هيكل حمض الفوسفوريك (H3PO4) ، التسميات ، الخصائص ، الاستخدامات

ال حمض الفوسفوريك  هو حمض أوكسو الفسفور الذي يحتوي على الصيغة الكيميائية H₃PO₄. وهو يتكون من حمض معدني ترتبط فيه ثلاث بروتونات حمضية بأنيون الفوسفات₄^3-). على الرغم من أنه لا يعتبر حمضًا قويًا ، إلا أن استخدامه غير السليم يمكن أن يشكل خطراً على الصحة.

يمكن العثور عليها في حالتين: كمادة صلبة في شكل بلورات سميكة لتقويم العظام ، أو سائل بلوري بمظهر شراب. تركيزه التجاري المعتاد لديه تركيز 85٪ وزن / وزن وكثافة 1.685 جم / سم³. هذه الكثافة تأتي من يد التركيز.

مجموعات OH الثلاثة مسؤولة عن التبرع بالهيدروجين الحمضي. بسبب وجودها في هيكلها ، يمكن أن تتفاعل مع هيدروكسيدات مختلفة تسبب عدة أملاح.

في حالة هيدروكسيد الصوديوم ، يمكن أن يشكل ثلاثة: فوسفات أحادي الصوديوم (NaH)₂PO₄) ، فوسفات الصوديوم dibasic (نا₂HPO₄) وفوسفات الصوديوم التريباسي (نا₃PO₄).

ومع ذلك ، بناءً على أي قاعدة يتم استخدامها لتحييدها ، أو أي الكاتيونات قريبة جدًا منها ، يمكن أن تشكل أملاح أخرى من الفوسفات. من بينها: فوسفات الكالسيوم (كاليفورنيا₃(أ ف ب₄)₂) ، فوسفات الليثيوم (لي₃PO₄) ، الفوسفات الحديدي (FePO₄) ، وغيرها. كل واحد مع درجات مختلفة من نتوء أنيون الفوسفات.

من ناحية أخرى ، يمكن أن حامض الفوسفوريك "عزل" الكاتيونات ثنائية التكافؤ مثل الحديد²⁺, النحاس²⁺, كاليفورنيا²⁺ و المغنيسيوم²⁺. في درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تتفاعل مع نفسها مع فقدان جزيء H₂أو ، تشكيل dimers ، trímeros والبوليمرات من الأحماض الفوسفورية.

هذا النوع من التفاعل يجعل هذا المركب قادرًا على إنشاء عدد كبير من الهياكل مع الهياكل العظمية للفوسفور والأكسجين ، والتي يمكن من خلالها الحصول على مجموعة واسعة من الأملاح المعروفة مثل البوليفوسفات..

فيما يتعلق باكتشافه ، تم تصنيعه في عام 1694 بواسطة روبرت بويل ، وحل P₂O₅ (خامس أكسيد الفوسفور) في الماء. إنه أحد الأحماض المعدنية ذات فائدة أكبر ، حيث أن وظيفته كسماد هي الأهم. الفوسفور ، جنبا إلى جنب مع البوتاسيوم والنيتروجين هي العناصر الغذائية الرئيسية الثلاثة للنباتات.

مؤشر

• 1 التركيب الكيميائي
  • 1.1 حمض الديفوسفوريك (H4P2O7)
  • 1.2 أحماض الفوسفوريك
  • 1.3 أحماض الفوسفوريك الحلقية
• 2 التسميات
  • 2.1 Orto
  • 2.2 بيرو
  • 2.3 الهدف
• 3 خصائص
  • 3.1 الصيغة الجزيئية
  • 3.2 الوزن الجزيئي
  • 3.3 المظهر الجسدي
  • 3.4 نقاط الغليان والانصهار
  • 3.5 الذوبان في الماء
  • 3.6 الكثافة
  • 3.7 كثافة البخار
  • 3.8 الاشتعال التلقائي
  • 3.9 اللزوجة
  • 3.10 الحموضة
  • 3.11 التحلل
  • 3.12 التآكل
  • 3.13 البلمرة
• 4 الاستخدامات
  • 4.1 أملاح الفوسفات والاستخدامات العامة
  • 4.2 الصناعية
  • 4.3 أطباء الأسنان
  • 4.4 مستحضرات التجميل
• 5 تشكيل حمض الفوسفوريك
• 6 مخاطر
• 7 المراجع

التركيب الكيميائي

يتكون حمض الفوسفوريك من رابطة P = O وثلاثة P-OH ، حيث يكون الأخير حاملاً للهيدروجين الحمضي المنطلق في وسط الذوبان. مع ذرة الفسفور في الوسط ، ترسم الأكسجين نوعًا من رباعي السطوح الجزيئي.

وبهذه الطريقة ، يمكن تصور حمض الفوسفوريك باعتباره رباعي السطوح. من هذا المنظور قال رباعي الاسطح (لكل وحدة من H₃PO₄) تتفاعل مع بعضها البعض عن طريق الروابط الهيدروجينية. وهذا هو ، رؤوسهم تقريبية عن كثب.

هذه التفاعلات بين الجزيئات تسمح لحمض الفوسفوريك بالتبلور إلى مادتين صلبتين: اللامائية والدمهيدرات (H₃PO₄· 1 / 2H₂O) ، سواء مع أنظمة الكريستال أحادي. ويمكن أيضا أن يوصف شكله اللامائي مع الصيغة: 3H₂O · P₂O₅, ما يساوي خامس أكسيد الفوسفور ثلاثي الماء.

يمكن أن تترابط رباعي الاسطح حتى تساهميًا ، ولكن يجب على هذه الوحدة إزالة جزيء الماء عن طريق الجفاف. يحدث هذا عندما يكون H₃PO₄ يتعرض للتدفئة ، ونتيجة لذلك يولد تشكيل الأحماض الفوسفورية (PA).

حامض الدوسفوريك (H₄P₂O₇)

أبسط من كل المناطق المحمية هو حمض ثنائي فسفوريك (H₄P₂O₇) ، المعروف أيضا باسم حمض البيروفوسفوريك. المعادلة الكيميائية لتشكيلها هي كما يلي:

2H₃PO₄ <=> H₄P₂O₇ + H₂O

التوازن يعتمد على كمية الماء ودرجة الحرارة. ما هو هيكلها؟ في صورة القسم ، يتم توضيح هياكل حمض الفوسفوريك وحمض البيروفوسفوريك في الزاوية اليسرى العليا.

ترتبط وحدتان تساهميًا عن طريق إزالة جزيء واحد من الماء ، مكونًا جسر أكسجين P-O-P بينهما. الآن هناك ثلاثة هيدروجين حمض ، ولكن أربعة (أربع مجموعات أوه). وبسبب هذا ، ح₄P₂O₇ يقدم أربعة ثوابت من التأين ك_إلى.

أحماض الفوسفوريك

يمكن للجفاف المضي قدما في حمض البيروفوسفوريك إذا استمر التسخين. لماذا؟ لأنه في كل طرف من جزيئه ، توجد مجموعة OH يمكن التخلص منها كجزيء ماء ، مما يعزز النمو اللاحق للهيكل العظمي P-O-P-O-P ...

من أمثلة هذه الأحماض أحماض ثلاثية الفوسفور ورباعي فوسفوريك (كلاهما موضح في الصورة). يمكن أن نرى كيف أن الهيكل العظمي P-O-P يمتد في نوع من السلسلة التي شكلتها رباعي الاسطح.

يمكن تمثيل هذه المركبات بالصيغة HO (PO₂OH)_سH ، حيث يكون HO هو الطرف الأيسر الذي يمكن تجفيفه. PO₂OH هو الهيكل العظمي للفوسفور مع الروابط P = O و OH ؛ و x هي وحدات أو جزيئات أحماض الفوسفوريك اللازمة للحصول على السلسلة المذكورة.

عندما يتم تحييد هذه المركبات بقاعدة كاملة ، تنشأ ما يسمى بالبوليفوسفات. اعتمادا على الكاتيونات التي تحيط بهم ، فإنها تشكل مجموعة واسعة من أملاح الفوسفات.

من ناحية أخرى ، إذا كان رد فعلهم مع الكحول ROH ، يتم استبدال الهيدروجين من الهيكل العظمي بهم بدائل ألكيل R-. وبالتالي ، تنشأ استرات الفوسفات (أو الفوسفات): RO (PO₂OR)_سA. يكفي استبدال H لـ R في جميع هياكل صورة القسم للحصول عليها.

أحماض الفوسفوريك الحلقية

يمكن إغلاق سلاسل P-O-P في حلقة أو دورة فسفورية. أبسط هذا النوع من المركب هو حمض تريميتافوسفوريك (الزاوية اليمنى العليا من الصورة). وبالتالي ، يمكن أن تكون المناطق المحمية خطية ودائرية ؛ أو إذا كانت هياكلها تظهر كلا النوعين ، متفرعة.

تسمية

يحكم IUPAC التسمية الخاصة بحمض الفوسفوريك وكيف تتم تسمية الأملاح الثلاثية لأحماض أوكسو.

لأنه في ح₃PO₄ تحتوي ذرة P على التكافؤ +5 ، وهي أعلى قيمة ، حيث يتم تعيين حمضها لاحقة -ico إلى فوسفور البادئة-.

أورتو

ومع ذلك ، يشار إلى حمض الفوسفوريك أيضًا باسم حمض الفوسفوريك. لماذا؟ لأن كلمة "ortho" هي اليونانية وتعني "true" ؛ ماذا سيؤدي إلى شكل "حقيقي" أو "أكثر رطوبة" منه.

عندما يتم ترطيب أنهيدريد الفوسفوريك مع وجود فائض من الماء (P₄O₁₀, يتم إنتاج "غطاء" الفوسفور في الصورة أعلاه) H₃PO₄ (3H₂O · P₂O₅). وبالتالي ، يتم تعيين بادئة ortho لتلك الأحماض المشكلة بماء وفير.

بيرو

يشير البيرو البادئة إلى جميع المركبات التي نشأت بعد تطبيق الحرارة ، حيث ينشأ حمض الديفوسفوريك من الجفاف الحراري لحمض الفسفوريك. لذلك يطلق عليه حمض البيروفوسفوريك (2H)₂O · P₂O₅).

هدف

بادئة التعريف ، وهي أيضًا كلمة يونانية ، تعني "بعد". يضاف إلى تلك المواد التي أزالت تركيبتها جزيء الماء في هذه الحالة:

H₃PO₄ => هبو₃ + H₂O

لاحظ أنه في هذه المرة لا يتم إضافة وحدتين من الفسفوريات لتشكيل حمض ثنائي الفسفوريك ، ولكن بدلاً من ذلك يتم الحصول على حمض الميتافوسفوريك (والذي لا يوجد دليل على وجوده)..

من المهم أيضًا ملاحظة أنه يمكن وصف هذا الحمض بأنه H₂O · P₂O₅ (على غرار hemidrato ، ضرب HPO₃ لمدة 2). تأتي البادئة الوصفية تمامًا وفقًا للسلطة الفلسطينية الدورية ، لأنه إذا كان حمض الفوسفوريك يذوى ، إلا أنه لا يضيف وحدة أخرى H₃PO₄ لتصبح حمض رباعي الفوسفور ، ثم يجب أن تشكل حلقة.

وهذا هو الحال مع الأحماض المتعددة الفوسفوريك الأخرى ، على الرغم من أن IUPAC توصي بدعوتها كمركبات دورية للسلطة الفلسطينية المقابلة.

خصائص

الصيغة الجزيئية

H₃PO₄

الوزن الجزيئي

97،994 جم / مول

المظهر الجسدي

في شكله الصلب يقدم بلورات تقويم العظام ، استرطابي وشفافة. تحت شكل سائل هو بلوري لظهور شراب لزج.

تجاريا يتم تحقيقه في محلول مائي بتركيز 85٪ وزن / وزن. في كل هذه العروض يفتقر إلى رائحة.

نقاط الغليان والانصهار

158 درجة مئوية (316 درجة فهرنهايت إلى 760 مم زئبق).

108 درجة فهرنهايت (42.2 درجة مئوية).

الذوبان في الماء

548 جم / 100 جم من H₂أو عند 20 درجة مئوية ؛ 369.4 جم / 100 مل عند 0.5 درجة مئوية ؛ 446 جم / 100 م إلى 14.95 درجة مئوية.

كثافة

1892 جم / سم³ (الصلبة). 1841 جم / سم³ (100 ٪ الحل) ؛ 1،685 جم / سم³ (85 ٪ الحل) ؛ 1334 جم / سم³ محلول 50 ٪) عند 25 درجة مئوية.

كثافة البخار

نسبة إلى الهواء 3،4 (الهواء = 1).

الاشتعال التلقائي

انها ليست قابلة للاشتعال.

لزوجة

3.86 mPoise (محلول 40٪ عند 20 درجة مئوية).

خميرة

درجة الحموضة: 1.5 (0.1 ن محلول في الماء)

pKa: pKa1 = 2.148 ؛ pKa2 = 7،198 و pKa3 = 12،319. وبالتالي ، فإن حمض الهيدروجين زائد هو الأول.

التحلل

عند تسخينه ، يطلق أكاسيد الفسفور. إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 213 درجة مئوية أو أكثر ، يصبح حمض البيروفوسفوريك (H₄P₂O₇).

التآكل

تآكل المعادن الحديدية والألومنيوم. عند التفاعل مع هذه المعادن ، ينشأ غاز وقود الهيدروجين.

التبلمر

تتبلمر بعنف مع مركبات الآزو ، الإيبوكسيدات والمركبات القابلة للبلمرة.

تطبيقات

أملاح الفوسفات والاستخدامات العامة

-يعمل حمض الفوسفوريك كقاعدة لتطوير الفوسفات ، والذي يستخدم كسماد لأن الفوسفور هو أحد العناصر الغذائية الرئيسية للنباتات.

-تم استخدامه في علاج التسمم بالرصاص والحالات الأخرى التي تتطلب كميات كبيرة من الفوسفات وإنتاج الحماض الخفيف.

-يتم استخدامه للسيطرة على درجة الحموضة في المسالك البولية من المنك والنفقات من أجل تجنب تشكيل حصى الكلى.

-حامض الفوسفوريك ينشأ أملاح الصوديوم₂HPO₄ و NaH₂PO₄ والتي تشكل نظام عازلة لل ph مع pKa من 6.8. يوجد هذا النظام التنظيمي من الرقم الهيدروجيني في الإنسان ، وله أهمية في تنظيم درجة الحموضة داخل الخلايا ، وكذلك في إدارة تركيز الهيدروجين في الأنابيب البعيدة وجامع النيفرون..

-يتم استخدامه في إزالة الطبقة المتعفنة من أكسيد الحديد الذي يتراكم على هذا المعدن. يشكل حمض الفوسفوريك فوسفات الحديد الذي يمكن إزالته بسهولة من سطح المعدن. يستخدم أيضًا في التلميع الكهربائي للألمنيوم وهو عامل ملزم للمنتجات المقاومة للحرارة مثل الألومينا والمغنيسيا.

صناعي

-يهدف حمض الفوسفوريك كعامل حفاز في صناعة النايلون والبنزين. يستخدم كعامل تجفيف في النقش المطبوع في صناعة الأصباغ للاستخدام في صناعة الغزل والنسيج ، وفي عملية تخثر اللاتكس في صناعة المطاط وفي تنقية بيروكسيد الهيدروجين.

-يستخدم الحمض كمضاف في المشروبات الغازية ، وبالتالي يسهم في نكهته. يتم تطبيق المخفف في عملية تكرير السكر. كما أنه بمثابة نظام عازلة في إعداد لحم الخنزير ، والجيلاتين والمضادات الحيوية.

-تشارك في تطوير المنظفات ، في الحفز الحمضي لإنتاج الأسيتيلين.

-يتم استخدامه كمادة حمضية في تغذية متوازنة لصناعة الماشية والحيوانات الأليفة. تستخدمه صناعة الأدوية في صناعة الأدوية المضادة للقىء. كما أنها تستخدم في خليط لصنع الأسفلت لتمهيد الأرض وإصلاح الشقوق.

-يعمل حمض الفوسفوريك كعامل مساعد في تفاعل الماء للألكينات لإنتاج الكحول ، وخاصة الإيثانول. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في تحديد الكربون العضوي في التربة.

طب الأسنان

يتم استخدامه من قبل أطباء الأسنان لتنظيف وحالة سطح السن قبل وضع دعامات الأسنان. كما أنه يستخدم في تبييض الأسنان وفي إزالة لويحات الأسنان. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في صناعة المواد اللاصقة للأطراف الاصطناعية.

مستحضرات التجميل

يستخدم حمض الفوسفوريك لضبط درجة الحموضة في تحضير مستحضرات التجميل والعناية بالبشرة. يتم استخدامه كعامل مؤكسد كيميائي لإنتاج الكربون المنشط.

تشكيل حمض الفوسفوريك

-يتم تحضير حمض الفوسفوريك من صخور الفوسفات من نوع الأباتيت عن طريق الهضم بحمض الكبريتيك المركز:

كاليفورنيا₃(أ ف ب₄)₂    +       3 ساعات₂SW₄      +       6 ساعات₂يا => 2 ساعة₃PO₄     +       3 (CaSO₄.2H₂O)

حمض الفوسفوريك الذي تم الحصول عليه في هذا التفاعل ذو درجة نقاء منخفضة ، لذلك يخضع لعملية تنقية تشمل الترسيب ، واستخلاص المذيبات ، وتقنيات التبادل الأيوني..

-يمكن إنتاج حمض الفوسفوريك عن طريق إذابة خامس أكسيد الفوسفور في الماء المغلي.

-يمكن الحصول عليها عن طريق تسخين الفسفور بمزيج من بخار الماء والهواء:

P₄ (ل) + 5 O₂ (ز) => ف₄O₁₀ (S)

P₄O₁₀ (ق) + ح₂O (ز) => 4H₃PO₄ (L)

المخاطر

-نظرًا لأن ضغط البخار منخفض في درجة حرارة الغرفة ، فمن غير المحتمل أن يتم استنشاق الأبخرة ، ما لم يتم رش الحمض. إذا كان الأمر كذلك ، فإن أعراض الاستنشاق تشمل: السعال والتهاب الحلق وضيق التنفس والتعب الشاق.

-يستشهد الأدب بحالة بحار تعرض لأبخرة حمض الفوسفوريك لفترة طويلة من الزمن. عانى من ضعف عام وسعال جاف وآلام في الصدر ومشاكل في الجهاز التنفسي. بعد سنة من التعرض ، لوحظ ضعف مجرى الهواء التفاعلي.

-تلامس الجلد مع حامض الفوسفوريك يمكن أن يسبب الاحمرار والألم والبثور وحروق الجلد.

-يمكن أن ينتج عن ملامسة الحمض بالعينين ، اعتمادًا على تركيزه ومدة التلامس ، في هذه الآفات النسيجية المسببة للتآكل أو الحروق الشديدة مع تلف دائم في العين..

-يسبب تناول الحمض احتراقًا في الفم والحلق ، وحرقانًا وراء القص ، وألم في البطن ، وقيء ، وصدمة ، وانهيار..

مراجع

1. الجمعية الملكية للكيمياء. (2015). حامض الفوسفوريك. مأخوذة من: chemspider.com
2. المركز الكندي للصحة والسلامة المهنية. (1999). حمض الفوسفوريك - الآثار على الصحة. مأخوذة من: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). حامض الفسفوريك "مجموعة متنوعة من استخدامات هذا المركب الكيميائي." مأخوذة من: acidos.info
4. جيمس ب. سميث ، والتر إ. براون ، وجيمس ل. (1955). هيكل حمض الفوسفوريك البلوري. جيه. آم.ش.م.س 77 ، 10 ، 2728-2730
5. ويكيبيديا. (2018). أحماض الفوسفوريك والفوسفات. مأخوذة من: en.wikipedia.org
6. العلم ممتع ، تعرف على حمض الفوسفوريك. [PDF]. مأخوذة من: scifun.chem.wisc.edu