ÀCID FOSFÒRIC (H3PO4): ESTRUCTURA, PROPIETATS, USOS - QUIMICA - 2026

L' àcid fosfòric és un oxoàcid de l'fòsfor que té per fórmula química H ₃ PO ₄. Consisteix en un àcid mineral en què tres protons àcids estan enllaçats a l'anió fosfat (PO ₄ ^3-). Tot i que no es considera un àcid fort, el seu ús inadequat pot presentar un risc per a la salut.

Pot trobar-se en dos estats: com un sòlid sota la forma de cristalls ortorrómbicos gruixuts, o un líquid cristal·lí d'aspecte de xarop. La seva presentació comercial més usual té una concentració de el 85% p / pi una densitat de 1,685 g / cm ³. Aquesta densitat ve de la mà de la concentració.

A la imatge superior es mostra una molècula individual de l'àcid fosfòric. By Va llegir, from Wikimedia Commons

Els tres grups OH són els responsables de donar els hidrògens àcids. A causa de la presència d'ells en la seva estructura, pot reaccionar amb diferents hidròxids originant diverses sals.

En el cas de l'hidròxid de sodi, pot formar 3: fosfat monobásico de sodi (NaH ₂ PO ₄), fosfat dibàsic de sodi (Na ₂ HPO ₄) i fosfat tribàsic de sodi (Na ₃ PO ₄).

No obstant això, depenent de quin base s'utilitzi per a la seva neutralització, o què cations estiguin molt a prop seu, pot formar altres sals de fosfats. Entre elles estan: fosfat de calci (Ca ₃ (PO ₄) ₂), fosfat de liti (Li ₃ PO ₄), fosfat fèrric (FePO ₄), i altres. Cadascuna amb els seus diferents graus de protonació de l'anió fosfat.

D'altra banda, l'àcid fosfòric pot "segrestar" cations divalents com el Fe ²⁺, Cu ²⁺, Ca ²⁺ i Mg ²⁺. A temperatures elevades pot reaccionar amb si mateix amb la pèrdua d'una molècula d'H ₂ O, formant dímers, trímers i polímers d'àcids fosfòrics.

Aquest tipus de reacció fa que aquest compost sigui capaç d'establir un gran nombre d'estructures amb esquelets de fòsfor i oxigen, de les quals també poden obtenir una àmplia gamma de sals conegudes com els polifosfats.

Respecte al seu descobriment, va ser sintetitzat en 1694 per Robert Boyle, dissolent P ₂ O ₅ (pentòxid de fòsfor) en aigua. És un dels àcids minerals amb major utilitat, sent la seva funció com a fertilitzant la de major importància. El fòsfor, juntament amb el potassi i el nitrogen constitueixen els tres principals nutrients de les plantes.

estructura química

By No machine-readable Autor provided. H Padleckas assumed (based on copyright claims)., Via Wikimedia Commons

L'àcid fosfòric consisteix en un enllaç P = O-tres P-OH, on aquests últims són els portadors dels hidrògens àcids alliberats en un mitjà de dissolució. Amb l'àtom de fòsfor situant-se en el centre, els oxígens dibuixen una mena de tetraedre molecular.

D'aquesta manera, l'àcid fosfòric pot visualitzar com un tetraedre. Des d'aquesta perspectiva aquests tetraedres (per unitats d'H ₃ PO ₄) interaccionen entre ells mitjançant ponts d'hidrogen; és a dir, els seus vèrtexs s'aproximen estretament.

Aquestes interaccions intermoleculars permeten que l'àcid fosfòric cristal·litzi en dos sòlids: l'anhidre i el hemihidrato (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), tots dos amb sistemes cristal·lins monoclínics. La seva forma anhidra també pot descriure amb la fórmula: 3H ₂ O · P ₂ O ₅, el que és igual a un pentòxid de fòsfor tri-hidratat.

Els tetràedres poden arribar fins i tot a enllaçar covalentment, però per a això una de les seves unitats ha d'eliminar una molècula d'aigua mitjançant la deshidratació. Això passa quan el H ₃ PO ₄ se sotmet a escalfament, i genera com a conseqüència la formació d'àcids polifosfòrics (PA).

Àcid pirofosfòric (H

El més simple de tots els PA és el àcid pirofosfòric (H ₄ P ₂ O ₇), també conegut com àcid pirofosfórico. L'equació química de la seva formació és la següent:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

L'equilibri depèn de la quantitat d'aigua i la temperatura. Quina és la seva estructura? A la imatge de l'apartat s'il·lustren a la cantonada superior esquerra les estructures de l'àcid ortofosfòric i de l'pirofosfórico.

Dues unitats s'uneixen covalentment a l'eliminar-se una molècula d'aigua, formant-se un pont d'oxigen P-O-P entre elles. Ara no són tres hidrògens àcids, sinó quatre (quatre grups -OH). A causa d'això, l'H ₄ P ₂ O ₇ presenta quatre constants de ionització k _a.

àcids polifosfòrics

La deshidratació pot prosseguir amb l'àcid pirofosfórico si l'escalfament continua. Per què? Perquè en cada extrem de la seva molècula hi ha un grup OH que pot eliminar-se com molècula d'aigua, promovent així el posterior creixement de l'esquelet P-O-P-O-P…

Exemples d'aquests àcids són els àcids tripolifosfórico i tetrapolifosfórico (tots dos il·lustrats en la imatge). Es pot observar com l'esquelet P-O-P s'allarga en una mena de cadena conformada per tetraedres.

Aquests compostos poden representar-se amb la fórmula HO (PO ₂ OH) _x H, on HO és l'extrem esquerre que pot deshidratar-se. PO ₂ OH és l'esquelet de fòsfor amb els enllaços P = O i OH; ix són les unitats o molècules d'àcids fosfòrics necessàries per a l'obtenció d'aquesta cadena.

Quan aquests compostos es neutralitzen amb una base completament, s'origina els anomenats polifosfats. Depenent de quina cations dels envoltin, formen una àmplia varietat de sals de polifosfats.

D'altra banda, si reaccionen amb alcohols ROH, els hidrògens del seu esquelet se substitueixen pels substituents alquílics R-. Així, sorgeixen els èsters de fosfats (o polifosfats): RO (PO ₂ O) _x R. Només cal substituir els H per R en totes les estructures de la imatge de l'apartat per obtenir-los.

Àcids polifosfòrics cíclics

Les cadenes P-O-P poden fins i tot tancar-se en un anell o cicle fosfòric. El més simple d'aquest tipus de compost és l'àcid trimetafosfórico (part superior dreta de la imatge). Així, els PA poden ser lineals, cíclics; o si els seus estructures exhibeixen ambdós tipus, ramificats.

Nomenclatura

Font: commons.wikimedia.org

La nomenclatura de l'àcid fosfòric ve dictaminada per la IUPAC i el com es nomena les sals ternàries dels oxoàcids.

A causa que en l'H ₃ PO ₄ l'àtom de P té valència +5, la de major valor, al seu àcid se li assigna el sufix -ic a el prefix fosfor-.

orto

No obstant això, a l'àcid fosfòric també se li diu comunament àcid ortofosfòric. Per què? Perquè la paraula 'orto' és grega i significa 'veritable'; el que es traduiria en la "forma veritable" o "més hidratada" de la mateixa.

Quan el anhidre fosfòric s'hidrata amb un excés d'aigua (P ₄ O ₁₀, la "gorra" de fòsfor de la imatge superior) es produeix H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅). Així, se li adjudica el prefix orto a aquells àcids formats amb abundant aigua.

Piro

El prefix piro es refereix a tot compost originat després de l'aplicació de calor, ja que el àcid pirofosfòric sorgeix a partir de la deshidratació tèrmica de l'àcid fosfòric. Se li crida per tant àcid pirofosfórico (2H ₂ O · P ₂ O ₅).

meta

El prefix meta, que també és una paraula grega, significa 'després'. S'agrega a aquelles substàncies la fórmula ha eliminat una molècula, en aquest cas, la de l'aigua:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Cal notar que aquesta vegada no passa l'addició de dues unitats fosfóricas per formar el àcid pirofosfòric, sinó que en lloc d'això s'obté l'àcid metafosfórico (de el qual no hi ha evidències de la seva existència).

Així mateix és important ressaltar que aquest àcid pot descriure com H ₂ O · P ₂ O ₅ (semblant a l'hemidrato, multiplicant HPO ₃ per 2). El prefix meta ve perfectament d'acord amb els PA cíclics, ja que si el àcid trifosfòric es deshidrata, però no afegeix una altra unitat H ₃ PO ₄ per convertir-se en àcid tetrafosfórico, llavors ha de formar un anell.

I així passa el mateix amb altres àcids polimetafosfóricos, encara que la IUPAC recomana cridar-los com a compostos cíclics dels corresponents PA.

propietats

fórmula molecular

H ₃ PO ₄

pes molecular

97,994 g / mol

aspecte físic

En la seva forma sòlida presenta cristalls ortorrómbicos, higroscòpics i transparents. Sota la forma líquida és cristal·lí d'aspecte d'un xarop viscós.

Comercialment s'aconsegueix en dissolució aquosa amb una concentració de el 85% p / p. En totes aquestes presentacions no té olor.

Punts d'ebullició i de fusió

158º C (316º F a 760 mmHg).

108º F (42,2º C).

Solubilitat en aigua

548 g / 100 g de H ₂ O a 20º C; 369,4 g / 100 ml a 0,5º C; 446 g / 100m a 14,95º C.

densitat

1,892 g / cm ³ (sòlid); 1,841 g / cm ³ (solució a el 100%); 1,685 g / cm ³ (solució a l'85%); 1,334 g / cm ³ solució a l'50%) a 25ºC.

Densitat de el vapor

Relatiu a l'aire 3,4 (aire = 1).

acte ignició

No és inflamable.

viscositat

3,86 mPoise (solució a l'40% a 20 º C).

acidesa

pH: 1,5 (solució 0,1 N en aigua)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 i pKa3 = 12,319. Per tant, el seu hidrogen més àcid és el primer.

descomposició

A l'escalfar-allibera òxids de fòsfor. Si la temperatura s'eleva a 213º C o més es converteix en àcid pirofosfórico (H ₄ P ₂ O ₇).

Corrosivitat

Corrosiu a metalls fèrrics i alumini. A l'reaccionar amb aquests metalls s'origina el gas combustible hidrogen.

polimerització

Polimeritza violentament amb compostos azo, epòxids i compostos polimeritzables.

usos

Sales de fosfats i usos generals

-El àcid fosfòric serveix de base per a elaboració de fosfats, els quals es fan servir com a fertilitzants causa que el fòsfor és un nutrient principal de les plantes.

-Ha estat usat en el tractament d'enverinament amb plom i altres condicions en les quals es requereixen quantitats importants de fosfat i la producció d'una acidosi lleu.

-Es fa servir per controlar el pH de l'tracte urinari de visons i despeses per tal d'evitar la formació de càlculs renals.

-El àcid fosfòric origina les sals Na ₂ HPO ₄ i NaH ₂ PO ₄ que constitueixen un sistema amortidor de l'pH amb un pKa de 6,8. Aquest sistema regulador de l'pH està present en l'home, tenint importància en la regulació de l'pH intracel·lular, així com en el maneig de la concentració d'hidrogen en els túbuls distal i col·lector de les nefrones.

-Es fa servir en l'eliminació de la capa florida d'òxid de ferro que s'acumula sobre aquest metall. L'àcid fosfòric forma fosfat de ferro que pot ser retirat fàcilment de la superfície metàl·lica. També s'utilitza en el polit elèctric de l'alumini i és un agent enllaçant de productes refractaris com l'alúmina i la magnèsia.

industrials

-El àcid fosfòric és destinat com a agent catalític en l'elaboració de l'Nylon i la gasolina. S'usa com a agent deshidratant en el gravat litogràfic, en l'elaboració de tints per al seu ús en la indústria tèxtil, en el procés de coagulació de el làtex en la indústria cauchera i en la purificació de l'peròxid d'hidrogen.

-El àcid s'empra com a additiu en les begudes gasoses contribuint d'aquesta manera al seu sabor. Diluït s'aplica en el procés de refinació de l'sucre. Així mateix actua com a sistema amortidor en la preparació de l'pernil, la gelatina i els antibiòtics.

-Intervé en l'elaboració dels detergents, en la catàlisi àcida de la producció de l'acetilè.

-Es fa servir com acidulant en aliments balancejats destinats a la indústria ramadera i les mascotes. La indústria farmacèutica l'utilitza en la fabricació de medicaments antiemètics. També s'aprofita en una barreja per fabricar asfalt per pavimentar el terra i reparar les esquerdes.

-El àcid fosfòric actua com a catalitzador en la reacció d'hidratació dels alquens per produir alcohol, principalment etanol. A més, s'utilitza en la determinació de carbó orgànic en sòls.

odontològics

És usat pels odontòlegs per netejar i condicionar la superfície dental abans de la col·locació dels suports dentals. Així mateix troba ús en el blanquejament dental i en l'eliminació de les plaques dentals. A més, s'utilitza en la fabricació de coles per a les pròtesis dentals.

cosmètics

L'àcid fosfòric és usat per ajustar el pH en l'elaboració de productes cosmètics i per a la cura de la pell. És usat com un agent oxidant químic per a la producció de carbó activat.

Formació de l'àcid fosfòric

-Es prepara àcid fosfòric a partir de roques de fosfat de l'tipus apatita, mitjançant la seva digestió amb àcid sulfúric concentrat:

Ca ₃ (PO ₄) ₂ + 3 H ₂ SO ₄ + 6 H ₂ O => 2 H ₃ PO ₄ + 3 (CAS ₄.2H ₂ O)

L'àcid fosfòric obtingut en aquesta reacció és de baixa puresa, per la qual cosa se sotmet a un procés de purificació que inclou precipitació, extracció amb solvent, cristal·lització i tècniques d'intercanvi iònic.

-Es pot produir àcid fosfòric dissolent el pentòxid de fòsfor en aigua bullent.

-També pot obtenir escalfant fòsfor amb una barreja d'aire i vapor d'aigua:

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (es)

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

Riscos

-A causa de que la seva pressió de vapor és baixa a temperatura ambient, és poc probable que puguin inhalar-seus vapors, llevat que es ruixeu l'àcid. Si és així, els símptomes de la seva inhalació comprenen: tos, mal de coll, escurçament de la respiració i respiració treballosa.

-A la literatura es cita el cas d'un mariner que va estar exposat a vapors d'àcid fosfòric per un llarg període de temps. Va patir debilitat general, tos seca, dolor toràcic i problemes respiratoris. A el cap d'un any de l'exposició, es va observar una disfunció reactiva de les vies respiratòries.

-El contacte cutani amb l'àcid fosfòric pot produir enrogiment, dolor, butllofes i cremades de la pell.

-El contacte de l'àcid amb els ulls, depenent de la seva concentració i la durada de l'contacte, pot produir en aquests, lesions corrosives tissulars o cremades severes amb dany ocular permanent.

-La ingestió de l'àcid provoca cremada a la boca i gola, sensació d'ardor més enllà de l'estern, dolor abdominal, vòmits, xoc i col·lapse.

referències

1. Royal Society of Chemistry. (2015). Phosphoric acid. Pres de: chemspider.com
2. Centre Canadenca de Salut i Seguretat Ocupacional. (1999). Àcid fosfòric - Efectes en la Salut. Pres de: ccsso.ca
3. Acidos.Info. (2018). Àcid fosfòric »Varietat De Usos D'Aquest Compost Químic. Pres de: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown, and James R. Lehr. (1955). Structure of Crystalline Phosphoric Acid. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Phosphoric àcids and Phosphates. Pres de: en.wikipedia.org
6. Science is Fun. Learn About Phosphoric Acid.. Pres de: scifun.chem.wisc.edu