Ортофосфорна кислота

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.