Kwas fosforowy

związek chemiczny

Kwas fosforowy (nazwa Stocka: kwas ortofosforowy(V), E338), H
3
PO
4
nieorganiczny związek chemiczny z grupy kwasów tlenowych, składnik kwasów nukleinowych[2].

Kwas fosforowy
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

H3PO4

Masa molowa

98,00 g/mol

Wygląd

bezbarwne ciało stałe[2]

Identyfikacja
Numer CAS

7664-38-2

PubChem

1004

DrugBank

DB09394

Podobne związki
Podobne związki

kwas fosfonowy (fosforawy)

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Sole i estry kwasu fosforowego to fosforany. Oprócz kwasu fosforowego znanych jest wiele innych kwasów zawierających fosfor, noszących różne nazwy w różnych systemach nomenklaturowych, na co należy zwracać uwagę przy identyfikowaniu i nazywaniu tej grupy związków.

Otrzymywanie

edytuj

W przemyśle otrzymuje się go w wyniku działania kwasu siarkowego na fosforan wapnia, którego źródłem są minerały apatyt i fosforyt a czasami także zmielone kości zwierząt:

Ca
3
(PO
4
)
2
+ 3H
2
SO
4
→ 3CaSO
4
+ 2H
3
PO
4

Wydzielający się w tej reakcji siarczan wapnia można łatwo oddzielić od kwasu fosforowego przez filtrowanie, gdyż nie rozpuszcza się on w wodzie.

Bezwodnikiem kwasu fosforowego jest dekatlenek tetrafosforu, który w kontakcie z gorącą wodą przechodzi w kwas[2]:

P
4
O
10
+ 6H
2
O → 4H
3
PO
4

Przy mniejszej ilości wody zamiast kwasu ortofosforowego powstają polimeryczne kwasy ortofosforowe (polifosforowe) o ogólnym wzorze H
2
O·(HPO
3
)
x
(najprostszym i najlepiej poznanym kwasem polifosforowym jest kwas pirofosforowy (difosforowy), H
4
P
2
O
7
). Kwasy polifosforowe można też otrzymać w wyniku odparowywania wody z kwasu fosforowego. W praktyce laboratoryjnej często zdarza się, że długo przechowywany kwas fosforowy w niedomkniętej butelce ulega tego rodzaju polimeryzacji z powodu wyparowywania z roztworu wody. Można go jednak zawsze „odtworzyć” dodając do niego odpowiednią ilość wody i lekko podgrzewając, choć proces ten bywa dość czasochłonny.

Właściwości

edytuj

Jest kwasem trójprotonowym o średniej mocy (KI = 7,52×10−3)[2], o stałych dysocjacji:

H
3
PO
4
+ H
2
O ⇄ H
2
PO
4
+ H
3
O+
    K1 = 1,1×10−2
H
2
PO
4
+ H
2
O ⇄ HPO2−
4
+ H
3
O+
    K2 = 1,2×10−7
HPO2−
4
+ H
2
O ⇄ PO3−
4
+ H
3
O+
    K3 = 1,8×10−12

pH jego 0,1 N roztworu wynosi ok. 1,5[10].

 
Przybliżona zawartość niezdysocjowanego kwasu ortofosforowego i poszczególnych jonów w zależności od pH roztworu


Stopiony kwas fosforowy ulega autodysocjacji[6]:

2H
3
PO
4
H
4
PO+
4
+ H
2
PO
4

oraz

3H
3
PO
4
H
3
O+
+ H
4
PO+
4
+ H
2
P
2
O2−
7

W efekcie wykazuje bardzo dobre przewodnictwo elektryczne (σ = 4,7 S/m). Wynika ono z szybkich przeskoków protonu między sąsiednimi cząsteczkami, natomiast zwykle występujący ruch jonów w polu elektrycznym jest pomijalny z powodu bardzo dużej lepkości[6].

W wyniku ogrzewania kwasu fosforowego powyżej 300 °C powstaje kwas metafosforowy, HPO
3
zgodnie z równaniem:

H
3
PO
4
→ HPO
3
+ H
2
O

pozostałe równania:

2H
3
PO
4
→ H
4
P
2
O
7
+ H
2
O
H
4
P
2
O
7
→ 2HPO
3
+ H
2
O

Kwas fosforowy powstaje również podczas działania na fosfor czerwony kwasem azotowym:

3P + 5HNO
3
+ 2H
2
O → 3H
3
PO
4
+ 5NO

Reakcja ta jest niebezpieczna i może przebiegać wybuchowo.

Rola biologiczna

edytuj

Kwas fosforowy oraz jego sole i estry pełnią ważną rolę buforową w płynach ustrojowych, energetyczną (bezwodnikowe wiązania wysokoenergetyczne, np. w ATP i fosfokreatynie) oraz regulatorową (fosforylacja lub defosforylacja białek uaktywnia je biologicznie).

Zastosowanie

edytuj

Kwas fosforowy stosowany głównie do wyrobu nawozów sztucznych (np. superfosfatu podwójnego). W przemyśle spożywczym jest stosowany jako dodatek (E338) do napojów gazowanych (np. Coca-Coli) jako regulator kwasowości. Stosowany jest też do wytwarzania fosforanowych powłok ochronnych na metalach, do wytwarzania wielu środków farmaceutycznych, oczyszczania soków w cukrownictwie, odkamieniania armatury w ciepłownictwie, jako płyn do lutowania, w stomatologii, do wyrobu kitów porcelanowych, w lecznictwie i laboratoriach analitycznych. Jest także składnikiem fosolu – odrdzewiacza do stali.

Przypisy

edytuj
  1. Farmakopea Polska IX, Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne, Warszawa: Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych, 2011, s. 4574, ISBN 978-83-88157-77-6.
  2. a b c d Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 213–214, ISBN 83-7183-240-0.
  3. a b Haynes 2014 ↓, s. 4-80.
  4. Haynes 2014 ↓, s. 5-92–5-93.
  5. a b c Phosphoric acid, [w:] GESTIS-Stoffdatenbank [online], Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, ZVG: 1800 [dostęp 2015-12-30] (niem. • ang.).
  6. a b c d Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw, Chemistry of the Elements, wyd. 2, Oxford–Boston: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 518, ISBN 0-7506-3365-4 (ang.).
  7. a b Kwas fosforowy, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-04-10] (ang.).
  8. Phosphoric acid, [w:] ChemIDplus [online], United States National Library of Medicine [dostęp 2015-12-30] (ang.).
  9. Karta charakterystyki: kwas ortofosforowy 25%. Chempur. [dostęp 2015-12-30]. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-03-05)].
  10. Pradyot Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, London: McGraw-Hill, 2003, s. 698, ISBN 0-07-049439-8 (ang.).

Bibliografia

edytuj