Fosforhappe (H3PO4) struktuur, nomenklatuur, omadused, kasutusalad

The fosforhape  on fosforhape, millel on keemiline valem H₃PO₄. See koosneb mineraalhappest, milles kolm happelist prootonit on seotud fosfaataniooniga (PO₄^3-). Kuigi seda ei peeta tugevaks happeks, võib selle ebaõige kasutamine kujutada ohtu tervisele.

Seda võib leida kahes seisundis: tahke ainena paksude ortorombiliste kristallidena või kristalse vedeliku kujul, mis on siirupilise välimusega. Selle kõige tavalisem kaubanduslik esitusviis on 85 massiprotsenti ja tihedus 1,685 g / cm³. See tihedus tuleneb koondumise käest.

Kolm OH-rühma vastutavad happeliste vesinike annetamise eest. Nende struktuuri tõttu võivad nad reageerida erinevate hüdroksiididega, mis põhjustavad mitmeid sooli.

Naatriumhüdroksiidi puhul võib see moodustada kolm: naatriummonobasiinfosfaat (NaH).₂PO₄), naatrium-kahealuseline fosfaat (Na₂HPO₄) ja tribasiline naatriumfosfaat (Na₃PO₄).

Sõltuvalt sellest, millist alust neutraliseerimiseks kasutatakse või millised katioonid on sellele väga lähedased, võib see moodustada teisi fosfaatide sooli. Nende hulgas on: kaltsiumfosfaat (Ca₃(PO₄)₂), liitiumfosfaat (Li₃PO₄), raudfosfaat (FePO₄) ja teised. Igaühel neist on erinevad fosfaataniooni protoneerimise astmed.

Teisest küljest võib fosforhape "eraldada" kahevalentseid katioone nagu Fe²⁺, Cu²⁺, Ca²⁺ ja Mg²⁺. Kõrgendatud temperatuuridel võib ta ise reageerida H-molekuli kadumisega₂Või moodustavad fosforhapete dimeerid, trímerod ja polümeerid.

Seda tüüpi reaktsioon võimaldab ühendil luua suure hulga fosfori ja hapniku skelettidega struktuure, millest võib saada ka laia valikut tuntud sooli, näiteks polüfosfaate..

Seoses selle avastamisega sünteesiti see 1694 Robert Boyle'iga, lahustades P₂O₅ (fosforpentoksiid) vees. See on üks suurema kasuteguriga mineraalhappeid, mis on kõige olulisem funktsioon väetisena. Fosfor koos kaaliumi ja lämmastikuga on taimede kolm peamist toitainet.

Indeks

• 1 Keemiline struktuur
  • 1.1 Difosforhape (H4P2O7)
  • 1.2 Polüfosforhapped
  • 1.3 Tsüklilised polüfosforhapped
• 2 nomenklatuur
  • 2.1 Orto
  • 2.2 Piro
  • 2.3 Eesmärk
• 3 Atribuudid
  • 3.1 Molekulaarne valem
  • 3.2 Molekulmass
  • 3.3 Füüsiline välimus
  • 3.4 Keemis- ja sulamispunktid
  • 3.5 Vees lahustuv
  • 3.6 Tihedus
  • 3.7 Auru tihedus
  • 3.8 Isesüttimine
  • 3.9 Viskoossus
  • 3.10 Happesus
  • 3.11 Lagunemine
  • 3.12 Söövitavus
  • 3.13 Polümerisatsioon
• 4 Kasutamine
  • 4.1 Fosfaatide soolad ja üldkasutus
  • 4.2 Tööstus
  • 4.3 Hambaarstid
  • 4.4 Kosmeetika
• 5 Fosforhappe moodustumine
• 6 Riskid
• 7 Viited

Keemiline struktuur

Fosforhape koosneb P = O sidemest ja kolmest P-OH-st, kus viimased on lahustumiskeskkonnas vabanevate happe vesinike kandjad. Fosfori aatomiga keskel tõmbavad hapnikud mingi molekulaarse tetraeedri.

Sel viisil saab fosforhapet visualiseerida tetraeedrina. Sellest vaatenurgast ütles tetrahedra (H ühikute kohta)₃PO₄) suhtlevad üksteisega vesiniksidemetega; see tähendab, et nende tipud on lähedalt lähedased.

Need molekulidevahelised interaktsioonid võimaldavad fosforhappel kristalluda kaheks tahkeks aineks: veevabaks ja hemihüdraadiks (H₃PO₄· 1 / 2H₂O), mõlemad koos monokliiniliste kristallidega. Selle veevaba vormi võib kirjeldada ka valemiga: 3H₂O · P₂O₅, mis on võrdne trihüdreeritud fosforpentoksiidiga.

Tetraeeder võib isegi kovalentselt siduda, kuid selle jaoks peab üks nende üksustest eemaldama veega molekuli dehüdratsiooni teel. See juhtub siis, kui H₃PO₄ see kuumutatakse ja selle tulemusena tekib polüfosforhappeid (PA)..

Difosforhape (H) |₄P₂O₇)

Kõigi PA-de lihtsaim on difosforhape (H₄P₂O₇), tuntud ka kui pürofosforhape. Selle moodustumise keemiline võrrand on järgmine:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

Tasakaal sõltub vee kogusest ja temperatuurist. Mis on selle struktuur? Sektsiooni kujutises on ortofosforhappe ja pürofosforhappe struktuurid illustreeritud vasakus ülanurgas.

Kaks ühikut on kovalentselt seotud, eemaldades ühe vee molekuli, moodustades nende vahel P-O-P hapniku silla. Nüüd on kolm happe vesinikku, kuid neli (neli -OH rühma). Sellepärast H₄P₂O₇ esitab neli ionisatsiooni k konstandit_a.

Polüfosforhapped

Kuumutamise jätkumisel võib dehüdratsioon jätkuda pürofosforhappega. Miks? Kuna selle molekuli kummaski otsas on OH-rühm, mida saab eemaldada veemolekulina, soodustades seeläbi skeleti P-O-P-O-P järgnevat kasvu ...

Nende hapete näideteks on tripolifosfor- ja tetrapolifosforhapped (mõlemad on kujutatud joonisel). On näha, kuidas P-O-P skelett ulatub tetrahedra poolt moodustatud ahelas.

Neid ühendeid võib esindada valemiga HO (PO₂OH)_xH, kus HO on vasakpoolne, mida saab dehüdreerida. PO₂OH on fosfori skelett sidemetega P = O ja OH; ja x on nimetatud ahela saamiseks vajalikud fosforhapete ühikud või molekulid.

Kui need ühendid neutraliseeritakse täielikult alusega, siis on pärit niinimetatud polüfosfaadid. Sõltuvalt sellest, millised katioonid neid ümbritsevad, moodustavad nad mitmesugused polüfosfaatsoolad.

Teisest küljest, kui nad reageerivad alkoholidega ROH, asendatakse nende karkassi vesinikud alküülasendajatega R-. Seega tekivad fosfaadi (või polüfosfaadi) estrid: RO (PO₂VÕI)_xA. Piisab sellest, et H-i asendatakse kõigis sektsiooni kujutise konstruktsioonides, et neid saada.

Tsüklilised polüfosforhapped

P-O-P ahelad võivad isegi olla suletud ring- või fosfortsüklis. Kõige lihtsam sellist tüüpi ühend on trimetafosforhape (pildi paremas ülanurgas). Seega võivad PA-d olla lineaarsed, tsüklilised; või kui nende struktuuridel on mõlemad tüübid, hargnenud.

Nomenklatuur

Fosforhappe nomenklatuuri juhib IUPAC ja kuidas nimetatakse oksohapete kolmepoolseid sooli.

Sest H₃PO₄ P aatomil on valents +5, kõrgeim väärtus, selle happele määratakse eesliide fosforile sufiks -ico-.

Ortho

Fosforhapet nimetatakse aga tavaliselt ka ortofosforhappeks. Miks? Kuna sõna "orto" on kreeka keel ja tähendab "tõsi"; milline oleks selle „tõeline” või „hüdraatne” vorm.

Kui fosforhappe anhüdriid on hüdreeritud veega liias (P₄O₁₀, ülaltoodud kujutise fosfori "kork" H toodetakse₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). Seega määratakse orto prefiks nendele hapetele, mis on moodustunud rohke veega.

Piro

Eesliide püro viitab kõikidele ühenditele, mis on tekkinud pärast kuumutamist, kuna difosforhape tuleneb fosforhappe termilisest dehüdratsioonist. Seetõttu nimetatakse seda pürofosforhappeks (2H)₂O · P₂O₅).

Eesmärk

Meta eesliide, mis on ka kreeka sõna, tähendab 'pärast'. See lisatakse ainetele, mille valem on kõrvaldanud molekuli, antud juhul vee:

H₃PO₄ => HPO₃ + H₂O

Pange tähele, et seekord ei toimu kahe fosforhappe lisamine difosforhappe moodustamiseks, vaid saadakse metafosforhape (mille kohta ei ole tõendeid selle olemasolu kohta)..

Samuti on oluline märkida, et seda hapet võib kirjeldada kui H₂O · P₂O₅ (sarnane hemidratoga, korrutades HPO₃ 2). Eesliide meta vastab ideaalselt tsüklilisele PA-le, sest kui trifosforhape kuivab, kuid ei lisa teist H-ühikut₃PO₄ et saada tetrafosforhapet, peab see moodustama rõnga.

See kehtib ka teiste polümetafosforhapete kohta, kuigi IUPAC soovitab kutsuda neid vastava PA tsüklilisteks ühenditeks..

Omadused

Molekulaarne valem

H₃PO₄

Molekulmass

97,994 g / mol

Füüsiline välimus

Tahkes vormis on see ortorombilised, hügroskoopsed ja läbipaistvad kristallid. Vedelal kujul on see viskoosse siirupi kristalliline.

Kaubanduslikult saavutatakse see vesilahuses, mille kontsentratsioon on 85 massiprotsenti. Kõigis neis esitlustes puudub lõhn.

Keemis- ja sulamispunktid

158 ° C (316–760 mmHg).

108ºF (42,2º C).

Lahustuvus vees

548 g / 100 g H₂Või 20 ° C juures; 369,4 g / 100 ml 0,5 ° C juures; 446 g / 100 m kuni 14,95 ° C.

Tihedus

1,892 g / cm³ (tahke); 1,841 g / cm³ (100% lahus); 1,685 g / cm³ (85% lahus); 1,334 g / cm³ 50% lahus) temperatuuril 25 ° C.

Auru tihedus

Õhu suhtes 3,4 (õhk = 1).

Isesüttimine

See ei ole süttiv.

Viskoossus

3,86 mPoise (40% lahus 20 ° C juures).

Happelisus

pH: 1,5 (0,1 N lahus vees)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 ja pKa3 = 12,319. Järelikult on selle vesinik ja hape esimene.

Lagunemine

Kuumutamisel vabastab see fosforoksiidid. Kui temperatuur tõuseb 213 ° C-ni või rohkem, muutub see pürofosforhappeks (H₄P₂O₇).

Söövitavus

Söövitav mustmetallide ja alumiiniumi suhtes. Nende metallidega reageerimisel tekib vesinikkütuse gaas.

Polümerisatsioon

Polümeriseerub ägedalt asoühendite, epoksiidide ja polümeriseeruvate ühenditega.

Kasutamine

Fosfaatsoolad ja üldkasutus

-Fosforhape on aluseks fosfaatide väljatöötamisele, mida kasutatakse väetistena, sest fosfor on taimede peamine toitaine.

-Seda on kasutatud pliimürgistuse ja muude seisundite raviks, mille puhul on vaja märkimisväärset kogust fosfaati ja kerge atsidoosi teket..

-Seda kasutatakse naaritsa kuseteede ja kulutuste pH reguleerimiseks, et vältida neerukivide teket.

-Fosforhape pärineb Na sooladest₂HPO₄ ja NaH₂PO₄ mis moodustavad pH taseme puhversüsteemi, mille pKa on 6,8. See pH reguleerimise süsteem esineb inimesel, omades tähtsust rakusisese pH reguleerimises, samuti vesiniku kontsentratsiooni juhtimises distaalsetes tubulites ja nefronide kollektoris..

-Seda kasutatakse sellel metallil koguneva raudoksiidi kihilise kihi eemaldamiseks. Fosforhape moodustab rauast fosfaadi, mida saab metallpinnalt kergesti eemaldada. Seda kasutatakse ka alumiiniumi elektrilisel poleerimisel ja see on tulekindlate toodete, nagu alumiiniumoksiid ja magneesium, sideaine.

Tööstus

-Fosforhape on mõeldud katalüütiliseks aineks nailoni ja bensiini valmistamisel. Seda kasutatakse dehüdreeriva ainena litograafilisel graveerimisel, tekstiilitööstuses kasutatavate värvainete valmistamisel, lateksi koaguleerimisel kummitööstuses ja vesinikperoksiidi puhastamisel..

-Hapet kasutatakse lisandina karastusjookides, aidates seega kaasa selle maitsele. Lahjendatud suhkrut rafineeritakse. Samuti toimib see puhversüsteemina sinki, želatiini ja antibiootikumide valmistamisel.

-Seotud detergentide väljatöötamisega atsetüleeni tootmise happekatalüüsis.

-Seda kasutatakse happelisandina loomakasvatuse ja lemmikloomade tasakaalustatud söödas. Ravimitööstus kasutab seda antiemeetiliste ravimite valmistamisel. Seda kasutatakse ka segus asfaldi valmistamiseks, et sillutada maapinda ja parandada pragusid.

-Fosforhape toimib katalüsaatorina alkeenide hüdratatsioonireaktsioonis alkoholi, peamiselt etanooli tootmiseks. Lisaks kasutatakse seda orgaanilise süsiniku määramisel pinnases.

Hambaravi

Seda kasutatakse hambaarstide poolt hambapinna puhastamiseks ja seisundi parandamiseks enne hambaravite paigutamist. Samuti leitakse, et seda kasutatakse hammaste valgendamisel ja hambaplaatide eemaldamisel. Lisaks kasutatakse seda hambaproteeside liimide valmistamiseks.

Kosmeetika

Fosforhapet kasutatakse pH reguleerimiseks kosmeetikatoodete valmistamisel ja naha hooldamisel. Seda kasutatakse keemilise oksüdeeriva ainena aktiivsöe tootmiseks.

Fosforhappe moodustumine

-Fosforhape valmistatakse apatiit-tüüpi fosfaatkivist, kontsentreerides kontsentreeritud väävelhappega:

Ca₃(PO₄)₂    +       3 H₂SO₄      +       6 H₂O => 2 H₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂O)

Selles reaktsioonis saadud fosforhape on madala puhtusastmega, nii et see läbib puhastamisprotsessi, mis hõlmab sadestamist, lahusti ekstraheerimist, kristallisatsiooni ja ioonivahetusmeetodeid..

-Fosforhapet võib valmistada fosforpentoksiidi lahustamisel keevas vees.

-Seda võib saada ka fosfori kuumutamisel õhu ja veeauru seguga:

P₄ (l) + 5 O₂ (g) => P₄O₁₀ s)

P₄O₁₀ (s) + H₂O (g) => 4H₃PO₄ (l)

Riskid

-Kuna selle aururõhk toatemperatuuril on madal, on ebatõenäoline, et selle aurud oleks sissehingatavad, kui hapet ei pihustata. Sellisel juhul on sissehingamise sümptomid: köha, kurguvalu, õhupuudus ja hingatud hingamine.

-Kirjanduses tsiteeritakse meremeest, kes oli pikka aega kokku puutunud fosforhappe aurudega. Ta kandis üldist nõrkust, kuiva köha, valu rinnus ja hingamisteede probleeme. Pärast ühe aasta möödumist täheldati reaktiivset hingamisteede düsfunktsiooni.

-Fosforhappega kokkupuutel nahaga võib tekkida punetus, valu, villid ja nahapõletused.

-Happe kokkupuude silmadega, sõltuvalt selle kontsentratsioonist ja kokkupuute kestusest, võib nendes põhjustada söövitavate kudede kahjustusi või tõsiseid põletusi, millel on püsiv silmakahjustus..

-Hapniku allaneelamine põhjustab põletust suus ja kurgus, põletustunne väljaspool rinnaku, kõhuvalu, oksendamine, šokk ja kollaps.

Viited

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Fosforhape. Välja võetud: chemspider.com
2. Kanada töötervishoiu ja tööohutuse keskus. (1999). Fosforhape - mõju tervisele. Välja võetud: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Fosforhape "Selle keemilise ühendi kasutamine". acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown ja James R. Lehr. (1955). Kristallilise fosforhappe struktuur. J. Am. Chem. Soc., 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Fosforhapped ja fosfaadid. Vastu võetud: en.wikipedia.org
6. Teadus on lõbus, õppida fosforhapet. [PDF] Vastu võetud: scifun.chem.wisc.edu