PHOSPHORIC ACID (H3PO4): ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, GINAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang phosphoric acid ay isang oxoacid ng posporus na mayroong formula ng kemikal H ₃ PO ₄ . Ito ay binubuo ng isang mineral acid kung saan ang tatlong acidic proton ay nakasalalay sa phosphate anion (PO ₄ ^3- ). Bagaman hindi ito itinuturing na isang malakas na acid, ang hindi tamang paggamit ay maaaring magpakita ng panganib sa kalusugan.

Maaari itong matagpuan sa dalawang estado: bilang isang solid sa anyo ng makapal na mga orthorhombic crystals, o isang kristal na likido na may hitsura ng syrupy. Ang pinakakaraniwang komersyal na pagtatanghal na ito ay may konsentrasyon ng 85% w / w at isang density ng 1.685 g / cm ³ . Ang density na ito ay nagmula sa kamay ng konsentrasyon.

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng isang solong molekula ng phosphoric acid. Ni Leyo, mula sa Wikimedia Commons

Ang tatlong pangkat ng OH ay may pananagutan sa pagbibigay ng acidic hydrogens. Dahil sa pagkakaroon ng mga ito sa istraktura nito, maaari itong gumanti sa iba't ibang mga hydroxides, na nagmula sa iba't ibang mga asing-gamot.

Sa kaso ng sodium hydroxide, maaari itong bumubuo ng tatlo: monobasic sodium phosphate (NaH ₂ PO ₄ ), dibasic sodium phosphate (Na ₂ HPO ₄ ), at tribasic sodium phosphate (Na ₃ PO ₄ ).

Gayunpaman, depende sa kung aling base ang ginagamit para sa neutralisasyon nito, o kung aling mga cations ay napakalapit dito, maaari itong mabuo ang iba pang mga asing-gamot sa pospeyt. Kabilang sa mga ito ay: calcium phosphate (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), lithium phosphate (Li ₃ PO ₄ ), ferric phosphate (FePO ₄ ), at iba pa. Ang bawat isa na may iba't ibang mga degree ng protonation ng phosphate anion.

Sa kabilang banda, ang phosphoric acid ay maaaring "sunud-sunod" na divalent cations tulad ng Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ at Mg ²⁺ . Sa nakataas na temperatura maaari itong gumanti sa sarili nito sa pagkawala ng isang molekulang H ₂ O, na bumubuo ng mga dimer, trimer at polymers ng mga phosphoric acid.

Ang ganitong uri ng reaksyon ay ginagawang ang tambalang ito na may kakayahang magtatag ng isang malaking bilang ng mga istruktura na may mga kalansay ng posporiko at oxygen, mula sa kung saan maaari ring makuha ang isang malawak na hanay ng mga asing na kilala bilang polyphosphates.

Tungkol sa pagkatuklas nito, na-synthesize ito noong 1694 ni Robert Boyle, natunaw ang P ₂ O ₅ (phosphorous pentoxide) sa tubig. Ito ay isa sa mga pinaka kapaki-pakinabang na mga acid acid, ang pagpapaandar nito bilang isang pataba ang pinakamahalaga. Ang posporus, kasama ang potasa at nitrogen, ay ang tatlong pangunahing nutrisyon ng halaman.

Istraktura ng kemikal

Sa pamamagitan ng Walang ibinigay na may-akda na nababasa ng makina. Ipinagpapalagay ni H Padleckas (batay sa mga paghahabol sa copyright). , sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Ang Phosphoric acid ay binubuo ng isang P = O bond at tatlong P-OH, kung saan ang huli ay ang mga carrier ng acidic hydrogens na pinakawalan sa isang medium na paglusaw. Gamit ang atom ng posporus sa gitna, ang mga oxygengens ay gumuhit ng isang uri ng molekular tetrahedron.

Sa ganitong paraan, ang acid na phosphoric ay maaaring ma-visualize bilang isang tetrahedron. Mula sa pananaw na ito, sinabi ng tetrahedra (sa pamamagitan ng H ₃ PO _{4 na} yunit ) ay nakikipag-ugnay sa bawat isa sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen; iyon ay, ang kanilang mga vertice ay malapit na tinatayang.

Ang mga intermolecular na pakikipag-ugnay na ito ay nagpapahintulot sa posporiko acid na maging kristal sa dalawang solido: ang anhydrous one at ang hemihydrate (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), kapwa may mga monoclinic crystal system. Ang anhydrous form nito ay maaari ding inilarawan kasama ang formula: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , na katumbas ng isang tri-hydrated phosphorous pentoxide.

Ang mga Tetrahedron ay maaaring maging naka-link na covalently, ngunit para sa isa sa kanilang mga yunit ay dapat alisin ang isang molekula ng tubig sa pamamagitan ng pag-aalis ng tubig. Nangyayari ito kapag ang H ₃ PO ₄ ay napapailalim sa pag-init, at dahil dito ay bumubuo ng pagbuo ng mga polyphosphoric acid (PA).

Diphosphoric acid (H

Ang pinakasimpleng lahat ng mga PA ay diphosphoric acid (H ₄ P ₂ O ₇ ), na kilala rin bilang pyrophosphoric acid. Ang equation ng kemikal ng pagbuo nito ay ang mga sumusunod:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Ang balanse ay nakasalalay sa dami ng tubig at temperatura. Ano ang istraktura nito? Sa imahe sa seksyon, ang mga istruktura ng orthophosphoric acid at pyrophosphoric acid ay inilalarawan sa itaas na kaliwang sulok.

Dalawang yunit ang covalently sumali kapag ang isang molekula ng tubig ay tinanggal, na bumubuo ng tulay na P - O-P oxygen sa pagitan nila. Ngayon hindi sila tatlong acidic hydrogens, ngunit apat (apat na pangkat -OH). Dahil dito, ang H ₄ P ₂ O ₇ ay mayroong apat na ionization constants k _a .

Mga polyphosphoric acid

Ang pag-aalis ng tubig ay maaaring magpatuloy sa pyrophosphoric acid kung magpapatuloy ang pag-init. Bakit? Sapagkat sa bawat dulo ng molekula nito ay mayroong isang pangkat na OH na maaaring mapawi tulad ng isang molekula ng tubig, sa gayon ay nagtataguyod ng kasunod na paglaki ng P - O - P - O - P balangkas …

Ang mga halimbawa ng mga acid na ito ay ang tripolyphosphoric at tetrapolyphosphoric acid (parehong isinalarawan sa imahe). Mapapansin kung paano ang p - O - P gulugod ay pinahaba sa isang uri ng chain na binubuo ng tetrahedra.

Ang mga compound na ito ay maaaring kinakatawan ng formula HO (PO ₂ OH) _x H, kung saan ang HO ay ang kaliwang dulo na maaaring maubos. Ang PO ₂ OH ay ang backbone ng posporus na may mga P = O at OH bond; at x ang mga yunit ng phosphoric acid o mga molekula na kinakailangan upang makakuha ng nasabing kadena.

Kapag ang mga compound na ito ay ganap na neutralisado sa isang base, nilikha ang tinatawag na polyphosphates. Depende sa kung aling mga kation ang pumapalibot sa kanila, bumubuo sila ng isang malawak na iba't ibang mga polyphosphate salts.

Sa kabilang banda, kung gumanti sila sa mga alkohol ng ROH, ang mga hydrogens sa kanilang mga gulugod ay pinalitan ng mga substituents ng R-alkyl. Kaya, ang mga phosphate esters (o polyphosphates) ay lumitaw: RO (PO ₂ O) _x R. Sapat na kapalit ang H para sa R ​​sa lahat ng mga istruktura ng imahe ng seksyon upang makuha ang mga ito.

Cyclic polyphosphoric acid

Ang P-O - P chain ay maaaring kahit na isara sa isang singsing na posporiko o ikot. Ang pinakasimpleng ng ganitong uri ng tambalan ay trimetaphosphoric acid (kanang itaas na sulok ng imahe). Kaya, ang mga AP ay maaaring maging linear, paikot; o kung ang kanilang mga istraktura ay nagpapakita ng parehong uri, branched.

Pangngalan

Pinagmulan: commons.wikimedia.org

Ang nomenclature ng phosphoric acid ay idinidikta ng IUPAC at kung paano pinangalanan ang ternary salts ng mga oxo acid.

Dahil sa H ₃ PO ₄ ang P atom ay may valence +5, ang pinakamataas na halaga, ang acid nito ay itinalaga ang suffix -ico sa prefix phosphor-.

Ortho

Gayunpaman, ang acid na phosphoric ay karaniwang tinatawag na orthophosphoric acid. Bakit? Sapagkat ang salitang 'ortho' ay Greek at nangangahulugang 'totoo'; na isasalin sa "totoong anyo" o "mas hydrated" nito.

Kapag ang phosphoric anhydrous ay hydrated na may labis na tubig (P ₄ O ₁₀ , ang posporong "cap" sa itaas na imahe), H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ) ay ginawa. Kaya, ang prefix ortho ay itinalaga sa mga acid na nabuo na may maraming tubig.

Pyro

Ang prefix pyro ay tumutukoy sa anumang tambalan na nagmula pagkatapos ng aplikasyon ng init, dahil ang diphosphoric acid ay lumabas mula sa thermal dehydration ng phosphoric acid. Samakatuwid ay tinatawag itong pyrophosphoric acid (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Layunin

Ang prefix meta, na isa ring salitang Greek, ay nangangahulugang 'pagkatapos'. Ito ay idinagdag sa mga sangkap na ang formula ay tinanggal ng isang molekula, sa kasong ito, ng tubig:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Tandaan na sa oras na ito ang pagdaragdag ng dalawang mga yunit ng posporiko ay hindi nangyayari upang mabuo ang diphosphoric acid, ngunit sa halip ang metaphosphoric acid ay nakuha (kung saan walang katibayan ng pagkakaroon nito).

Mahalaga rin na tandaan na ang acid na ito ay maaaring inilarawan bilang H ₂ O · P ₂ O ₅ (katulad ng hemidrate, pagpaparami ng HPO ₃ ng 2). Ang prefix ng meta ay perpektong naaayon sa mga paikot na PA, dahil kung ang dehydrates ng triphosphoric acid, ngunit hindi nagdaragdag ng isa pang H ₃ PO _{4 na yunit} upang maging tetraphosphoric acid, kung gayon dapat itong bumuo ng isang singsing.

At ito ay pareho sa iba pang mga polymetaphosphoric acid, bagaman inirerekomenda ng IUPAC na tawagan silang mga cyclic compound ng kaukulang mga PA.

Ari-arian

Formula ng molekular

H ₃ PO ₄

Ang bigat ng molekular

97.994 g / mol

Pisikal na hitsura

Sa solidong form nito ay nagtatanghal ng orthorhombic, hygroscopic at transparent crystals. Sa likidong form ito ay mala-kristal na may hitsura ng isang malapot na syrup.

Magagamit ito sa komersyo sa may tubig na solusyon na may konsentrasyon ng 85% w / w. Sa lahat ng mga pagtatanghal na ito ay walang amoy.

Mga punto ng boiling at natutunaw

158 ° C (316 ° F sa 760 mmHg).

108 ° F (42.2 ° C).

Pagkakatunaw ng tubig

548 g / 100 g ng H ₂ O sa 20 ° C; 369.4 g / 100 ml sa 0.5 ° C; 446 g / 100m sa 14.95º C.

Density

1.892 g / cm ³ (solid); 1.841 g / cm ³ (100% na solusyon); 1.685 g / cm ³ (85% na solusyon); 1.334 g / cm ³ 50% na solusyon) sa 25 ° C.

Density ng singaw

Kakaugnay sa hangin 3,4 (hangin = 1).

Auto ignition

Hindi ito nasusunog.

Kalapitan

3.86 mPoise (40% na solusyon sa 20 ° C).

Acidity

pH: 1.5 (0.1 N na solusyon sa tubig)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7.198 at pKa3 = 12.319. Samakatuwid, ang iyong pinaka acidic hydrogen ay una.

Agnas

Kapag pinainit, naglalabas ito ng mga phosphorous oxides. Kung tumataas ang temperatura sa 213º C o higit pa, nagiging pyrophosphoric acid (H ₄ P ₂ O ₇ ).

Pagkabulok

Makinis sa ferrous metal at aluminyo. Ang reacting sa mga metal na ito ay nagbibigay ng pagtaas sa hydrogen fuel gas.

Polymerization

Marubdob ang polimerize sa mga posibleng compound, epoxides at polymerizable compound.

Aplikasyon

Ang mga asing-gamot na Phosphate at pangkalahatang gamit

AngPhosphoric acid ay nagsisilbing batayan sa paggawa ng mga pospeyt, na ginagamit bilang mga abono sapagkat ang posporus ay isang pangunahing nutrisyon sa mga halaman.

-Ginagamit ito sa paggamot ng pagkalason ng tingga at iba pang mga kondisyon kung saan kinakailangan ang mga makabuluhang halaga ng pospeyt at ang paggawa ng banayad na acidosis.

Ito ay ginagamit upang makontrol ang pH ng urinary tract ng mga mink at gastos upang maiwasan ang pagbuo ng mga bato sa bato.

-Phosphoric acid ay nagbibigay ng pagtaas sa Na ₂ HPO ₄ at NaH ₂ PO ₄ salts na bumubuo ng isang pH buffer system na may pKa na 6.8. Ang sistemang regulasyon ng pH na ito ay naroroon sa tao, na mahalaga sa regulasyon ng intracellular pH, pati na rin sa pamamahala ng konsentrasyon ng hydrogen sa distal at pagkolekta ng mga tubule ng mga nephrons.

Ito ay ginagamit sa pag-aalis ng amag na layer ng iron oxide na naipon sa metal na ito. Ang Phosphoric acid ay bumubuo ng iron pospeyt na madaling alisin sa ibabaw ng metal. Ginagamit din ito sa de-koryenteng buli ng aluminyo at isang nagbubuklod na ahente para sa mga produktong may repraktoryal tulad ng alumina at magnesia.

Pang-industriya

-Phosphoric acid ay ginagamit bilang isang catalytic agent sa paggawa ng Nylon at gasolina. Ginagamit ito bilang isang dehydrating agent sa pag-ukit ng lithographic, sa paggawa ng mga tina para magamit sa industriya ng tela, sa proseso ng coagulation ng latex sa industriya ng goma at sa paglilinis ng hydrogen peroxide.

-Acid ay ginagamit bilang isang additive sa mga malambot na inumin, kaya nag-aambag sa lasa nito. Ang diluted ay inilalapat sa proseso ng pagpipino ng asukal. Gumaganap din ito bilang isang sistema ng buffer sa paghahanda ng ham, gelatin at antibiotics.

-Nakilahok ito sa pagpaliwanag ng mga detergents, sa acid catalysis ng produksiyon ng acetylene.

-Ako ay ginagamit bilang isang acidulant sa balanseng pagkain para sa industriya ng hayop at mga alagang hayop. Ginamit ito ng industriya ng parmasyutiko sa paggawa ng mga gamot na antiemetic. Ginagamit din ito sa isang halo upang makagawa ng aspalto upang mapadpad ang lupa at ayusin ang mga basag.

-Phosphoric acid ay gumaganap bilang isang katalista sa reaksyon ng hydration ng alkena upang makagawa ng alkohol, pangunahin ang ethanol. Bilang karagdagan, ginagamit ito sa pagpapasiya ng organikong carbon sa mga lupa.

Dental

Ginagamit ito ng mga dentista upang linisin at kundisyon ang ibabaw ng ngipin bago ilalagay ang mga bracket ng ngipin. Natagpuan din nito ang paggamit sa pagpaputi ng ngipin at pagtanggal ng mga plato ng ngipin. Bilang karagdagan, ginagamit ito sa paggawa ng mga adhesives para sa mga ngipin na prostheses.

Mga kosmetiko

Ginagamit ang Phosphoric acid upang ayusin ang pH sa mga produktong kosmetiko at pangangalaga sa balat. Ginagamit ito bilang isang ahente ng oxidizing ng kemikal para sa paggawa ng activated carbon.

Pagbubuo ng phosphoric acid

-Phosphoric acid ay inihanda mula sa mga batong pospeyt ng uri ng apatite, sa pamamagitan ng panunaw na may puro sulpuriko acid:

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

Ang posporong acid na nakuha sa reaksyon na ito ay may mababang kadalisayan, na kung bakit ito ay sumailalim sa isang proseso ng paglilinis na kasama ang pag-ulan, pagkuha ng solvent, crystallization at mga pamamaraan ng pagpapalit ng ion.

-Phosphoric acid ay maaaring magawa sa pamamagitan ng pagtunaw ng posporus na pentoxide sa tubig na kumukulo.

Maaari rin itong makuha sa pamamagitan ng pag-init ng posporus na may halo ng hangin at singaw ng tubig:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (s)

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

Mga panganib

-Dahil ang presyon ng singaw nito ay mababa sa temperatura ng silid, ang mga singaw ay hindi malamang na mai-inhaled maliban kung ang spray ay spray. Kung gayon, ang mga sintomas ng paglanghap ay kinabibilangan ng: ubo, namamagang lalamunan, igsi ng paghinga, at paghinga sa paghinga.

-Sa panitikan ang kaso ng isang mandaragat na nakalantad sa fantiko ng asukal sa mahabang panahon ay binanggit. Nagdusa siya sa pangkalahatang kahinaan, isang tuyong ubo, sakit sa dibdib, at mga problema sa paghinga. Sa loob ng isang taon ng pagkakalantad, ang reaktibo na daanan ng daanan ng daanan ay sinusunod.

-Skin pakikipag-ugnay sa posporiko acid ay maaaring maging sanhi ng pamumula, sakit, blisters at burn ng balat.

-Ang pakikipag-ugnay sa acid na may mga mata, depende sa konsentrasyon nito at ang tagal ng pakikipag-ugnay, ay maaaring makabuo sa kanila, mga kinakain na pinsala sa tisyu o malubhang pagkasunog na may permanenteng pinsala sa mata.

-Ang pagsindi ng acid ay nagdudulot ng pagkasunog sa bibig at lalamunan, nasusunog na pandamdam na lampas sa suso, sakit sa tiyan, pagsusuka, pagkabigla at pagbagsak.

Mga Sanggunian

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Phosphoric acid. Kinuha mula sa: chemspider.com
2. Canada Center para sa Kaligtasan at Kalusugan ng Trabaho. (1999). Phosphoric Acid - Mga Epekto sa Kalusugan. Kinuha mula sa: ccsso.ca
3. Mga Acid.Info. (2018). Phosphoric Acid »Iba-iba Ng Mga Gamit ng Chemical Compound na ito. Kinuha mula sa: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown, at James R. Lehr. (1955). Istraktura ng Crystalline Phosphoric Acid. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Phosphoric acid at pospeyt. Kinuha mula sa: en.wikipedia.org
6. Masaya ang Science.Alamin ang Tungkol sa Phosphoric Acid. . Kinuha mula sa: scifun.chem.wisc.edu