ACIDO FOSFORICO (H3PO4): STRUTTURA, PROPRIETÀ, USI - CHIMICA - 2025

L' acido fosforico è un ossoacido del fosforo avente formula chimica H ₃ PO ₄ . È costituito da un acido minerale in cui tre protoni acidi sono legati all'anione fosfato (PO ₄ ^3– ). Sebbene non sia considerato un acido forte, il suo uso improprio può presentare un rischio per la salute.

Può essere trovato in due stati: come un solido sotto forma di cristalli ortorombici spessi o un liquido cristallino con un aspetto sciropposo. La sua presentazione commerciale più comune ha una concentrazione dell'85% p / p e una densità di 1,685 g / cm ³ . Questa densità viene dalla mano della concentrazione.

L'immagine sopra mostra una singola molecola di acido fosforico. Di Leyo, da Wikimedia Commons

I tre gruppi OH sono responsabili della donazione di idrogeni acidi. Per la loro presenza nella sua struttura può reagire con diversi idrossidi, dando origine a vari sali.

Nel caso dell'idrossido di sodio, può formare tre: fosfato di sodio monobasico (NaH ₂ PO ₄ ), fosfato di sodio bibasico (Na ₂ HPO ₄ ) e fosfato di sodio tribasico (Na ₃ PO ₄ ).

Tuttavia, a seconda di quale base viene utilizzata per la sua neutralizzazione, o quali cationi sono molto vicini ad essa, può formare altri sali fosfatici. Tra questi ci sono: fosfato di calcio (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), fosfato di litio (Li ₃ PO ₄ ), fosfato ferrico (FePO ₄ ) e altri. Ognuno con i suoi diversi gradi di protonazione dell'anione fosfato.

D'altra parte, l'acido fosforico può "sequestrare" cationi bivalenti come Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ e Mg ²⁺ . A temperature elevate può reagire con se stesso con la perdita di un H ₂ O molecola , formando dimeri, trimeri e polimeri di acidi fosforici.

Questo tipo di reazione rende questo composto in grado di stabilire un gran numero di strutture con scheletri di fosforo e ossigeno, da cui si può anche ottenere un'ampia gamma di sali noti come polifosfati.

Per quanto riguarda la sua scoperta, è stata sintetizzata nel 1694 da Robert Boyle, sciogliendo P ₂ O ₅ (pentossido di fosforo) in acqua. È uno degli acidi minerali più utili, la sua funzione di fertilizzante è la più importante. Il fosforo, insieme al potassio e all'azoto, sono i tre principali nutrienti delle piante.

Struttura chimica

Di Nessun autore leggibile dalla macchina fornito. H Padleckas ipotizzato (in base alle rivendicazioni di copyright). , tramite Wikimedia Commons

L'acido fosforico è costituito da un legame P = O e tre P-OH, dove questi ultimi sono i portatori degli idrogeni acidi rilasciati in un mezzo di dissoluzione. Con l'atomo di fosforo al centro, gli ossigeni disegnano una specie di tetraedro molecolare.

In questo modo, l'acido fosforico può essere visualizzato come un tetraedro. Da questa prospettiva, detti tetraedri (per unità H ₃ PO ₄ ) interagiscono tra loro tramite legami idrogeno; cioè, i loro vertici sono molto approssimativi.

Queste interazioni intermolecolari permettono all'acido fosforico di cristallizzare in due solidi: quello anidro e quello emiidrato (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), entrambi con sistemi cristallini monoclinici. La sua forma anidra può anche essere descritta con la formula: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , che è uguale a un pentossido di fosforo triidrato.

I tetraedri possono anche diventare legati in modo covalente, ma per questo una delle loro unità deve eliminare una molecola d'acqua attraverso la disidratazione. Ciò si verifica quando H ₃ PO ₄ viene sottoposto a riscaldamento, e di conseguenza genera la formazione di acidi polifosforici (PA).

Acido difosforico (H

Il più semplice di tutti i PA è l'acido difosforico (H ₄ P ₂ O ₇ ), noto anche come acido pirofosforico. L'equazione chimica della sua formazione è la seguente:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Il saldo dipende dalla quantità di acqua e dalla temperatura. Qual è la sua struttura? Nell'immagine in sezione, le strutture dell'acido ortofosforico e dell'acido pirofosforico sono illustrate nell'angolo in alto a sinistra.

Due unità si uniscono in modo covalente quando una molecola d'acqua viene eliminata, formando un ponte di ossigeno P - O - P tra di loro. Ora non sono tre idrogeni acidi, ma quattro (quattro gruppi -OH). Per questo motivo, H ₄ P ₂ O ₇ ha quattro costanti di ionizzazione k _a .

Acidi polifosforici

La disidratazione può procedere con acido pirofosforico se il riscaldamento continua. Perché? Perché ad ogni estremità della sua molecola c'è un gruppo OH che può essere rimosso come molecola d'acqua, favorendo così la successiva crescita dello scheletro P - O - P - O - P …

Esempi di questi acidi sono acidi tripolifosforici e tetrapolifosforici (entrambi illustrati nell'immagine). Si può vedere come la spina dorsale P - O - P si allunghi in una sorta di catena composta da tetraedri.

Questi composti possono essere rappresentati dalla formula HO (PO ₂ OH) _x H, dove HO è l'estremità sinistra che può essere disidratata. PO ₂ OH è la spina dorsale del fosforo con i legami P = O e OH; e x sono le unità o molecole di acido fosforico necessarie per ottenere detta catena.

Quando questi composti sono completamente neutralizzati con una base, vengono creati i cosiddetti polifosfati. A seconda di quali cationi li circondano, formano un'ampia varietà di sali polifosfati.

D'altra parte, se reagiscono con gli alcoli ROH, gli idrogeni nella loro spina dorsale vengono sostituiti dai sostituenti R– alchilici. Nascono così gli esteri fosfatici (o polifosfati): RO (PO ₂ OR) _x R. Per ottenerli è sufficiente sostituire H con R in tutte le strutture dell'immagine della sezione.

Acidi polifosforici ciclici

Le catene P - O - P possono anche chiudersi su un anello o un ciclo fosforico. Il più semplice di questo tipo di composto è l'acido trimetafosforico (angolo in alto a destra dell'immagine). Pertanto, gli AP possono essere lineari, ciclici; o se le loro strutture mostrano entrambi i tipi, ramificate.

Nomenclatura

Fonte: commons.wikimedia.org

La nomenclatura dell'acido fosforico è dettata dalla IUPAC e da come vengono denominati i sali ternari degli oxoacidi.

Poiché in H ₃ PO ₄ l'atomo P ha valenza +5, il valore più alto, al suo acido viene assegnato il suffisso -ico al prefisso fosforo-.

Ortho

Tuttavia, l'acido fosforico è anche comunemente chiamato acido ortofosforico. Perché? Perché la parola "ortho" è greca e significa "vero"; che si tradurrebbe nella "vera forma" o "più idratata" di essa.

Quando il fosforo anidro viene idratato con un eccesso di acqua (P ₄ O ₁₀ , il "tappo" di fosforo nell'immagine superiore), si produce H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ). Pertanto, il prefisso ortho viene assegnato a quegli acidi formati con molta acqua.

Pyro

Il prefisso pyro si riferisce a qualsiasi composto originato dopo l'applicazione del calore, poiché l'acido difosforico deriva dalla disidratazione termica dell'acido fosforico. È quindi chiamato acido pirofosforico (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Obbiettivo

Il prefisso meta, che è anche una parola greca, significa "dopo". Si aggiunge a quelle sostanze la cui formula ha eliminato una molecola, in questo caso, quella dell'acqua:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Si noti che questa volta l'aggiunta di due unità fosforiche non avviene per formare acido difosforico, ma si ottiene invece acido metafosforico (per il quale non ci sono prove della sua esistenza).

È anche importante notare che questo acido può essere descritto come H ₂ O · P ₂ O ₅ (simile all'emidrato, moltiplicando HPO ₃ per 2). Il meta prefisso è perfettamente in linea con i PA ciclici, poiché se l'acido trifosforico si disidrata, ma non aggiunge un'altra unità di H ₃ PO ₄ per diventare acido tetrafosforico, allora deve formare un anello.

E questo è lo stesso con altri acidi polimetafosforici, anche se la IUPAC raccomanda di chiamarli composti ciclici dei corrispondenti PA.

Proprietà

Formula molecolare

H ₃ PO ₄

Peso molecolare

97,994 g / mol

Aspetto fisico

Nella sua forma solida presenta cristalli ortorombici, igroscopici e trasparenti. In forma liquida è cristallino con l'aspetto di uno sciroppo viscoso.

È disponibile in commercio in soluzione acquosa con una concentrazione dell'85% p / p. In tutte queste presentazioni non ha odore.

Punti di ebollizione e di fusione

158 ° C (316 ° F a 760 mmHg).

42,2 ° C (108 ° F).

Solubilità dell'acqua

548 g / 100 g di H ₂ O a 20 ° C; 369,4 g / 100 ml a 0,5 ° C; 446 g / 100 ma 14,95 ° C.

Densità

1,892 g / cm ³ (solido); 1,841 g / cm ³ (soluzione al 100%); 1,685 g / cm ³ (soluzione all'85%); 1,334 g / cm ³ soluzione al 50%) a 25 ° C.

Densità del vapore

Rispetto all'aria 3,4 (aria = 1).

Accensione automatica

Non è infiammabile.

Viscosità

3,86 mPoise (soluzione al 40% a 20 ° C).

Acidità

pH: 1,5 (soluzione 0,1 N in acqua)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7.198 e pKa3 = 12.319. Pertanto, il tuo idrogeno più acido è il primo.

Decomposizione

Quando riscaldato, rilascia ossidi di fosforo. Se la temperatura sale a 213º C o più, diventa acido pirofosforico (H ₄ P ₂ O ₇ ).

corrosività

Corrosivo per metalli ferrosi e alluminio. La reazione con questi metalli dà origine all'idrogeno gassoso.

La polimerizzazione

Polimerizza violentemente con composti azoici, epossidi e composti polimerizzabili.

applicazioni

Sali fosfati e usi generali

-Acido fosforico serve come base per la produzione di fosfati, che vengono utilizzati come fertilizzanti perché il fosforo è un nutriente principale nelle piante.

-È stato utilizzato nel trattamento dell'avvelenamento da piombo e di altre condizioni in cui sono necessarie quantità significative di fosfato e la produzione di lieve acidosi.

-Viene utilizzato per controllare il pH delle vie urinarie dei visoni e delle spese al fine di evitare la formazione di calcoli renali.

-Acido fosforico dà origine ai sali Na ₂ HPO ₄ e NaH ₂ PO ₄ che costituiscono un sistema tampone di pH con un pKa di 6,8. Questo sistema di regolazione del pH è presente nell'uomo, essendo importante nella regolazione del pH intracellulare, nonché nella gestione della concentrazione di idrogeno nei tubuli distali e di raccolta dei nefroni.

-Viene utilizzato nell'eliminazione dello strato ammuffito di ossido di ferro che si accumula su questo metallo. L'acido fosforico forma fosfato di ferro che può essere facilmente rimosso dalla superficie metallica. Viene anche utilizzato nella lucidatura elettrica dell'alluminio ed è un legante per prodotti refrattari come allumina e magnesia.

Industriale

-L'acido fosforico è utilizzato come agente catalitico nella produzione di nylon e benzina. È utilizzato come agente disidratante nell'incisione litografica, nella produzione di coloranti per uso nell'industria tessile, nel processo di coagulazione del lattice nell'industria della gomma e nella purificazione dell'acqua ossigenata.

-Acid è usato come additivo nelle bevande analcoliche, contribuendo così al suo sapore. Diluito viene applicato nel processo di raffinazione dello zucchero. Agisce anche come sistema tampone nella preparazione di prosciutto, gelatina e antibiotici.

-Partecipa all'elaborazione dei detergenti, alla catalisi acida della produzione di acetilene.

-È utilizzato come acidificante in alimenti bilanciati per l'industria zootecnica e gli animali domestici. L'industria farmaceutica lo utilizza nella produzione di farmaci antiemetici. Viene anche utilizzato in miscela per produrre asfalto per pavimentare il terreno e riparare fessure.

-Acido fosforico agisce da catalizzatore nella reazione di idratazione degli alcheni per produrre alcol, principalmente etanolo. Inoltre, viene utilizzato nella determinazione del carbonio organico nei terreni.

Dentale

Viene utilizzato dai dentisti per pulire e condizionare la superficie del dente prima di posizionare gli attacchi dentali. Trova anche impiego nello sbiancamento dei denti e nella rimozione delle placche dentali. Inoltre, viene utilizzato nella produzione di adesivi per protesi dentali.

Cosmetici

L'acido fosforico viene utilizzato per regolare il pH nei prodotti cosmetici e per la cura della pelle. È usato come agente ossidante chimico per la produzione di carbone attivo.

Formazione di acido fosforico

-L'acido fosforico viene preparato da rocce fosfatiche di tipo apatite, mediante digestione con acido solforico concentrato:

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

L'acido fosforico ottenuto in questa reazione è di bassa purezza, motivo per cui subisce un processo di purificazione che include tecniche di precipitazione, estrazione con solvente, cristallizzazione e scambio ionico.

-L'acido fosforico può essere prodotto dissolvendo il pentossido di fosforo in acqua bollente.

-Può essere ottenuto anche riscaldando il fosforo con una miscela di aria e vapore acqueo:

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)

rischi

-Poiché la sua pressione di vapore è bassa a temperatura ambiente, è improbabile che i suoi vapori vengano inalati a meno che non venga spruzzato acido. In tal caso, i sintomi di inalazione includono: tosse, mal di gola, mancanza di respiro e respiro affannoso.

-In letteratura viene citato il caso di un marinaio che è stato esposto a fumi di acido fosforico per un lungo periodo di tempo. Soffriva di debolezza generale, tosse secca, dolore al petto e problemi respiratori. Entro un anno dall'esposizione, è stata osservata una disfunzione reattiva delle vie aeree.

-Il contatto della pelle con l'acido fosforico può causare arrossamenti, dolore, vesciche e ustioni della pelle.

-Il contatto dell'acido con gli occhi, a seconda della sua concentrazione e della durata del contatto, può produrre in essi, lesioni tissutali corrosive o gravi ustioni con danni permanenti agli occhi.

-L'ingestione dell'acido provoca bruciore alla bocca e alla gola, sensazione di bruciore oltre lo sterno, dolore addominale, vomito, shock e collasso.

Riferimenti

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Acido fosforico. Tratto da: chemspider.com
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6. La scienza è divertente. Impara a conoscere l'acido fosforico. . Tratto da: scifun.chem.wisc.edu