חומצה זרחתית (H3PO4) מבנה, נומנקלטורה, תכונות, שימושים

ה חומצה זרחתית  היא חומצת אוקסו של זרחן שיש לו נוסחה כימית₃PO₄. הוא מורכב מחומצה מינרלית שבה שלושה פרוטונים חומציים קשורים לאניון הפוספט (PO₄^3-). למרות שזה לא נחשב חומצה חזקה, השימוש הלא נכון שלה יכול להוות סיכון לבריאות.

זה ניתן למצוא בשתי מדינות: כמו מוצק בצורה של גבישים עבים אורתורומבים, או נוזל גבישי של מראה סירופי. המצגת המסחרית הרגילה ביותר שלה יש ריכוז של 85% w / w וצפיפות של 1.685 גרם / ס"מ³. צפיפות זו באה מיד הריכוז.

שלוש קבוצות OH אחראיות לתרומת המימן החומצי. בשל נוכחותם במבנה שלה, זה יכול להגיב עם hydroxides שונים גורם מלחים שונים.

במקרה של נתרן hydroxide, זה יכול ליצור שלושה: סודיום monobasic פוספט (NaH)₂PO₄), סודיום dibasic פוספט (Na₂HPO₄) ו פוספט נתרן tribasic (Na₃PO₄).

עם זאת, תלוי איזה בסיס משמש לנטרול שלה, או אילו קטיונים קרובים מאוד זה, זה יכול ליצור מלחים אחרים של פוספטים. ביניהם הם: סידן פוספט (Ca₃(PO₄)₂), ליתיום פוספט (Li₃PO₄), פוספט Ferric (FePO₄), ואחרים. כל אחד עם מעלות שונות של protonation של אניון פוספט.

מצד שני, חומצה זרחתית יכול "לשרש" cival divalent כגון Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ ו Mg²⁺. בטמפרטורות גבוהות הוא יכול להגיב עם עצמו עם אובדן של מולקולה H₂או, יוצרים דימרים, trímeros ופולימרים של חומצות זרחתית.

סוג זה של תגובה הופך את המתחם הזה מסוגל להקים מספר רב של מבנים עם זרחן וחמצן שלדים, שממנו מגוון רחב של מלחים ידועים כגון polyphosphates ניתן גם להשיג..

על גילויו, הוא היה מסונתז בשנת 1694 על ידי רוברט בויל, הממס P₂הו₅ (זרחן פוספור) במים. זהו אחד חומצות המינרלים עם תועלת רבה יותר, להיות תפקידו כמו דשן החשוב ביותר. זרחן, יחד עם אשלגן וחנקן הם שלושת החומרים המזינים העיקריים של הצמחים.

אינדקס

• מבנה כימי
  • 1.1 חומצה Diphosphoric (H4P2O7)
  • 1.2 חומצות פולי-פוספוריות
  • 1.3 חומצות פולי-פוספורליות מחזוריות
• 2 המינוח
  • 2.1
  • 2.2 Piro
  • 2.3 יעד
• 3 מאפיינים
  • 3.1 נוסחה מולקולרית
  • 3.2 משקל מולקולרי
  • 3.3 מראה פיזי
  • 3.4 נקודות רתיחה והיתוך
  • 3.5 מסיסות במים
  • 3.6 צפיפות
  • 3.7 צפיפות אדי
  • 3.8 הצתה אוטומטית
  • 3.9 צמיגות
  • 3.10 חומציות
  • 3.11 פירוק
  • 3.12 קורוזיביות
  • 3.13 פילמור
• 4 שימושים
  • 4.1 מלחים של פוספטים ושימושים כלליים
  • 4.2 תעשייה
  • 4.3 רופאי שיניים
  • 4.4 קוסמטיקה
• 5 גיבוש חומצה זרחתית
• 6 סיכונים
• 7 הפניות

מבנה כימי

חומצה זרחתית מורכב של P = O הקשר ושלושה P-OH, שם האחרונים הם נושאות של חומצה מימן שפורסמו במדיום פירוק. עם אטום הזרחן שבמרכזה, החמצנים מציירים מעין טטרהדרון מולקולרי.

בדרך זו, חומצה זרחתית יכול להיות דמיינו כמו tetrahedron. מנקודת מבט זו אמר tetrahedra (לפי יחידות של H₃PO₄) אינטראקציה זה עם זה על ידי קשרי מימן; כלומר, הקודקודים שלהם מקרוב.

אינטראקציות בין-מולקולריות אלה מאפשרות לחומצה הזרחתית להתגבש לשני מוצקים: הלאמירוס והמימיארט (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), הן עם מערכות גביש monoclinic. ניתן לתאר את צורתו הלא-מימית בנוסחה: 3H₂O · P₂הו₅, מה שווה pentoxide זרחן תלת-ממדי.

Tetrahedra יכול אפילו קשר קוולנטי, אבל זה אחד היחידות שלהם חייבים להסיר מולקולה של מים על ידי התייבשות. זה קורה כאשר H₃PO₄ הוא נתון חימום, וכתוצאה מכך זה יוצר את היווצרות של חומצות polyphosphoric (הרשות הפלסטינית).

חומצה Diphosphoric (H₄עמ '₂הו₇)

הפשוטה של ​​כל PAs הוא חומצה diphosphoric (H₄עמ '₂הו₇), הידוע גם בשם חומצה pyrophosphoric. המשוואה הכימית של היווצרותה היא:

2H₃PO₄ <=> ח₄עמ '₂הו₇ + ח₂הו

האיזון תלוי בכמות המים והטמפרטורה. מהו המבנה שלה? בתמונה של הקטע, מבנים של חומצה אורתופוספורית וחומצה pyrophosphoric מצוירים בפינה השמאלית העליונה.

שתי יחידות קשורות קוולנטית על ידי הסרת מולקולה אחת של מים, ויצירת גשר P-O-P חמצן ביניהם. עכשיו יש שלושה חומצות מימן, אבל ארבע (ארבע קבוצות OH). בגלל זה, H₄עמ '₂הו₇ מציג ארבעה קבועי יינון k_א.

חומצות פולי-פוספוריות

התייבשות יכולה להמשיך עם חומצה pyrophosphoric אם החימום נמשך. למה? כי בכל קצה של המולקולה שלה יש קבוצה OH שניתן לחסל כמו מולקולת מים, ובכך לקדם את הצמיחה הבאה של השלד P-O-P-O-P ...

דוגמאות של חומצות אלה הן tripolyphosphoric ו tetrapolyphosphic חומצות (שניהם מאויר בתמונה). ניתן לראות כיצד שלד P-O-P נמתח במעין שרשרת שנוצרה על ידי tetrahedra.

תרכובות אלו יכולות להיות מיוצגות על ידי הנוסחה HO (PO₂OH)_xH, שבו HO הוא הקצה השמאלי שיכול להתייבש. PO₂OH הוא שלד הזרחן עם הקשרים P = O ו- OH; ו x הם יחידות או מולקולות של חומצות זרחתית הדרושים כדי להשיג שרשרת אמר.

כאשר תרכובות אלה מנוטרלים עם בסיס לחלוטין, מה שמכונה polyphosphates שמקורם. תלוי אילו קטיונים להקיף אותם, הם יוצרים מגוון רחב של מלחי polyphosphate.

מצד שני, אם הם מגיבים עם אלכוהול ROH, ההידרוגנים של השלד שלהם מוחלפים על ידי תחליפי אלקיל R-. לפיכך, פוספטים (או polyphosphate) אסטרים להתעורר: RO (PO₂או)_xא זה מספיק כדי להחליף את H עבור R בכל המבנים של התמונה של החלק כדי לקבל אותם.

חומצות פולי-פוספורליות מחזוריות

P-O-P שרשראות יכול להיות גם סגור טבעת או מחזור זרחני. הפשוטה ביותר של סוג זה של מתחם הוא חומצה trimetaphosphoric (בפינה הימנית העליונה של התמונה). לפיכך, PAs יכול להיות ליניארי, מחזורי; או אם המבנים שלהם מוצגים בשני הסוגים, מסועפים.

המינוח

המינוח של חומצה זרחתית נשלט על ידי IUPAC ואיך מלחים של חומצות חמצן נקראים.

כי ב H₃PO₄ אטום של P יש valence +5, הערך הגבוה ביותר, חומצה שלה מוקצה סיומת -ico על הזרחן קידומת-.

אורתו

עם זאת, חומצה זרחתית הוא גם נפוץ המכונה חומצה אורתופוספורית. למה? כי המילה 'אורתו' היא יוונית פירושה 'אמת'; מה יביא לצורה "האמיתית" או "הידראטית יותר" של זה.

כאשר anhydride הזרחתית הוא hydrated עם עודף של מים (P₄הו₁₀, זרחן "כובע" של התמונה לעיל) H מיוצר₃PO₄ (3H₂O · P₂הו₅). לכן, הקידומת אורתו מוקצה אלה חומצות נוצרו עם מים בשפע.

Piro

קידומת הקידומת מתייחס לכל תרכובות שמקורם לאחר היישום של חום, מאז חומצה diphosphoric נובעת התייבשות תרמית של חומצה זרחתית. זה נקרא אז חומצה pyrophosphoric (2H)₂O · P₂הו₅).

מטרה

קידומת המטא, שהיא גם מילה יוונית, פירושה 'אחרי'. הוא נוסף לחומרים אשר נוסחה שלהם חיסלה מולקולה, במקרה זה, של מים:

ח₃PO₄ => HPO₃ + ח₂הו

שים לב כי הפעם תוספת של שתי יחידות זרחן לא מתרחשת כדי ליצור את החומצה diphosphoric, אבל במקום זאת metaphosphoric חומצה מתקבל (אשר אין ראיות לקיומה)..

חשוב גם לציין כי חומצה זו יכולה להיות מתוארת כמו H₂O · P₂הו₅ (בדומה hemidrato, הכפלת HPO₃ עבור 2). הקידומת קידומת מגיע באופן מושלם על פי הרשות מחזורית, כי אם חומצה triphosphoric מיובש, אבל לא להוסיף יחידה אחרת H₃PO₄ כדי להפוך חומצה tetraphosphoric, אז זה חייב ליצור טבעת.

וזה המקרה עם חומצות polymetaphosphoric אחרים, למרות IUPAC ממליץ לקרוא אותם כמו תרכובות מחזוריות של הרשות המקביל.

מאפיינים

נוסחה מולקולרית

ח₃PO₄

משקל מולקולרי

97,994 גרם / מול

מראה פיזי

בצורתו המוצקה הוא מציג גבישים אורתורומבים, היגרוסקופיים ושקופים. מתחת לצורה הנוזל הוא גבישי של המראה של סירופ צמיג.

מסחרית היא מושגת בתמיסה מימית עם ריכוז של 85% w / w. בכל המצגות האלה חסר ריח.

נקודות רותחות והיתוך

158 מעלות צלזיוס (316 מעלות צלזיוס עד 760 מ"מ כספית).

108º F (42.2 מעלות צלזיוס).

מסיסות במים

548 גרם / 100 גרם של H₂או 20 ° C; 369.4 גרם / 100 מ"ל ב 0.5 ° C; 446 גרם / 100 מ 'עד 14.95 מעלות צלזיוס.

צפיפות

1,892 גרם / ס"מ³ (מוצק); 1,841 גרם / ס"מ³ (פתרון 100%); 1,685 גרם / ס"מ³ (פתרון 85%); 1,334 גרם / ס"מ³ 50% פתרון) ב 25ºC.

צפיפות אדים

יחסית לאוויר 3,4 (אוויר = 1).

הצתה אוטומטית

זה לא דליק.

צמיגות

3.86 mPoise (פתרון 40% ב 20º C).

חומציות

pH: 1.5 (0.1 N פתרון במים)

pKa: pKa1 = 2.148; pKa2 = 7,198 ו- pKa3 = 12,319. כתוצאה מכך, המימן בתוספת חומצה הוא הראשון.

פירוק

כאשר מחומם, הוא משחרר תחמוצות זרחן. אם הטמפרטורה עולה ל 213 מעלות צלזיוס או יותר זה הופך חומצה pyrophosphoric (H₄עמ '₂הו₇).

קורוזיביות

קורוזיבית אל מתכות ברזל ואלומיניום. כאשר מגיבים עם מתכות אלה גז המימן דלק מקורו.

פילמור

Polymerizes באלימות עם תרכובות azo, epoxides ו polymerizable compounds.

שימושים

מלחי פוספט ושימושים כלליים

-חומצה זרחתית משמש כבסיס לפריחה של פוספטים, אשר משמשים דשנים כי זרחן הוא חומר מזין העיקרי של צמחים.

-זה נעשה שימוש לטיפול הרעלת עופרת ותנאים אחרים בהם כמויות משמעותיות של פוספט נדרשים הייצור של חומצה קלה.

-הוא משמש כדי לשלוט על ה- pH של מערכת השתן של מינק והוצאות על מנת למנוע היווצרות של אבנים בכליות.

-חומצה זרחתית מקורו מלחים Na₂HPO₄ ו NaH₂PO₄ המהווים מערכת חיץ עבור pH עם pKa של 6.8. זו מערכת רגולטורית של pH נמצא האדם, בעל חשיבות ויסות של pH תאיים, כמו גם בניהול ריכוז של מימן tubules דיסטלי אספן של נפרונים..

-הוא משמש להסרת שכבת עובש של תחמוצת ברזל המצטבר על מתכת זו. חומצה זרחתית צורות פוספט ברזל שניתן להסיר בקלות משטח המתכת. הוא משמש גם ליטוש חשמלי של אלומיניום הוא סוכן מחייב של מוצרים עקשן כגון אלומינה ומגנזיה.

תעשייה

-חומצה זרחתית מיועדת כסוכן קטליטי בייצור ניילון ובנזין. הוא משמש כסוכן מיובש בחריטה ליטוגרפית, בייצור צבעים לשימוש בתעשיית הטקסטיל, בתהליך של קרישה של לטקס בתעשיית הגומי וכן טיהור מי חמצן.

-חומצה משמש כתוסף משקאות קלים, ובכך תורם הטעם שלה. דילול מוחל בתהליך של זיקוק הסוכר. זה גם פועל כמערכת חיץ בהכנת בשר חזיר, ג'לטין ואנטיביוטיקה.

-מעורב בפיתוח של דטרגנטים, ב קטליזה חומצה של ייצור אצטילן.

-הוא משמש חומצה להאכיל מאוזנת עבור תעשיית בעלי חיים וחיות מחמד. תעשיית התרופות משתמשת בה בייצור תרופות אנטי-סמטריות. הוא משמש גם בתערובת כדי להפוך את האספלט כדי לסלול את הקרקע סדקים לתקן.

-חומצה זרחתית פועל כזרז בתגובה הידרציה של alkenes לייצר אלכוהול, בעיקר אתנול. בנוסף, הוא משמש בקביעת פחמן אורגני בקרקעות.

שיניים

הוא משמש את רופאי השיניים לנקות ולמצב את פני השן לפני המיקום של תומך שיניים. הוא גם מוצא שימוש הלבנת השיניים והסרה של לוחיות שיניים. בנוסף, הוא משמש לייצור דבקים עבור תותבות שיניים.

קוסמטיקה

חומצה זרחתית משמש כדי להתאים את ה- pH בהכנת מוצרים קוסמטיים לטיפול בעור. הוא משמש כחומר חמצון כימי לייצור של פחמן מופעל.

גיבוש חומצה זרחתית

-חומצה זרחתית מוכנה סלעי פוספט מסוג אפטיט על ידי עיכול עם חומצה גופרתית מרוכזת:

Ca₃(PO₄)₂    +       3 ח₂לכן₄      +       6 ח₂O => 2 H₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂O)

חומצה זרחתית המתקבל תגובה זו היא של טוהר נמוכה, ולכן היא עוברת תהליך טיהור הכולל משקעים, מיצוי ממס, התגבשות טכניקות החליפין יון..

-חומצה זרחתית ניתן לייצר על ידי המסת פנטקסיד זרחני במים רותחים.

-זה יכול גם להיות מושגת על ידי חימום זרחן עם תערובת של אוויר ואדים מים:

עמ '₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄הו₁₀ (ים)

עמ '₄הו₁₀ (ים) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (ל)

סיכונים

-בגלל לחץ אדים שלה נמוך בטמפרטורת החדר, אין זה סביר כי אדים שלה יכול להיות בשאיפה, אלא אם כן חומצה הוא ריסס. אם כן, סימפטומים של שאיפה כוללים: שיעול, כאב גרון, קוצר נשימה ונשימה קשה.

-הספרות מציינת מקרה של מלח שנחשף לאדים חומציים במשך תקופה ארוכה. הוא סבל מחולשה כללית, שיעול יבש, כאבים בחזה ובעיות נשימה. לאחר שנה אחת של חשיפה, תפקוד לקוי של דרכי הנשימה נצפתה.

-מגע עם העור עם חומצה זרחתית יכול לגרום לאדמומיות, כאב, שלפוחיות ושריפות בעור.

-המגע של החומצה עם העיניים, תלוי בריכוז שלה ומשך המגע, יכול לייצר אלה, נגעים רקמות קורוזיביות או כוויות קשות עם נזק לעיניים קבוע..

-בליעה חומצית גורמת לצריבה בפה ובגרון, תחושת צריבה מעבר לחזה, כאבי בטן, הקאות, הלם וקריסה.

הפניות

1. החברה המלכותית לכימיה. (2015). חומצה זרחתית. נלקח מ: chemspider.com
2. המרכז הקנדי לבריאות ובטיחות תעסוקתית. (1999). חומצה זרחתית - השפעות על בריאות. נלקח מ: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). חומצה זרחתית "מגוון שימושים של מתחם כימי זה." נלקח מ: acidos.info
4. ג'יימס פ 'סמית', וולטר א 'בראון וג'יימס ר. (1955). מבנה חומצה זרחתית גבישית. ג 'יי, עם, 77, 10, 2728-2730
5. ויקיפדיה. (2018). חומצות זרחתית ופוספטים. מתוך: en.wikipedia.org
6. המדע הוא כיף למד על חומצה זרחתית. [PDF] נלקח מתוך: scifun.chem.wisc.edu