Ортофосфорна кислота (H3PO4) — це безбарвна рідина, яка є сильно корозійною і використовується в різних промислових процесах. Він містить один атом фосфору, три атоми водню та чотири атоми кисню в кожній молекулі.
Ортофосфатна кислота використовується у виробництві добрив, фосфорних солей, харчових добавок, очисних і пом’якшувачів, а також у виробництві палива для ракетних двигунів тощо. Ортофосфатна кислота також важлива для біохімії та зустрічається в живих організмах як метаболіт, що робить її важливим елементом життя.
Ортофосфатна кислота є сильно корозійною та може спричинити небезпечні хімічні опіки шкіри, очей і дихальних шляхів у разі вдихання парів. Завдяки цим властивостям його слід зберігати в сухому та добре провітрюваному місці, подалі від джерел вогню та тепла. Ортофосфатна кислота є слабкою кислотою з рН приблизно 2,2 в 1М розчині, що робить її слабшою, ніж сірчана та азотна кислоти, але все ще достатньо кислою, щоб викликати корозію таких металів, як залізо, алюміній і мідь.
Ортофосфатна кислота також є гігроскопічною, тобто вона поглинає вологу з повітря та може утворювати концентровані розчини при неправильному зберіганні. У розведених розчинах ортофосфатна кислота стабільна, але в концентрованих розчинах вона може дестабілізуватися і розкладатися на оксид фосфору і воду. Нарешті, ортофосфатна кислота також є важливим метаболітом в живих організмах, де вона бере участь у процесах обміну фосфору, енергетичного обміну та утворення ДНК і РНК.
Хімічні властивості
Ортофосфатна кислота (H3PO4) є трипротонною кислотою, тобто. може віддавати розчину три протони (іони водню). Коли до води додається ортофосфатна кислота, вона розкладається на іони гідрофосфату (H2PO4-) і дигідрофосфату (H2PO4-). Ця реакція називається дисоціацією і може бути записана так: H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4– ⇌ 2H+ + HPO42- ⇌ 3H+ + PO43-
Ортофосфатна кислота реагує з металами з утворенням солей фосфорної кислоти, які можуть бути використані як добрива і як компоненти хімічних виробництв. Наприклад, реакція ортофосфорної кислоти з гідроксидом натрію (NaOH) утворює ортофосфат натрію (Na3PO4) і воду (H2O): 3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O Ортофосфатна кислота також може бути окислена до фосфорної кислоти (H3PO4) або навіть до фосфорної кислоти (H3PO3) шляхом реакції з окислювачем. Наприклад, окиснення ортофосфорної кислоти марганцевою кислотою (HMnO4) призводить до утворення фосфорної кислоти та манган(II) оксиду (MnO): H3PO4 + HMnO4 → H3PO4 + MnO + H2O Ортофосфатну кислоту також можна етерифікувати з утворенням складного ефіру, який можна використовувати як розчинник або в хімічній промисловості.
Отримання
Ортофосфатну кислоту можна отримати декількома способами, наприклад:
- Прямий синтез: ортофосфатну кислоту можна отримати реакцією фосфорного ангідриду (P2O5) з водою.
Ця реакція є екзотермічною, і загальне рівняння таке: P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
- Неорганічний синтез: ортофосфатну кислоту можна отримати шляхом обробки фосфатних руд такими кислотами, як сірчана кислота (H2SO4) або соляна кислота (HCl).
Загальні рівняння реакцій: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O → 2H3PO4 + 3CaSO4 · 2H2O Ca3(PO4)2 + 6HCl → 2H3PO4 + 3CaCl2
- Біологічний синтез: ортофосфорна кислота може вироблятися деякими мікроорганізмами, такими як Bacillus subtilis, який використовується в промисловості для виробництва фосфорної кислоти та солей фосфорної кислоти.
- Електроліз фосфатних розчинів: ортофосфатну кислоту можна отримати електролізом розчину фосфатної солі, наприклад фосфату натрію (Na3PO4). Під час електролізу утворюються ортофосфатна кислота і газоподібний водень (H2).
Загальне рівняння реакції: 2Na3PO4 + 6H2O → 2H3PO4 + 2NaOH + 3H2
- Окислення фосфітів: ортофосфатну кислоту можна отримати окисленням фосфітних солей або фосфітних кислот сильними окислювачами, такими як кисень (O2), хлор (Cl2) або перманганова кислота (HMnO4).
Загальні рівняння реакції: 2H3PO3 + O2 → 2H3PO4 2H3PO3 + 2Cl2 + 2H2O → 2H3PO4 + 4HCl H3PO3 + HMnO4 + H2SO4 → H3PO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
Ці способи отримання ортофосфорної кислоти використовуються в різних промислових процесах і актуальні для виробництва добрив, хімічних продуктів та інших матеріалів.
Застосування ортофосфатної кислоти
Ортофосфатна кислота має численні застосування в різних областях, таких як:
Виробництво фосфорних добрив: Ортофосфатна кислота є важливою сировиною для виробництва різних видів фосфорних добрив, необхідних для росту і розвитку рослин.
Виробництво харчових добавок: ортофосфорна кислота використовується у виробництві харчових добавок, таких як емульгатори, стабілізатори та антиоксиданти.
Виробництво хімічних продуктів: Ортофосфорна кислота використовується у виробництві різноманітних хімічних продуктів, таких як миючі засоби, фармацевтичні препарати, каталізатори тощо.
Виробництво металів: ортофосфатна кислота використовується для обробки таких металів, як алюміній, залізо та мідь, допомагаючи видалити оксиди та інші домішки.
Виробництво електроніки: ортофосфорна кислота використовується для миття кремнієвих мікросхем та інших електронних компонентів, допомагаючи видалити бруд і сміття. Це лише деякі з багатьох застосувань ортофосфорної кислоти в різних галузях промисловості.