Kyselina ortofosforečná (kyselina fosforečná) je anorganická trojsytná kyselina střední síly. Čistá látka jsou průhledné hygroskopické krystaly.
Chemický vzorec kyseliny fosforečné:
Fyzikální vlastnosti kyseliny fosforečné:
- pevný stav agregace;
- molární hmotnost 98 g/mol;
- ve své čisté formě nemá krystalická látka barvu;
- teplota tání 42,35 °C;
- bod varu +158 °C;
- krystalizuje v monoklinické krystalové soustavě.
V pevném stavu je látka hygroskopická a může se šířit vzduchem. Kyselina fosforečná je mísitelná s vodou v jakémkoli poměru. Nejběžnější koncentrace roztoku jsou:
Pouze disociace v prvním stupni (exotermická) je doprovázena uvolňováním tepla. Ve druhém a třetím stupni se teplo absorbuje, to znamená, že proces je endotermický:
Sloučenina vykazuje vlastnosti kyseliny, která není oxidačním činidlem, když reaguje s látkami, jako jsou:
- soli;
- hydroxidy kovů;
- oxidy;
- kovy.
Zahřívání kyseliny fosforečné je doprovázeno eliminací vody. V důsledku toho se tvoří kyselina pyrofosforečná a kyselina metafosforečná:
Kyselina ortofosforečná se od ostatních kyselin fosforečných liší interakcí s dusičnanem stříbrným. V důsledku této reakce lze pozorovat žlutou sraženinu. Pokud se reakce účastní další kyseliny fosforečné, bude barva sraženiny bílá:
V laboratorních podmínkách se sloučenina získává v procesu oxidace fosforu kyselinou dusičnou:
Hlavní průmyslové metody syntézy kyseliny fosforečné:
Technologie výroby kyseliny fosforečné, založená na tepelné metodě, zahrnuje spalování fosforu na oxid fosforečný (V), který následně interaguje s vodou:
V praxi se k realizaci této chemické interakce používají různé metody.
IG proces (pojmenovaný po IG) zahrnuje tyto reakce, které se provádějí v jediné reakční koloně. Fosfor se do něj čerpá pomocí stlačeného vzduchu nebo páry o tlaku 1,5 MPa tryskou, jejíž spalovací teplota je více než 2000 °C.
Oxid fosforečný získaný jako výsledek procesu je absorbován kyselinou fosforečnou stékající shora podél stěn kolony. Stěny kolony jsou tak zcela pokryty kyselinou. Látka plní několik funkcí najednou:
- rozpuštění oxidu fosforečného;
- odvod tepla z procesu chemického spalování;
- ochrana sloupové konstrukce před účinky požáru.
Výsledná kyselina fosforečná se koncentruje v komoře na dně kolony. Směs je transportována přes výměník tepla, vstupuje do horní části kolony a opět stéká po stěnách.
Zařízení používané v chemickém průmyslu pro syntézu kyseliny fosforečné je vyrobeno z nerezové nízkouhlíkové oceli. Tento materiál je stabilní a nereaguje s koncentrovanou kyselinou fosforečnou při teplotě nepřesahující 100 °C.
Charakteristickým rysem kyseliny fosforečné syntetizované pomocí této techniky je minimální koncentrace nečistot sloučenin v nižších oxidačních stavech. Například sloučenina obsahuje kyselinu fosforitou H3PO3, jejíž podíl je 0,1 %.
Vzniklá kyselina je čištěna od nečistoty arsenu, který se vyznačuje přítomností v malých koncentracích i ve velmi čistém fosforu. Toto čištění se provádí působením sirovodíku (získá se přidáním sulfidu sodného ke kyselině fosforečné) a filtrací po vysrážení sulfidu arsenu.
Tyto chemické reakce jsou základem TVA proces (z úřadu Tennessee Valley Authority). Rozdíl oproti předchozí technologii je v tom, že spalování fosforu a absorpce oxidu fosforečného jsou realizovány odděleně.
Fosfor a vzduch jsou přiváděny do ocelové spalovací komory, která je doplněna externím chlazením. Produkty spalování jsou pak transportovány přes horní část komory do absorpční sekce pro další tvorbu kyseliny fosforečné.
В Hoechstův proces (podle názvu společnosti Hoechst) jsou spalovací a absorpční reakce odděleny. Rozdíl mezi touto technologií syntézy kyseliny fosforečné a jinými metodami spočívá ve využití tepla, které se uvolňuje při spalování fosforu, k výrobě páry.
Při realizaci extrakční metoda Při syntéze kyseliny fosforečné se přírodní fosfáty upravují anorganickými kyselinami. V běžných případech se k tomuto účelu používá koncentrát apatitu Khibiny a fosforitany Karatau.
Zpracování fosfátů se v průmyslu aktivně využívalo již v polovině 1880. let XNUMX. století. Tento směr se začal rozvíjet po druhé světové válce, což bylo vysvětleno vysokou poptávkou po minerálních hnojivech v zemědělství.
Proces extrakce kyselinou fosforečnou. Rovnice rozkladového schématu surovin, kde parametr x může být roven 0,1 až 2,2:
V důsledku toho vzniká vedlejší produkt ve formě síranu vápenatého. Tato látka je při určité teplotě a koncentraci kyseliny fosforečné schopna vysrážet se ve formě dihydrátu nebo hemihydrátu Pozn.
Tam je také anhydritová metoda, která zahrnuje vysrážení bezvodého síranu vápenatého. Technologie se nepoužívá v průmyslové výrobě kyseliny fosforečné, což je způsobeno výskytem vážných problémů s korozí.
Klasická technologie pro syntézu kyseliny fosforečné je dihydrátový proces. Výhoda této metody spočívá v relativně nízké teplotě, která eliminuje vznik koroze. Při zavádění technologie je přípustné používat různé fosfátové suroviny a zpracovávat je ve velkých objemech.
V první fázi se surovina rozdrtí na částice o velikosti menší než 150 mikronů. Fosfát a kyselina sírová vstupují do reaktoru v oddělených proudech. Vzniklá vrstva síranu vápenatého na částicích tedy nebrání dalšímu rozkladu. Teplotní režim procesu je udržován v rozmezí od 70°C do 80°C. V tomto případě je koncentrace kyseliny fosforečné v systému 28–31 % z hlediska . Kyselina fosforečná reguluje úroveň kyselosti v sycených nápojích, jako je Coca-Cola. Chuť slabého vodného roztoku kyseliny fosforečné s malým množstvím cukru je podobná angreštu.
V oblasti kožešinového chovu, zejména na farmách, kde se chová norek, se krmením roztokem kyseliny fosforečné zamezuje zvýšení kyselosti v žaludku a rozvoji urolitiázy.
Látka při použití v hydroponických systémech umožňuje kontrolovat hladinu pH živného roztoku.
Kyselina ortofosforečná našla široké uplatnění ve stomatologii. Pomocí této látky se leptá sklovina a dentin, to znamená, že se před aplikací výplně na zuby odstraní rozmazaná vrstva.
Robert Boyle žil v 17. století. Poté otevřete kyselina fosforečná. Souvisí tyto skutečnosti? Ano. Byl to Boyle, kdo objevil novou sloučeninu.
Irský chemik studoval fosfor jeho spalováním a rozpouštěním prášku zbylého ze spalování ve vodě. Takže vyšla nová kyselina.
Často se označuje jednoduše jako fosfor. Toto je však obecný název pro několik sloučenin. Ano, H.P.O.3 – kyselina metafosforečná.
Existuje také pyrofosforečná se vzorcem H4P2O7. Jaký je chemický záznam kyseliny fosforečné, podívejme se na první kapitolu článku. Jak jste pochopili, věnujeme to sloučenině ortofosforu.
Vlastnosti kyseliny fosforečné
Vzorec kyseliny fosforečné:-H3PO4. Předpona „ortho“ označuje, že kyselina je kyslík a že obsahuje největší počet hydroxylových skupin.
Nejméně jich je v meta-křižovatkách. Průměrný počet je v para-kyselinách. Kyselina fosforečná má jak meta, tak para izomer.
Všimněte si, že všechny tři předpony se používají také v názvech organických kyselin, na které se ortofosforečná nevztahuje.
V organické chemii je meta charakteristické pro strukturní kruhové substituenty, které jsou od sebe vzdáleny jeden atom.
V para-sloučeninách jsou substituenty pokud možno odstraněny a v ortho-sousedích. Ale to jsou informace, abych tak řekl, pro kontrolu. Vraťme se k diskusi hrdinky článku.
Externě, kyselina fosforečná jsou kosočtverečné krystaly. Jsou bezbarvé a tají při 42 stupních Celsia.
Vzhledem k dobré rozpustnosti látky ve vodě se však chemici spíše zabývají hemihydrátem kyseliny. Jeho vzorec je: – H3PO4*0,5H2O.
Pokud zkrystalizujete hemihydrát, získáte šestihranné hranoly. Můžete je vidět pořízením roztok kyseliny fosforečné a zchladit to.
Zůstane zbytek. Toto je hemihydrát. Jeho bod tání je o 13 stupňů nižší než u čisté kyseliny.
Kyselina je mísitelná s vodou v jakémkoli poměru. Důvod spočívá v systému spojení s kapalinou.
Molekuly hrdinky článku se s ní snadno spojí a zároveň se od sebe odpojí.
To znamená, že ve vodě se sloučenina rozpadne na množství samostatných fragmentů, které vytvořily vodíkové vazby se strukturními prvky kapaliny.
Pokud vezmeme v úvahu struktura čisté kyseliny fosforečné, pak představuje makromolekulu. Jednotlivé molekuly v něm jsou vzájemně propojeny.
Vodíkové vazby jsou pevné a spolehlivé. To ovlivňuje fyzikální vlastnosti.
Monolit špatně vede elektřinu, je téměř neschopný difúze, tedy pronikání do jiných látek.
Jestliže čistá kyselina fosforečná taje, kapalina se ukáže jako viskózní a olejovitá – molekuly sloučeniny se nechtějí navzájem pustit.
V roztoku může být hrdinkou článku elektrolyt střední síly. Dosažení nejvyšší známky nedává vnitřní strukturu molekul sloučeniny ortofosforu.
Délky vazeb mezi atomy v něm jsou atypické. Podle vzorce se mezi fosforem a kyslíkem vytvoří dvojité spojení.
Ale při výpočtu délky vazby dostaneme 1,74, tedy číslo, které není násobkem dvou. Délka jednoduché vazby mezi kyslíkem a vodíkem je naopak delší, než se očekávalo – 1,3 místo 1.
Ukazuje se, že elektronová hustota vazby P=O je částečně rozložena na ostatní vazby.
Absence ostrého rozdílu v délkách vazeb vede k nestandardní molekulární struktuře. Jejich tvar se blíží čtyřstěnům, tedy pyramidálním.
Díky této struktuře reakce kyseliny fosforečné u většiny látek je nemožné, postupuje pomalu.
Z chemického hlediska je hrdinka článku pasivní, na rozdíl od kyseliny sírové a chlorovodíkové, s ostrým rozdílem v délkách intramolekulárních vazeb.
Z možných chemických reakcí je určujícím faktorem pro sloučeninu ortofosforu interakce s dusičnanem stříbrným.
Vypadne žlutá sraženina. U ostatních kyselin fosforečných je bílá, takže meta- a para-sloučeniny lehce odsuneme a přistoupíme ke studiu procesu výroby kyseliny ortofosforečné.
Extrakce kyseliny fosforečné
Hrdinka článku se získává z fosfátů. Jedná se o estery a soli kyselin fosforečných. Někdy se používá orthofosforečnan draselný se vzorcem K3PO4.
Ale častěji berou kondenzované fosfáty. Mají více než jeden atom fosforu.
Fosfáty se zase těží z fosfátové horniny. Jedná se o přírodní surovinu, nebo spíše skupinu minerálů.
Používají se ty nejběžnější. Jsou dva. Jedním je apatit a druhým fosforit, podle kterého je skupina kamenů pojmenována.
Budeme analyzovat příklad získání hrdinky článku o kombinaci fosforečnanu vápenatého a hydrogensíranu. Záznam reakce je následující: – Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 3CaSO4 + 2H3PO4.
Kromě fosfátů se používá také chlorid fosforečný. Nazývá se také chlorid kyseliny fosforečné.
K získání posledně jmenovaného stačí hydrolýza, to znamená interakce s vodou. Reakce je: – PCL5 + 4H2O a H3PO4 + 5 HCl.
Oxid fosforečný je také nucen interagovat s vodou. Získává se spalováním 15. prvku za přítomnosti kyslíku.
Interakcí oxidu s vodou vznikají dvě molekuly ortho-kyseliny, což znamená, že tato reakce je nejpřínosnější, nemá žádné vedlejší produkty. Ověřte nahlédnutím do chemického záznamu procesu 
2O5 + 3H2O a 2H3PO4.
Všimněte si, že oxid fosforečný prudce reaguje s vodou. Aby se mírně “zpacifikovalo” uvolňování tepla, kypření, je surovina ošetřena koncentrovaným roztokem již získané kyseliny. Koncentrát se musí zahřát na 200 stupňů Celsia.
Použití kyseliny fosforečné
Odstranění kyseliny fosforečné života člověka může způsobit kolaps. Směs se používá nejméně v sedmi průmyslových odvětvích.
V potravinářském průmyslu se kyselina nazývá E338. Léčba kyselinou fosforečnou produkty zafixují jejich barvu, nedovolí vám ji změnit. V mnoha ohledech je to způsobeno tím, že přísada zastavuje oxidační proces.
E338 označuje antioxidanty, na rozdíl od mnoha jiných je užitečný, stejně jako samotný fosfor. V těle vstupuje do fosfatázy.
Jsou to enzymy, bez kterých buňky nemohou normálně fungovat. Normální chuť bez E338 také není vždy dosaženo.
Přísada dodává pokrmům příjemnou kyselost neboli ostrost. Konkrétní chuť závisí na množství kyseliny ve výrobku a její koncentraci.
Nyní si pamatujte pikantní a kyselá jídla. Na prvním místě možná soda. Na internetu kolují hororové příběhy o hřebíku, který dokáže naleptat Coca-Colu, pokud v něm týden leží.
Hororový příběh není z kategorie fantasy. Žaludeční šťáva však dokáže totéž, a to rychleji.
Kyselost stejné Coca-Coly je 2,8 a norma pro extrakt v žaludku je 1,3. Čím nižší číslo, tím je šťáva žíravější.
Kyselina fosforečná s kovy reaguje jako většina kyselin.
Proto dlouhodobě dokáže hmota nehet rozpouštět, a proto se používá v čistících směsích.
To se týká prostředků pro odstraňování rzi, leštění kovových povrchů.
Kyselina fosforečná na rez nejčastěji se používá v běžném životě, při restaurování předmětů.
Současně se činidlo používá i ve velkovýrobě. Metalurgové vyrábějí tavidla na bázi sloučeniny ortofosforu.
Usnadňují oddělení hlušiny od rudy a snižují teplotu tání. Proto jsou při pájení zapotřebí tavidla.
nachází se kyselina fosforečná и v lékárně. Látka je součástí prostředků na urolitiázu.
Hrdinku článku navíc využívají zubaři. Potřebují činidlo pro leptání skloviny před plněním a také zpracování vnitřku korunek.
Kyselina částečně rozpouští kovový základ protéz. Objevují se v něm póry, do kterých vstupuje pojivový cement. Díky tomu je spojení mezi korunkou a zubem co nejpevnější.
Kyselina ortofosforečná je součástí freonů a ty, jak víte, jsou základem mrazicích zařízení.
Základem hrdinky článku je pro mnoho kosmetiky. V nich kyselina stabilizuje chemické vazby mezi jednotlivými prvky.
Sloučenina plní podobnou funkci v detergentech z kategorie domácích chemikálií.
Přidejme do seznamu kyselinu fosforečnou v hydraulických kapalinách pro leteckou techniku, v hnojivech, dokonce i v molekulárních studiích biologů.
Posledně jmenované používají činidlo k rozjasnění tkáňových řezů pozorovaných pod mikroskopem.
Nezapomeňte, že fosfor svítí ve tmě, což znamená, že kyselina ortofosforečná je schopna zbarvit šedou každodenní život. Kolik za to budete muset zaplatit? Odpověď je v poslední kapitole.
Cena kyseliny fosforečné
Kupte si kyselinu fosforečnoujsou obvykle nabízeny v řešeních. Hlavní koncentrace je 85 %. Nalévá se do kanystrů 25,30, 32, 40 litrů.
Cenovka je stanovena za kilo. V průměru je to 80-110 rublů. Maximální cena dosahuje 150 rublů za litr. Minimální požadavek pro prodejce je 43 rublů.
Vezměte prosím na vědomí, že cena závisí na GOST. Kyselina ortofosforečná 6552-80 čistý, vhodný pro potravinářský průmysl, chemii, kosmetiku.
Existuje však také technická kapalina. Je nažloutlý, což naznačuje přítomnost kontaminace. Technická kyselina GOST – 10678-76.
V maloobchodě se kyselina fosforečná prodává v malých tubách. Takže 50 mililitrů pro pájení stojí asi 100 rublů.
Zbytek produktů obsahuje mnoho dalších prvků. V zemědělských hnojivech se například kromě kyseliny fosforečné vyskytuje komplex dalších minerálních látek.
Proto se cenovka odvíjí od jejich množství, povahy. Do „hry“ přicházejí přirážky propagovaných výrobců.
Objektivní náklady na sloučeninu ortofosforu se proto posuzují pouze podle reklam na nákupy koncentrovaného roztoku činidla ve velkém.
