AXIT PHOTPHORIC (H3PO4): CẤU TẠO, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các axit photphoric là một axit oxo của phốt pho có công thức hóa học H ₃ PO ₄ . Nó bao gồm một axit khoáng trong đó ba proton có tính axit được liên kết với anion photphat (PO ₄ ^3– ). Mặc dù nó không được coi là một axit mạnh, nhưng việc sử dụng không đúng cách có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe.

Nó có thể được tìm thấy ở hai trạng thái: ở dạng chất rắn ở dạng tinh thể hình thoi dày, hoặc chất lỏng kết tinh có dạng xirô. Dạng trình bày thương mại phổ biến nhất của nó có nồng độ 85% w / w và mật độ 1,685 g / cm ³ . Mật độ này đến từ bàn tay của sự tập trung.

Hình ảnh trên cho thấy một phân tử đơn lẻ của axit photphoric. Bởi Leyo, từ Wikimedia Commons

Ba nhóm OH có trách nhiệm tạo ra các hydro có tính axit. Do sự hiện diện của chúng trong cấu trúc của nó, nó có thể phản ứng với các hydroxit khác nhau, tạo ra các muối khác nhau.

Trong trường hợp natri hydroxit, nó có thể tạo thành ba chất: natri photphat đơn bazơ (NaH ₂ PO ₄ ), natri photphat đi bazơ (Na ₂ HPO ₄ ) và natri photphat tribasic (Na ₃ PO ₄ ).

Tuy nhiên, tùy thuộc vào bazơ nào được sử dụng để trung hòa hoặc các cation nào rất gần với nó, nó có thể tạo thành các muối photphat khác. Trong số đó có: canxi photphat (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), photphat liti (Li ₃ PO ₄ ), photphat sắt (FePO ₄ ), và những loại khác. Mỗi loại có mức độ proton hóa khác nhau của anion photphat.

Mặt khác, axit photphoric có thể "cô lập" các cation hóa trị hai như Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ và Mg ²⁺ . Ở nhiệt độ cao, nó có thể tự phản ứng với việc mất phân tử H ₂ O, tạo thành các chất dimer, trime và polyme của axit photphoric.

Loại phản ứng này làm cho hợp chất này có khả năng thiết lập một số lượng lớn cấu trúc với bộ xương phốt pho và oxy, từ đó cũng có thể thu được nhiều loại muối được gọi là polyphotphat.

Về khám phá của nó, nó được tổng hợp vào năm 1694 bởi Robert Boyle, hòa tan P ₂ O ₅ (photpho pentoxit) trong nước. Nó là một trong những axit khoáng hữu ích nhất, chức năng của nó như một loại phân bón là quan trọng nhất. Phốt pho, cùng với kali và nitơ, là ba chất dinh dưỡng chính của cây trồng.

Cấu tạo hóa học

Không có tác giả đọc được bằng máy được cung cấp. H Padleckas giả định (dựa trên khiếu nại về bản quyền). , qua Wikimedia Commons

Axit photphoric bao gồm một liên kết P = O và ba P-OH, trong đó liên kết sau là chất mang hydro axit được giải phóng trong môi trường hòa tan. Với nguyên tử phốt pho ở trung tâm, các oxy sẽ vẽ một loại tứ diện phân tử.

Theo cách này, axit photphoric có thể được hình dung như một tứ diện. Từ góc độ này, các tứ diện (bởi H ₃ PO ₄ đơn vị ) tương tác với nhau thông qua các liên kết hydro; tức là các đỉnh của chúng gần đúng.

Tương tác giữa các phân tử này cho phép axit photphoric kết tinh thành hai chất rắn: chất khan và chất hemihydrat (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O), cả hai đều có hệ tinh thể đơn tà. Dạng khan của nó cũng có thể được mô tả với công thức: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ , tương đương với một pentoxit phốt pho ba ngậm nước.

Các tứ diện thậm chí có thể trở thành liên kết cộng hóa trị, nhưng đối với điều này, một trong các đơn vị của chúng phải loại bỏ một phân tử nước thông qua quá trình khử nước. Điều này xảy ra khi H ₃ PO ₄ bị nung nóng, và do đó tạo ra sự hình thành các axit polyphosphoric (PA).

Axit điphotphoric (H

Đơn giản nhất của tất cả các PA là axit diphosphoric (H ₄ P ₂ O ₇ ), còn được gọi là axit pyrophosphoric. Phương trình hóa học của sự hình thành nó như sau:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

Sự cân bằng phụ thuộc vào lượng nước và nhiệt độ. Cấu trúc của nó là gì? Trong hình ảnh trong phần, cấu trúc của axit orthophosphoric và axit pyrophosphoric được minh họa ở góc trên bên trái.

Hai đơn vị liên kết cộng hóa trị khi một phân tử nước bị loại bỏ, tạo thành cầu nối oxy P - O - P giữa chúng. Bây giờ chúng không phải là ba hydrogens có tính axit, mà là bốn (bốn nhóm -OH). Do đó, H ₄ P ₂ O ₇ có bốn hằng số ion hóa k _a .

Axit polyphosphoric

Quá trình khử nước có thể xảy ra với axit pyrophosphoric nếu tiếp tục đun nóng. Tại sao? Bởi vì ở mỗi đầu của phân tử của nó có một nhóm OH có thể bị loại bỏ giống như phân tử nước, do đó thúc đẩy sự phát triển sau này của bộ xương P - O - P - O - P …

Ví dụ về các axit này là axit tripolyphosphoric và tetrapolyphosphoric (cả hai đều được minh họa trong hình ảnh). Có thể quan sát thấy xương sống P - O - P kéo dài như thế nào trong một loại chuỗi được tạo thành từ các tứ diện.

Các hợp chất này có thể được biểu diễn bằng công thức HO (PO ₂ OH) _x H, trong đó HO là đầu bên trái có thể khử nước. PO ₂ OH là xương sống của phốt pho với các liên kết P = O và OH; và x là các đơn vị hoặc phân tử axit photphoric cần thiết để có được chuỗi này.

Khi các hợp chất này được trung hòa hoàn toàn với một bazơ, cái gọi là polyphotphat được tạo ra. Tùy thuộc vào các cation bao quanh chúng, chúng tạo thành nhiều loại muối polyphosphat.

Mặt khác, nếu chúng phản ứng với rượu ROH, các hydro trong xương sống của chúng được thay thế bằng nhóm thế R– alkyl. Do đó, các este photphat (hoặc polyphotphat) phát sinh: RO (PO ₂ OR) _x R. Chỉ cần thay H cho R trong tất cả các cấu trúc của hình ảnh của phần để thu được chúng là đủ.

Axit polyphosphoric mạch vòng

Các chuỗi P - O - P thậm chí có thể đóng lại trên một vòng hoặc chu trình photphoric. Đơn giản nhất của loại hợp chất này là axit trimetaphosphoric (góc trên bên phải của hình ảnh). Như vậy, AP có thể là tuyến tính, theo chu kỳ; hoặc nếu cấu trúc của chúng thể hiện cả hai loại, phân nhánh.

Danh pháp

Nguồn: commons.wikimedia.org

Danh pháp của axit photphoric được quy định bởi IUPAC và cách đặt tên các muối bậc ba của axit oxo.

Vì trong H ₃ PO ₄ nguyên tử P có hóa trị +5, giá trị cao nhất, axit của nó được gán hậu tố -ico cho tiền tố phosphor-.

Ortho

Tuy nhiên, axit photphoric cũng thường được gọi là axit orthophosphoric. Tại sao? Bởi vì từ 'ortho' là tiếng Hy Lạp và có nghĩa là 'đúng'; sẽ dịch thành "dạng thực" hoặc "ngậm nước hơn" của nó.

Khi photphoric khan được ngậm nước bằng một lượng nước dư (P ₄ O ₁₀ , “nắp” photpho trong hình trên), H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ ) được tạo ra. Do đó, tiền tố ortho được gán cho những axit được tạo thành với nhiều nước.

Pyro

Tiền tố pyro đề cập đến bất kỳ hợp chất nào có nguồn gốc sau khi tác dụng nhiệt, vì axit diphosphoric phát sinh từ sự mất nước nhiệt của axit photphoric. Do đó nó được gọi là axit pyrophosphoric (2H ₂ O · P ₂ O ₅ ).

Mục tiêu

Tiền tố meta, cũng là một từ Hy Lạp, có nghĩa là 'sau'. Nó được thêm vào những chất có công thức đã loại bỏ một phân tử, trong trường hợp này, là nước:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

Lưu ý rằng lần này quá trình cộng hai đơn vị photphoric không xảy ra để tạo thành axit diphosphoric, mà thay vào đó là axit ẩnphotphoric thu được (không có bằng chứng về sự tồn tại của nó).

Cũng cần lưu ý rằng axit này có thể được mô tả là H ₂ O · P ₂ O ₅ (tương tự như hemidrate, nhân HPO ₃ với 2). Tiền tố meta hoàn toàn phù hợp với PA có chu kỳ, vì nếu axit triphosphoric khử nước, nhưng không thêm một _{đơn vị} H ₃ PO _{4 khác} để trở thành axit tetraphosphoric, thì nó phải tạo thành vòng.

Và điều này cũng tương tự với các axit polymetaphosphoric khác, mặc dù IUPAC khuyến nghị gọi chúng là các hợp chất mạch vòng của các PA tương ứng.

Tính chất

Công thức phân tử

H ₃ PO ₄

Trọng lượng phân tử

97,994 g / mol

Ngoại hình

Ở thể rắn, nó có các tinh thể hình thoi, hút ẩm và trong suốt. Ở dạng lỏng, nó là tinh thể với sự xuất hiện của một xi-rô nhớt.

Nó được bán trên thị trường ở dạng dung dịch nước với nồng độ 85% w / w. Trong tất cả các bài thuyết trình này, nó không có mùi.

Điểm sôi và nóng chảy

158 ° C (316 ° F ở 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Khả năng hòa tan trong nước

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

Tỉ trọng

1,892 g / cm ³ (rắn); 1,841 g / cm ³ (dung dịch 100%); 1,685 g / cm ³ (dung dịch 85%); 1.334 g / cm ³ dung dịch 50%) ở 25 ° C.

Mật độ hơi

Tương đối với không khí 3,4 (không khí = 1).

Đánh lửa tự động

Nó không dễ cháy.

Độ nhớt

3,86 mPoise (dung dịch 40% ở 20 ° C).

Tính axit

pH: 1,5 (dung dịch 0,1 N trong nước)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 và pKa3 = 12,319. Do đó, hydro có tính axit nhất của bạn là đầu tiên.

Sự phân hủy

Khi đun nóng, nó giải phóng các oxit photpho. Nếu nhiệt độ tăng lên đến 213º C hoặc hơn, nó trở thành axit pyrophosphoric (H ₄ P ₂ O ₇ ).

Ăn mòn

Ăn mòn kim loại đen và nhôm. Phản ứng với các kim loại này tạo ra khí nhiên liệu hydro.

Sự trùng hợp

Polyme hóa dữ dội với các hợp chất azo, epoxit và các hợp chất có thể polyme hóa.

Các ứng dụng

Muối photphat và công dụng chung

- Axit photphoric là cơ sở để tạo ra photphat, được dùng làm phân bón vì photpho là chất dinh dưỡng chính của cây.

-Nó đã được sử dụng trong điều trị nhiễm độc chì và các điều kiện khác, trong đó cần một lượng đáng kể phốt phát và tạo ra nhiễm toan nhẹ.

-Nó dùng để kiểm soát độ pH trong đường tiết niệu của chồn và chi nhằm tránh sự hình thành sỏi thận.

- Axit photphoric tạo ra muối Na ₂ HPO ₄ và NaH ₂ PO ₄ tạo thành hệ đệm pH với pKa là 6,8. Hệ thống điều chỉnh pH này có ở con người, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh pH nội bào, cũng như trong việc quản lý nồng độ hydro trong các ống thu và xa của nephron.

-Nó được sử dụng để loại bỏ lớp ẩm mốc của oxit sắt tích tụ trên kim loại này. Axit photphoric tạo thành photphat sắt có thể dễ dàng loại bỏ khỏi bề mặt kim loại. Nó cũng được sử dụng trong đánh bóng điện của nhôm và là chất kết dính cho các sản phẩm chịu lửa như alumin và magnesia.

Công nghiệp

-Axit photphoric được dùng làm chất xúc tác trong sản xuất Nilon và xăng. Nó được sử dụng như một chất khử nước trong khắc in thạch bản, trong sản xuất thuốc nhuộm để sử dụng trong ngành dệt may, trong quá trình đông tụ mủ trong ngành công nghiệp cao su và trong quá trình tinh chế hydrogen peroxide.

-Acid được sử dụng như một chất phụ gia trong nước giải khát, do đó góp phần vào hương vị của nó. Pha loãng được áp dụng trong quá trình tinh chế đường. Nó cũng hoạt động như một hệ thống đệm trong việc chuẩn bị giăm bông, gelatin và thuốc kháng sinh.

-Nó tham gia vào quá trình sản xuất chất tẩy rửa, trong xúc tác axit của quá trình sản xuất axetylen.

-Nó được sử dụng làm chất chua trong thức ăn cân bằng cho ngành chăn nuôi và vật nuôi. Ngành công nghiệp dược phẩm sử dụng nó trong sản xuất thuốc chống nôn. Nó cũng được sử dụng trong một hỗn hợp để làm nhựa đường để lát nền và sửa chữa các vết nứt.

- Axit photphoric đóng vai trò là chất xúc tác trong phản ứng hiđrat hóa các anken để tạo ra rượu, chủ yếu là etanol. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để xác định cacbon hữu cơ trong đất.

Nha khoa

Nó được các nha sĩ sử dụng để làm sạch và dưỡng bề mặt răng trước khi đặt mắc cài răng. Nó cũng được sử dụng trong việc làm trắng răng và loại bỏ các mảng bám răng. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong sản xuất chất kết dính để phục hình răng.

Mỹ phẩm

Axit photphoric được sử dụng để điều chỉnh độ pH trong các sản phẩm mỹ phẩm và chăm sóc da. Nó được sử dụng như một chất oxy hóa hóa học để sản xuất than hoạt tính.

Sự hình thành axit photphoric

- Axit photphoric được điều chế từ đá photphat thuộc loại apatit, bằng cách phân hủy với axit sunfuric đặc:

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)

Axit photphoric thu được trong phản ứng này có độ tinh khiết thấp, đó là lý do tại sao nó phải trải qua quá trình tinh chế bao gồm các kỹ thuật kết tủa, chiết xuất dung môi, kết tinh và trao đổi ion.

- Axit photphoric có thể được sản xuất bằng cách hòa tan photpho pentoxit trong nước sôi.

-Nó cũng có thể thu được bằng cách đun nóng photpho với hỗn hợp không khí và hơi nước:

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)

Rủi ro

-Vì áp suất hơi của nó thấp ở nhiệt độ phòng, hơi của nó khó có thể bị hít vào trừ khi axit được phun. Nếu vậy, các triệu chứng của đường hô hấp bao gồm: ho, đau họng, khó thở và khó thở.

-Trong tài liệu, trường hợp một thủy thủ tiếp xúc với khói axit photphoric trong một thời gian dài được trích dẫn. Anh ta bị suy nhược chung, ho khan, đau ngực và khó thở. Trong vòng một năm kể từ khi tiếp xúc, rối loạn chức năng đường thở phản ứng đã được quan sát thấy.

- Da tiếp xúc với axit photphoric có thể gây đỏ, đau, phồng rộp và bỏng da.

- Sự tiếp xúc của axit với mắt, tùy thuộc vào nồng độ của nó và thời gian tiếp xúc, có thể tạo ra các vết thương ăn mòn mô hoặc bỏng nặng với tổn thương mắt vĩnh viễn.

- Nuốt phải axit gây bỏng rát trong miệng và cổ họng, cảm giác nóng rát ngoài xương ức, đau bụng, nôn mửa, sốc và suy sụp.

Người giới thiệu

1. Hiệp hội Hóa học Hoàng gia. (2015). Axit photphoric. Lấy từ: chemspider.com
2. Trung tâm An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Canada. (1999). Axit photphoric - Ảnh hưởng đến sức khỏe. Lấy từ: ccsso.ca
3. Axit.Info. (2018). Axit photphoric »Các loại sử dụng của hợp chất hóa học này. Lấy từ: acidos.info
4. James P. Smith, Walter E. Brown và James R. Lehr. (Năm 1955). Cấu trúc của tinh thể axit photphoric. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
5. Wikipedia. (2018). Axit photphoric và photphat. Lấy từ: en.wikipedia.org
6. Khoa học thật thú vị. Tìm hiểu về Axit photphoric. . Lấy từ: scifun.chem.wisc.edu