اسید فسفریک
علم شیمی
اسید فسفریک
PDF را دانلود کنید
راه حل های NCERT
راه حل های محبوب کتاب درسی
CBSE
ICSE
هیئت های دولتی
آزمون های رقابتی
مفاهیم مهم
دیگر
موارد مصرف و خواص اسید فسفریک و کاربرد آن
اسید فسفریک که اسید اورتوفسفریک نیز نامیده می شود یک اسید ضعیف با فرمول شیمیایی H3PO4 است. اسید ارتوفسفریک به اسید فسفریک گفته می شود که اصطلاح IUPAC برای این ترکیب است. پیشوند ortho- برای متمایز کردن اسید از اسیدهای فسفریک متصل به نام اسیدهای پلی فسفریک استفاده می شود. اسید ارتوفسفریک یک اسید غیر سمی در طبیعت است که وقتی خالص باشد در دما و فشار اتاق جامد است. پایه مزدوج اسید فسفریک، یون فسفات دی هیدروژن، H2PO-4 است، که به نوبه خود حاوی یک باز مزدوج هیدروژن فسفات، HPO2-4، که همچنین حاوی یک باز مزدوج فسفات، PO3-4 است. فسفات ها برای زندگی حیاتی هستند.
رایج ترین شکل اسید فسفریک محلول 85% مایع است. این محلول ها بی رنگ، غیرفرار و بی بو هستند. محلول 85 درصد یک مایع غلیظ است، اما همچنان قابل انتقال است. حتی اگر اسید فسفریک معنای دقیق اسید قوی را برآورده نمی کند، محلول 85٪ آنقدر اسیدی است که خشن باشد.
خواص فیزیکی: اسید فسفریک خالص یک جامد کریستال مانند سفید با نقطه ذوب 42.35 درجه سانتیگراد است. هنگامی که چگالی کمتری دارد، مایعی بی رنگ، چسبناک، بی بو با چگالی 1.885 گرم در میلی لیتر است. ماهیت آن غیر سمی و غیر فرار است. بیشترین غلظت اسید فسفریک مورد استفاده 85 درصد در آب H2O است.
خواص شیمیایی: اسید فسفریک دارای سه اتم اسیدی و قابل جایگزینی H است. بنابراین به روشی متفاوت از سایر اسیدهای معدنی واکنش نشان می دهد. این می تواند با بازها واکنش نشان دهد و سه کلاس نمک با جایگزینی یک، دو یا سه اتم هیدروژن مانند Na2HPO4، NaH2PO4 و Na3PO4 به طور جداگانه تولید کند.
در دماهای بالا، مولکولهای اسید فسفریک میتوانند با هم واکنش نشان دهند و ترکیب شوند تا دایمرها، تریمرها و حتی زنجیرههای پلیمری طولانی مانند اسیدهای متافسفریک و اسیدهای پلی فسفریک تولید کنند.
2 H3PO4 → H4P2O7 (انیدرید اسید فسفریک)
ساخت
اسید فسفریک به دو روش کلی به صورت صنعتی تولید می شود.
فلوروآپاتیت یک ماده اولیه جایگزین است که در این صورت فلوراید به عنوان یک ترکیب نامحلول Na2SiF6 حذف می شود. محلول اسید فسفریک معمولاً حاوی 25-35٪ P2O5 (32-46٪ H3PO4) است. می توان آن را برای ساخت اسید فسفریک با گرید تجاری، که دارای حدود 55 تا 63 درصد P2O5 (76 تا 86 درصد H3PO4) است، تغلیظ کرد. حذف بیشتر آب باعث تولید اسید سوپر فسفریک با غلظت P2O5 بالای 80% (معادل نزدیک به 100% H3PO4) می شود. سولفات کلسیم (گچ) به عنوان یک محصول جانبی تشکیل می شود و به صورت فسفوژیپس حذف می شود.
اسید فسفریک حاصل از هر دو روش را میتوان با حذف ترکیبات آرسنیک و سایر ناخالصیهای احتمالاً سمی، خالصتر کرد.
فرآیند مرطوب
اسید فسفریک از فلوراپاتیت به نام سنگ فسفات، 3Ca3(PO4)2 ساخته می شود. CaF2، با افزودن اسید سولفوریک غلیظ (95%) در زنجیره ای از راکتورهایی که به خوبی هم زده شده اند. این منجر به سولفات کلسیم (گچ) و اسید فسفریک و سایر ناخالصی های نامحلول می شود. آب اضافه می شود و گچ با فیلتراسیون همراه با سایر مواد نامحلول (مانند سیلیس) از بین می رود. فلوراید، به عنوان H2SiF6، در مرحله بعدی توسط تبخیر حذف می شود.
اگرچه واکنش در مراحلی از جمله کلسیم دی هیدروژن فسفات رخ می دهد، واکنش کلی را می توان به صورت زیر نوشت:
از سوی دیگر، واکنش های جانبی وجود دارد. به عنوان مثال، با کربنات کلسیم و فلوراید کلسیم موجود در سنگ:
فلوئوروسیلیک اسید یک محصول جانبی حیاتی از این و از تولید هیدروژن فلوراید است. ممکن است با هیدروکسید سدیم خنثی شود تا سدیم هگز فلوروسیلیکات تولید شود. این اسید همچنین برای تولید فلوراید آلومینیوم استفاده می شود که به نوبه خود در تولید آلومینیوم استفاده می شود.
ساختار کریستالی سنگ تشکیل سولفات کلسیم به شرایط واکنش بستگی دارد. در دمای 345-355 کلوین، بازده اصلی دی هیدرات، CaSO4.2H2O است. در 368-388 K، همی هیدرات تشکیل می شود، CaSO4.1/2H2O.
سولفات کلسیم صاف می شود و سپس اسید با استفاده از تقطیر خلاء تا حدود 56% P2O5 تغلیظ می شود.
عملکرد اسید "فرایند مرطوب" آلوده است اما می تواند بدون تصفیه اضافی برای تولید کود مورد استفاده قرار گیرد. در عوض میتوان آن را تا 70% P2O5 تبخیر کرد، محلولی که به اسید سوپر فسفریک معروف است و مستقیماً به عنوان کود مایع استفاده میشود.
برای تولید فسفات های صنعتی، اسید با استخراج با حلال فیلتر می شود، به عنوان مثال، متیل ایزوبوتیل کتون (MIBK) که در آن اسید تا حدودی محلول و غلیظ است تا 68٪ محتوای P2O5 ایجاد کند. این اسید را می توان با استفاده از حلال ها برای استخراج آن از فلزات سنگین و فلوئور زدایی (از طریق تبخیر) برای ایجاد محصولی با کیفیت مواد غذایی خالص سازی کرد.
فرآیند حرارتی
مواد اولیه برای این روش هوا و فسفر است:
در اصل، فسفر به بخاری پاشیده می شود و در حدود 1850-3050 K در هوا می سوزد.
اکثر روش ها از a مرطوب استفاده می کنند
ir، و چندین مورد شامل اضافه کردن بخار به شعله فسفر برای ایجاد و حفظ لایه ای از اسیدهای پلی فسفریک فشرده است که از برج مشعل فولادی ضد زنگ محافظت می کند. محصولات حاصل از برج مشعل مستقیماً به یک برج هیدراتاسیون می روند (از آب استفاده می شود) جایی که اکسید فسفر گازی جذب می شود و به عنوان اسید فسفریک مجدداً پردازش می شود:
فسفر ممکن است در هوای خشک بسوزد. پنتوکسید فسفر به صورت پودر سفید متراکم شده و به طور مشخص به اسید فسفریک هیدراته می شود. این روش به گرما اجازه می دهد تا بازیابی و استفاده مجدد شود. سوختن و هیدراتاسیون مستقیم، همانطور که قبلاً تعریف شد، باعث ایجاد محیط های بسیار خورنده می شود. این دستگاه از فولاد ضد زنگ ساخته شده است یا با روکش آجر کربنی ساخته شده است. برای کاهش خوردگی، دیوارههای مشعل و برجهای هیدراتور با آب خنک میشوند، اما بازده راکتور در دمای بسیار پایین برای بازیابی گرمای مفید ظاهر میشود. اسید عملکرد دارای غلظت 85٪ است. اسید تترا فسفریک، یکی از گروهی از اسیدهای پلی فسفریک که میتوان بهطور انتخابی تولید کرد، یا با جوشاندن آب در دمای بالا در یک ظرف کربنی یا با افزودن پنتوکسید فسفر جامد به اسید فسفریک تقریباً در حال جوش، تشکیل میشود. روش اول معمولاً به دلیل غلظت بالای آرسنیک پنتوکسید فسفر، عملکرد خالص تری را به همراه دارد.
فسفات ها
نمک های اسید فسفریک ترکیباتی هستند که به طور گسترده در کشاورزی، صنعت و مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.
الف) فسفات آمونیوم
دی آمونیوم هیدروژن فسفات و مونو آمونیوم دی هیدروژن فسفات و به عنوان کود استفاده می شود و از مخلوط کردن مقدار صحیح اسید فسفریک با آمونیاک بی آب در یک درام گردان تهیه می شود. انتخاب آمونیوم فسفات برای استفاده به مقدار نیتروژن و فسفر مورد نیاز برای محصول بستگی دارد.
ب) فسفات کلسیم
فسفات کلسیم به طور گسترده ای به عنوان کود استفاده می شود. کلسیم دی هیدروژن فسفات، Ca(H2PO4)2، از واکنش اسید سولفوریک با سنگ فسفات ساخته می شود:
این سوپر فسفات نامیده می شود. حاوی حدود 20٪ P2O5 است. اگر کریستال فسفات با اسید فسفریک، به غیر از اسید سولفوریک، واکنش داده شود، شکل شدیدتری از کلسیم دی هیدروژن فسفات با سطح عمومی P2O5 بالاتر (55%) ساخته میشود:
این سوپر فسفات سه گانه نامیده می شود. سطح توسعه یافته فسفات به این دلیل حاصل می شود که عملکرد دیگر با سولفات کلسیم رقیق نمی شود.
ج) فسفات سدیم
فسفات سدیم با تصفیه اسید فسفریک و محلول غلیظ هیدروکسید سدیم در مقادیر مناسب (استوکیومتری) تولید می شود. بازده متبلور می شود.
مونو سدیم دی هیدروژن فسفات (MSP, NaH2PO4) در شستشوی فلزات و فرمولاسیون های سطحی، به عنوان پایه فسفات در تولید دارو، و به عنوان عامل کنترل pH در خمیر دندان، در پوشش مینای شیشه ای (لوازم بهداشتی) و در تولید فسفات نشاسته استفاده می شود. . یکی از کاربردهای اصلی آن به عنوان حلال لوله در آب آشامیدنی است. همچنین، اسید فسفریک ممکن است برای ایجاد یک پوشش نازک نامحلول از فسفات سرب روی لولههای سرب استفاده شود تا از انحلال سرب توسط اسیدهای موجود در آب جلوگیری کند.
دی سدیم هیدروژن فسفات (Na2HPO4) همچنین به عنوان یک عامل نرم کننده در پنیر تصفیه شده، در لعاب ها و لعاب های سرامیکی، در برشته کردن چرم، در تولید رنگ و به عنوان یک بازدارنده خوردگی در تصفیه آب استفاده می شود.
تری سدیم فسفات (Na3PO4) در پاک کننده های سنگین استفاده می شود، به عنوان مثال در چربی زدایی فولاد. این یک قلیایی است و برای یون های کلسیم مناسب است و آنها را در محلول نگه می دارد و از ایجاد تفاله جلوگیری می کند.
دی سدیم پیروفسفات (Na2H2P2O7) به عنوان یک عامل خمیر کننده در نان و کیک استفاده می شود و به تخلیه دی اکسید کربن از جوش شیرین کمک می کند، به عنوان یک اثر تیره یا قهوه ای اکسید آهن در تولید مواد غذایی متعدد و به عنوان پخش کننده در گل حفر کننده چاه روغن. .
اسید فسفریک درجه غذایی (مواد نگهدارنده E338) برای اسیدی کردن غذاها و نوشیدنی ها مانند کولاها و مرباهای متعدد استفاده می شود. طعمی تند یا ترش می دهد. اسید فسفریک موجود در نوشابه ها دارای پتانسیل ایجاد فرسایش دندان است. اسید فسفریک همچنین این امکان را دارد که به ایجاد سنگ کلیه کمک کند، به ویژه در افرادی که قبلاً سنگ کلیه داشته اند.
کاربردهای خاص اسید فسفریک عبارتند از:
در عمل ضد زنگ با پوشش تبدیل فسفات
به عنوان یک نمونه خارجی برای NMR تشدید مغناطیسی هسته ای فسفر-31.
در سلول های انرژی اسید فسفریک.
در تولید کربن فعال
در عملیات نیمه هادی مرکب، برای حکاکی آرسنید گالیم ایندیوم به طور انتخابی با جزئیات به فسفید ایندیم.
در میکروساخت برای حکاکی نیترید سیلیکون به صورت انتخابی با جزئیات به دی اکسید سیلیکون.
به عنوان تنظیم کننده pH در لوازم آرایشی و محصولات مراقبت از پوست.
به عنوان یک عامل ضدعفونی کننده در تولیدات لبنی، مواد غذایی و آبجوسازی.
خطرات سلامتی/ اثرات سلامتی: اسید فسفریک سمی یا خطرناک نیست. در غلظت های کم، برای پوست و حتی برای مصرف بی خطر است (در مواد غذایی آرایشی و بهداشتی و محصولات دندانی استفاده می شود). از سوی دیگر، در غلظت بسیار بالاخشن است و می تواند باعث سوختگی پوست شود.
منبع
https://www.vedantu.com/chemistry/phosphoric-acid
https://asemantejarat.com/