حمض الفوسفوريك (H3PO4): التركيب ، الخصائص ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و حمض الفوسفوريك هو حمض أكسجيني من الفوسفور وجود صيغة الكيميائية H ₃ PO ₄. يتكون من حمض معدني ترتبط فيه ثلاثة بروتونات حمضية بأنيون الفوسفات (PO ₄ ^3–). على الرغم من أنه لا يعتبر حمضًا قويًا ، إلا أن استخدامه غير السليم يمكن أن يمثل مخاطر صحية.

يمكن العثور عليها في حالتين: كمادة صلبة في شكل بلورات معينية سميكة ، أو سائل بلوري بمظهر شراب. يحتوي عرضه التجاري الأكثر شيوعًا على تركيز 85٪ وزن / وزن وكثافة 1.685 جم / سم ³. تأتي هذه الكثافة من يد التركيز.

توضح الصورة أعلاه جزيء واحد من حمض الفوسفوريك. بواسطة Leyo ، من ويكيميديا ​​كومنز

مجموعات OH الثلاث مسؤولة عن التبرع بالهيدروجين الحمضي. نظرًا لوجودها في هيكلها ، يمكن أن تتفاعل مع هيدروكسيدات مختلفة ، مما ينتج أملاح مختلفة.

في حالة هيدروكسيد الصوديوم، يمكن أن تشكل ثلاث: أحادي فوسفات الصوديوم (ناه ₂ PO ₄)، ثنائي القاعدة فوسفات الصوديوم (نا ₂ هبو ₄)، وثلاثية القاعدة فوسفات الصوديوم (نا ₃ PO ₄).

ومع ذلك ، اعتمادًا على القاعدة المستخدمة لتحييدها ، أو أي الكاتيونات قريبة جدًا منها ، يمكن أن تشكل أملاح فوسفات أخرى. من بينها: فوسفات الكالسيوم (Ca ₃ (PO ₄) ₂) ، فوسفات الليثيوم (Li ₃ PO ₄) ، فوسفات الحديديك (FePO ₄) ، وغيرها. كل واحد بدرجاته المختلفة من بروتون أنيون الفوسفات.

من ناحية أخرى ، يمكن لحمض الفوسفوريك "عزل" الكاتيونات ثنائية التكافؤ مثل Fe ²⁺ و Cu ²⁺ و Ca ²⁺ و Mg ²⁺. عند درجات الحرارة المرتفعة ، يمكن أن يتفاعل مع نفسه مع فقدان جزيء H ₂ O ، مكونًا ثنائيات ومقلدات وبوليمرات من أحماض الفوسفوريك.

هذا النوع من التفاعل يجعل هذا المركب قادرًا على إنشاء عدد كبير من الهياكل بهياكل عظمية من الفوسفور والأكسجين ، والتي يمكن أيضًا الحصول عليها من مجموعة واسعة من الأملاح المعروفة باسم البولي فوسفات.

فيما يتعلق باكتشافه ، تم تصنيعه في عام 1694 بواسطة روبرت بويل ، مما أدى إلى إذابة P ₂ O ₅ (خامس أكسيد الفوسفور) في الماء. إنه أحد أكثر الأحماض المعدنية المفيدة ، وظيفته كسماد هي الأكثر أهمية. الفوسفور ، إلى جانب البوتاسيوم والنيتروجين ، هي العناصر الغذائية الثلاثة الرئيسية للنبات.

التركيب الكيميائي

بواسطة لا يوجد مؤلف يمكن قراءته آليًا. يفترض H Padleckas (بناءً على مطالبات حقوق النشر). ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

يتكون حمض الفوسفوريك من رابطة P = O وثلاثة P-OH ، حيث تكون الأخيرة هي ناقلات الهيدروجين الحمضي المنطلق في وسط الذوبان. مع وجود ذرة الفوسفور في المركز ، ترسم الأوكسجين نوعًا من الجزيئي رباعي الوجوه.

بهذه الطريقة ، يمكن تصور حامض الفوسفوريك على شكل رباعي السطوح. من هذا المنظور، قال رباعي الأسطح (بواسطة H ₃ PO ₄ وحدات) تتفاعل مع بعضها البعض من خلال روابط هيدروجينية. أي أن رؤوسهم تقريبية تقريبًا.

تسمح هذه التفاعلات بين الجزيئات لحمض الفوسفوريك بالتبلور إلى مادتين صلبتين: واحد لا مائي ونصفي هيدرات (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O) ، وكلاهما مع أنظمة بلورية أحادية الميل. يمكن أيضًا وصف شكله اللامائي بالصيغة: 3H ₂ O · P ₂ O ₅ ، وهو ما يعادل خامس أكسيد الفوسفور ثلاثي الماء.

يمكن أن تصبح رباعي السطوح مرتبطة تساهميًا ، ولكن لهذا يجب على واحدة من وحداتها التخلص من جزيء الماء من خلال الجفاف. يحدث هذا عندما H ₃ PO ₄ يخضع لتسخين، وبالتالي يولد تشكيل الأحماض polyphosphoric (PA).

حامض الفوسفوريك (H

أبسط من بين جميع المناطق المحمية هو حمض الفوسفوريك (H ₄ P ₂ O ₇) ، المعروف أيضًا باسم حمض البيروفوسفوريك. المعادلة الكيميائية لتكوينها هي كما يلي:

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

يعتمد التوازن على كمية الماء ودرجة الحرارة. ما هو هيكلها؟ في الصورة الموجودة في القسم ، تم توضيح هياكل حامض الفوسفوريك وحمض البيروفوسفوريك في الزاوية اليسرى العليا.

يتم ربط وحدتين تساهميًا عند التخلص من جزيء الماء ، مما يشكل جسر أكسجين P - O - P بينهما. الآن هم ليسوا ثلاثة هيدروجين حمضي ، لكن أربعة (أربع مجموعات هيدروجين). لهذا السبب ، يحتوي H ₄ P ₂ O ₇ على أربعة ثوابت تأين k _أ.

أحماض بولي فوسفوريك

يمكن أن يستمر الجفاف مع حمض البيروفوسفوريك إذا استمر التسخين. لماذا ا؟ لأنه في كل طرف من جزيئه توجد مجموعة OH التي يمكن إزالتها كجزيء ماء ، وبالتالي تعزيز النمو اللاحق للهيكل العظمي P - O - P - O - P…

من أمثلة هذه الأحماض أحماض الفوسفوريك ورباعي الفوسفوريك (كلاهما موضَّح في الصورة). يمكن ملاحظة كيف يمتد العمود الفقري P - O - P في نوع من السلسلة المكونة من رباعي الأسطح.

يمكن تمثيل هذه المركبات بالصيغة H O (PO ₂ OH) _x H ، حيث H O هي الطرف الأيسر الذي يمكن أن يكون مجففاً. PO ₂ OH هو العمود الفقري للفوسفور مع روابط P = O و OH ؛ و x هي وحدات أو جزيئات حمض الفوسفوريك اللازمة للحصول على هذه السلسلة.

عندما يتم تحييد هذه المركبات تمامًا بقاعدة ، يتم إنشاء ما يسمى متعدد الفوسفات. اعتمادًا على الكاتيونات المحيطة بها ، فإنها تشكل مجموعة متنوعة من أملاح البولي فوسفات.

من ناحية أخرى ، إذا تفاعلوا مع كحول ROH ، يتم استبدال الهيدروجين في العمود الفقري ببدائل R- ألكيل. وبالتالي ، تنشأ استرات الفوسفات (أو البولي فوسفات): RO (PO ₂ OR) _x R. يكفي استبدال H بـ R في جميع هياكل صورة القسم للحصول عليها.

أحماض عديد الفوسفوريك الحلقية

يمكن حتى أن تغلق سلاسل P - O - P على حلقة أو دورة فوسفورية. أبسط هذا النوع من المركبات هو حمض ثلاثي ميتافوسفوريك (الزاوية اليمنى العليا من الصورة). وبالتالي ، يمكن أن تكون نقاط الوصول خطية ودورية ؛ أو إذا كانت هياكلها تظهر كلا النوعين ، متفرعة.

التسمية

المصدر: commons.wikimedia.org

تم تحديد تسمية حمض الفوسفوريك من قبل IUPAC وكيفية تسمية الأملاح الثلاثية لأحماض أوكسو.

لأنه في H ₃ PO ₄ ، تحتوي ذرة P على تكافؤ +5 ، وهي أعلى قيمة ، يتم تعيين اللاحقة -ico إلى البادئة الفوسفور-.

أورثو

ومع ذلك ، يطلق على حمض الفوسفوريك أيضًا اسم حمض الأورثوفوسفوريك. لماذا ا؟ لأن الكلمة "أورثو" يونانية وتعني "صحيح" ؛ مما يترجم إلى "الشكل الحقيقي" أو "أكثر رطوبة" منه.

عندما يتم ترطيب الفوسفوريك اللامائي بكمية زائدة من الماء (P ₄ O ₁₀ ، "غطاء" الفوسفور في الصورة العليا) ، يتم إنتاج H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅). وهكذا ، يتم تخصيص البادئة ortho لتلك الأحماض المتكونة من الكثير من الماء.

بايرو

تشير البادئة pyro إلى أي مركب نشأ بعد تطبيق الحرارة ، حيث ينشأ حمض الفوسفوريك من الجفاف الحراري لحمض الفوسفوريك. لذلك يطلق عليه حمض البيروفوسفوريك (2H ₂ O · P ₂ O ₅).

هدف

البادئة meta ، وهي أيضًا كلمة يونانية ، تعني "بعد". يضاف إلى تلك المواد التي أزالت صيغتها جزيء ، في هذه الحالة ، جزيء الماء:

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

لاحظ أن إضافة وحدتين من الفوسفوريك هذه المرة لا تحدث لتكوين حمض الفوسفوريك ، ولكن بدلاً من ذلك يتم الحصول على حمض الميتافوسفوريك (الذي لا يوجد دليل على وجوده).

من المهم أيضًا ملاحظة أنه يمكن وصف هذا الحمض على أنه H ₂ O · P ₂ O ₅ (على غرار hemidrate ، بضرب HPO _{3 في} 2). البادئة الفوقية تأتي تماما في خط مع المحمية دوري، لأنه إذا يجفف حمض triphosphoric، ولكن لا يضيف آخر H ₃ PO _{الوحدة 4} لتصبح حامض tetraphosphoric، ثم يجب أن تشكل حلقة.

وهذا هو نفسه مع الأحماض متعددة الميتافوسفوريك الأخرى ، على الرغم من أن IUPAC توصي بتسميتها مركبات دورية من المناطق المحمية المقابلة.

الخصائص

الصيغة الجزيئية

H ₃ PO ₄

الوزن الجزيئي الغرامي

97.994 جم / مول

مظهر جسماني

في شكله الصلب ، يقدم بلورات معينية ، مسترطبة وشفافة. في شكل سائل هو بلوري مع ظهور شراب لزج.

إنه متوفر تجارياً في محلول مائي بتركيز 85٪ وزن / وزن. في كل هذه العروض ليس لها رائحة.

نقاط الغليان والانصهار

158 درجة مئوية (316 درجة فهرنهايت عند 760 ملم زئبق).

108 درجة فهرنهايت (42.2 درجة مئوية).

الذوبان في الماء

548 جم / 100 جم من H ₂ O عند 20 درجة مئوية ؛ 369.4 جم / 100 مل عند 0.5 درجة مئوية ؛ 446 جم / 100 م عند 14.95 درجة مئوية.

كثافة

1.892 جم / سم ³ (صلب) ؛ 1.841 جم / سم ³ (محلول 100٪) ؛ 1.685 جم / سم ³ (محلول 85٪) ؛ 1.334 جم / سم ³ 50٪ محلول) عند 25 درجة مئوية.

كثافة بخار

بالنسبة للهواء 3،4 (الهواء = 1).

الاشتعال الذاتي

إنه غير قابل للاشتعال.

اللزوجة

3.86 ملي بوز (محلول 40٪ عند 20 درجة مئوية).

حموضة

الرقم الهيدروجيني: 1.5 (0.1 ن محلول في الماء)

pKa: pKa1 = 2.148 ؛ pKa2 = 7.198 و pKa3 = 12.319. لذلك ، فإن الهيدروجين الأكثر حمضية هو الأول.

تقسيم

عند تسخينها ، تطلق أكاسيد الفوسفور. إذا ارتفعت درجة الحرارة إلى 213 درجة مئوية أو أكثر ، فإنها تتحول إلى حمض البيروفوسفوريك (H ₄ P ₂ O ₇).

تآكل

مادة أكالة للمعادن الحديدية والألمنيوم. يؤدي التفاعل مع هذه المعادن إلى ظهور غاز وقود الهيدروجين.

البلمرة

يتبلمر بعنف بمركبات الآزو والإيبوكسيدات والمركبات القابلة للبلمرة.

التطبيقات

أملاح الفوسفات والاستخدامات العامة

- يعمل حامض الفوسفوريك كأساس لصنع الفوسفات الذي يستخدم كسماد لأن الفوسفور عنصر غذائي رئيسي في النباتات.

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

- يستخدم للتحكم في درجة الحموضة في المسالك البولية ومصاريف المنك لتجنب تكون حصوات الكلى.

- ينتج حمض الفوسفوريك عن أملاح Na ₂ HPO ₄ و NaH ₂ PO ₄ التي تشكل نظامًا منظمًا لدرجة الحموضة مع pKa 6.8. يوجد نظام تنظيم الأس الهيدروجيني هذا في الإنسان ، وهو مهم في تنظيم الأس الهيدروجيني داخل الخلايا ، وكذلك في إدارة تركيز الهيدروجين في الأنابيب البعيدة والمجمعة للنيفرون.

- يستخدم في القضاء على طبقة أكسيد الحديد المتعفنة التي تتراكم على هذا المعدن. يشكل حمض الفوسفوريك فوسفات الحديد الذي يمكن إزالته بسهولة من سطح المعدن. كما أنه يستخدم في التلميع الكهربائي للألمنيوم وهو عامل ربط للمنتجات المقاومة للصهر مثل الألومينا والمغنيسيا.

صناعي

- يستخدم حامض الفوسفوريك كعامل مساعد فى انتاج النايلون والبنزين. يتم استخدامه كعامل تجفيف في النقش الليثوغرافي ، وفي إنتاج الأصباغ للاستخدام في صناعة النسيج ، وفي عملية تخثر اللاتكس في صناعة المطاط وفي تنقية بيروكسيد الهيدروجين.

- يستخدم الحمض كمادة مضافة في المشروبات الغازية مما يساهم في نكهته. يتم تطبيق المخفف في عملية تكرير السكر. كما أنه يعمل كنظام عازل في تحضير لحم الخنزير والجيلاتين والمضادات الحيوية.

- يشارك في تطوير المنظفات ، في التحفيز الحمضي لإنتاج الأسيتيلين.

- يستخدم كمحمض في الغذاء المتوازن لصناعة المواشي والحيوانات الأليفة. تستخدمه صناعة الأدوية في صناعة الأدوية المضادة للقىء. كما أنها تستخدم في الخلطة لصنع الأسفلت لتمهيد الأرض وإصلاح الشقوق.

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

طب الأسنان

يتم استخدامه من قبل أطباء الأسنان لتنظيف وترطيب سطح السن قبل وضع الأقواس السنية. كما يستخدم في تبييض الأسنان وإزالة لويحات الأسنان. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في تصنيع المواد اللاصقة لتركيبات الأسنان.

مستحضرات التجميل

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

تكوين حامض الفوسفوريك

- يتم تحضير حامض الفوسفوريك من صخور الفوسفات من نوع الأباتيت عن طريق الهضم مع حامض الكبريتيك المركز:

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)

حمض الفوسفوريك الذي تم الحصول عليه في هذا التفاعل منخفض النقاوة ، ولهذا يخضع لعملية تنقية تشمل الترسيب ، واستخلاص المذيبات ، والتبلور ، والتبادل الأيوني.

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

- يمكن الحصول عليها عن طريق تسخين الفوسفور بمزيج من الهواء وبخار الماء:

P ₄) ل (+ 5 O ₂ (ز) => P ₄ O ₁₀ (ق)

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

المخاطر

- بسبب انخفاض ضغط البخار في درجة حرارة الغرفة ، فمن غير المحتمل استنشاق أبخرته ما لم يتم رش الحمض. إذا كان الأمر كذلك ، فإن أعراض الاستنشاق تشمل: السعال ، والتهاب الحلق ، وضيق التنفس ، وصعوبة التنفس.

- تم الاستشهاد في الأدبيات بحالة بحار تعرض لأبخرة حامض الفوسفوريك لفترة طويلة من الزمن. عانى من ضعف عام وسعال جاف وألم في الصدر ومشاكل في التنفس. في غضون عام واحد من التعرض ، لوحظ خلل في مجرى الهواء التفاعلي.

- يمكن أن يؤدي ملامسة الجلد لحمض الفوسفوريك إلى احمرار وألم وبثور وحروق في الجلد.

-يمكن أن يؤدي ملامسة الحمض بالعينين ، حسب تركيزه ومدة التلامس ، إلى حدوث إصابات في الأنسجة أكالة أو حروق شديدة مع تلف دائم للعين.

- ابتلاع الحامض يسبب حرقة في الفم والحلق ، وحرقان خارج عظم الصدر ، وآلام في البطن ، وقيء ، وصدمة ، وانهيار.

المراجع

1. الجمعية الملكية للكيمياء. (2015). حمض الفسفوريك. مأخوذة من: chemspider.com
2. المركز الكندي للسلامة والصحة المهنية. (1999). حمض الفوسفوريك - الآثار الصحية. مأخوذة من: ccsso.ca
3. الأحماض. (2018). حمض الفوسفوريك »مجموعة متنوعة من استخدامات هذا المركب الكيميائي. مأخوذة من: acidos.info
4. جيمس بي سميث ، والتر إي براون ، وجيمس آر لير. (1955). هيكل حامض الفوسفوريك البلوري. J. Am. Chem. Soc. 77، 10، 2728-2730
5. ويكيبيديا. (2018). أحماض الفوسفوريك والفوسفات. مأخوذة من: en.wikipedia.org
6. العلم ممتع تعرف على حمض الفوسفوريك.. مأخوذة من: scifun.chem.wisc.edu