kolem 80–110 rublů. Maximální cena dosahuje 150 rublů za litr. Minimální poptávka prodejců je 43 rublů.

Stojí za zvážení, že cena závisí na GOST. Kyselina ortofosforečná 6552-80 čistý, vhodný pro potravinářský průmysl, činidla, kosmetický průmysl.

Existuje však také technická kapalina. Je nažloutlá, což naznačuje přítomnost kontaminace. GOST technická kyselina – 10678-76.

Kyselina ortofosforečná se v maloobchodě prodává v malých tubách. 50 mililitrů na pájení tedy stojí asi 100 rublů.

Zbytek produktů obsahuje mnoho dalších prvků. V zemědělských hnojivech se například kromě kyseliny ortofosforečné vyskytuje komplex dalších minerálních látek.

Cena proto závisí na jejich množství a povaze. Do hry vstupují přirážky populárních výrobců.

Objektivní náklady na sloučeninu ortofosforu se proto posuzují pouze podle reklam na velkoobchodní nákupy koncentrovaného roztoku činidla.

Kyselina fosforečná je žíravá anorganická kyselina s chemickým vzorcem H₃PO₄Je to slabá kyselina dostupná v různém množství, čistotě a reagenčním stupni.

Ve své čisté formě je kyselina fosforečná bezbarvá pevná látka. V méně koncentrované formě je to viskózní kapalina bez zápachu s hustotou 1,885 g/ml. Obecně je netěkavá a netoxická, ale i 85% roztok může způsobit poškození očí a silné podráždění kůže.

Nomenklatura IUPAC pro tuto sloučeninu je kyselina ortofosforečná. Ortho je řecký termín, který znamená „pravý“, takže předpona „ortho“ označuje pravou formu kyseliny fosforečné, kterou je H.₃PO₄.

Pojďme se hlouběji podívat na to, jak se kyselina fosforečná tvoří, jak vypadá na molekulární úrovni, jaké má fyzikální a chemické vlastnosti a kde se používá.

Profil kyseliny fosforečné

Molární hmotnost: 97,994 g/mol
Vzhled: hustá, bezbarvá kapalina.

Bod varu: 212 °C
Bod tání: 42,35 °C (krystalická pevná látka)

Dynamická viskozita: od 2,4 do 9,4 centipoise (85% vodný roztok).
Hustota: 1,83 g/cm3 (pevná látka); 1,68 g/cm3 (85% vodný roztok při 25 °C)

Struktura

H-připojení₃PO₄ má celkem 32 valenčních elektronů. Protože fosfor je nejméně elektronegativní, je umístěn ve středu. Atomy vodíku se vážou na vnější stranu atomů kyslíku a tvoří OH skupiny.

V této struktuře má každý atom kompletní vnější obal: atomy fosforu a kyslíku mají osm valenčních elektronů a atomy vodíku mají kolem sebe dva valenční elektrony.

Fosfor může mít rozšířený oktet (více než osm valenčních elektronů), takže získá formální náboj +1, zatímco kyslík (ten, který není připojen k atomu vodíku) získá formální náboj -1. Vytvořením dvojné vazby fosfor a kyslík ztrácejí své náboje.

Ve struktuře je stále 32 valenčních elektronů a každý atom má formální náboj nula. Toto je tedy nejpravděpodobnější Lewisova struktura pro H.₃PO₄.

Sloučenina obsahuje 3 jednoduché vazby OH, 3 jednoduché vazby PO a 1 dvojnou vazbu P=O. Každá jednoduchá vazba je sigma vazba a dvojná vazba se skládá ze sigma vazby a pí vazby.

Molekulární geometrie PO(OH)₃ je tetraedrická a krystalová struktura je monoklinická. A protože rozložení nábojů na centrálních atomech je asymetrické, molekula se považuje za polární.

Nedávné pokroky v nanotechnologiích, včetně technik absorpce rentgenového záření blízko okraje spektra a rozptylu rentgenového záření pod vysokým úhlem, umožnily vědcům přesně určit strukturu kyseliny fosforečné. Vzdálenost vazby P=O ve struktuře se blíží 152 pikometrům a vzdálenosti P=OO byly zpřesněny na 309 pikometrů s úhlem vazby blízkým tetraedrickému.

Jak se vyrábí?

Kyselinu fosforečnou lze syntetizovat buď mokrým procesem, nebo tepelným procesem.

Ten druhý využívá jako suroviny vzduch, vodu a elementární fosfor. Zahrnuje tři důležité fáze: spalování, zvlhčování a zamlžování. Funguje to takto:

Nejprve se kapalný elementární fosfor spaluje ve spalovací komoře při vysokých teplotách v rozmezí od 1650 do 2760 °C. Tato oxidační reakce probíhá v okolním vzduchu a vzniká oxid fosforečný.

Produkt se poté hydratuje vodou za vzniku silné kyseliny fosforečné (v kapalném stavu).

V konečné fázi se k odstranění mlhy kyseliny fosforečné z proudu spalin používají vysokotlaké odlučovače mlhy.

Koncentrace kyseliny fosforečné syntetizované v tomto procesu se obvykle pohybuje mezi 75 a 85 procenty. Takové úrovně koncentrace jsou nezbytné pro výrobu vysoce kvalitních chemických produktů. Několik efektivních závodů získává extrémně koncentrovanou kyselinu fosforečnou (až 99,9 procenta) pomocí stejného tepelného procesu.

Téměř 80 % kyseliny fosforečné se však vyrábí mokrým procesem. Při této metodě se kyselina sírová zpracovává přírodním minerálem obsahujícím fosfát, jako je hydroxyapatit.

Minerál se suší, drtí a poté se spolu s kyselinou sírovou přivádí do reaktoru. V důsledku reakce se síran slučuje s vápníkem (z minerálu) za vzniku síranu vápenatého (sádrovce).

Poté se přidá upravená voda a sádrovec se spolu s dalšími nerozpustnými nečistotami odstraní přes filtr. Kyselina fosforečná získaná tímto mokrým procesem obsahuje 25–30 % oxidu fosforečného.

Tato kyselina se obvykle dále zahušťuje, aby splňovala požadavky na výrobu hnojiv. Ve většině případů se kyselina fosforečná zahušťuje na 40–55 % oxidu fosforečného za použití dvou/tří vakuových odpařovačů.

Vlastnosti

Čistá kyselina fosforečná se v laboratoři jeví jako hustá, bezbarvá, beztvará krystalická pevná látka, která taje při 42,35 °C. Její fyzikální vlastnosti závisí na čistotě, koncentraci kyseliny a teplotě, při které ji pozorujete.

Kyselina fosforečná je méně agresivní a méně nebezpečná než kyselina dusičná a sírová. Je to nehořlavá látka v kapalném i pevném stavu.

Když je kyselina vystavena teplu a poté ochlazena na pokojovou teplotu, vytvoří průhledné, křehké sklo. Po tomto vystavení teplu zůstává složení kyseliny stejné.

Kyselina fosforečná je obvykle dostupná jako bezbarvý sirup s koncentrací 85 procent ve vodě a hustotou 1,885 gramu na mililitr.

Ve vodném roztoku se kyselina fosforečná chová jako triprotonová kyselina, která má tři ionizovatelné atomy vodíku. Sloučenina může tyto atomy ztratit jako protony (ionty H+).

• Po odstranění jednoho protonu vznikne dihydrogenfosfátový iont H. ₂ PO ₄ –
• Když se oddělí dva protony, výsledkem je hydrogenfosfátový iont, HPO ₄ 2-
• Odstraněním všech tří protonů vzniká ortofosfátový iont PO ₄ 3−.

Kyselina je rozpustná ve vodě i v ethanolu. Většina jejích solí je však ve vodě nerozpustná, pokud není přítomna silná minerální kyselina.

Aplikace

Kyselina fosforečná má několik důležitých využití. Její soli, jako jsou fosforečnany amonné a vápenaté, se široce používají jako hnojiva. Kyselina se používá k výrobě elektrolytů, odstraňovačů rzi, modifikátorů pH, leptadel, čisticích prostředků pro domácnost a dezinfekčních prostředků.

Protože je tato látka netoxická a mírně kyselá, používá se také v nápojích, potravinářských aromatech, kosmetice, zubní péči a produktech péče o pleť. Pojďme se blíže podívat na výhody kyseliny fosforečné.

V méně koncentrované formě se používá k výrobě různých druhů bezpečných fosforových hnojiv, která pomáhají rostlinám růst. Ve skutečnosti se téměř 90 % syntetizované kyseliny fosforečné používá jako hnojivo.

Mnoho nealkoholických nápojů, včetně Coca-Coly, obsahuje kyselinu fosforečnou. Ta dodává nápoji mírně kyselou chuť. I když je její koncentrace poměrně nízká, extrémní konzumace takových nápojů může způsobit zubní erozi a dokonce vést k tvorbě ledvinových kamenů.

Kyselina fosforečná jako elektrolyt má výhodné vlastnosti, jako je dobrá iontová vodivost, nízká těkavost, stabilita při relativně vysokých teplotách a odolnost vůči oxidu uhličitému a oxidu uhelnatému.

Vzhledem k tomu, že čistá kyselina fosforečná má vysokou protonovou vodivost a vynikající tepelnou stabilitu, je mezi membránami na bázi PBI nejslibnější polybenzimidazol (PBI) dopovaný kyselinou fosforečnou, který dokáže dosáhnout dobrého výkonu palivových článků i při nízké vlhkosti a teplotě 200 °C.

Specifické použití kyseliny fosforečné:

• Trifosforečnan sodný se používá v mýdlech a detergentech.
• Dikalciumfosfát se používá v zubních pastách jako lešticí prostředek.
• Fosfátový povlak se nanáší na ocelové díly, aby se zajistila ochrana proti korozi a mazání.
• Používá se k regulaci pH kosmetických přípravků a produktů osobní péče.
• Ve stavebnictví se používá k odstraňování minerálních usazenin a skvrn od tvrdé vody.

světový trh

Mnoho rozvojových zemí se začalo zaměřovat na zvyšování těžby a produkce fosfátů. Některé vlády již navázaly partnerství s různými dodavateli po celém světě s cílem zřídit závody na těžbu nerostných surovin pro výrobu kyseliny fosforečné.
V roce 2019 byla hodnota globálního trhu s kyselinou fosforečnou oceněna na 45,85 miliard dolarů. Očekává se, že do roku 2027 dosáhne více než 61 miliard dolarů, což představuje složenou roční míru růstu 3,7 %.

Trh je segmentován do Asie a Tichomoří, Evropy, Severní Ameriky, Latinské Ameriky a Blízkého východu a Afriky. Očekává se, že region Asie a Tichomoří bude v blízké budoucnosti dominovat globálnímu trhu. Růst trhu s kyselinou fosforečnou v těchto regionech bude dále podpořen rozvinutým zemědělským sektorem Indie a Číny.