Применение ортофосфорной кислоты в быту, сельском хозяйстве и пищевой промышленности — химические свойства

Фосфорная кислота — это коррозионно-активная неорганическая кислота с химической формулой H3PO4. Это слабая кислота, доступная в различных количествах, чистоте и различных классах реагентов.

В чистом виде фосфорная кислота представляет собой бесцветное твердое вещество. В менее концентрированном виде это вязкая жидкость без запаха с плотностью 1,885 г/мл. Обычно она нелетучая и нетоксична, но 85-процентный раствор по-прежнему может повредить глаза и вызвать сильное раздражение кожи.

Номенклатура для этого соединения — ортофосфорная кислота. Орто — это греческий термин, означающий «истинный», поэтому приставка «орто» относится к истинной форме фосфорной кислоты, то есть H3PO4.

Давайте копнем глубже и выясним, как образуется фосфорная кислота, как она выглядит на молекулярном уровне, каковы ее физические и химические свойства и где она используется.

Что такое ортофосфорная кислота

При комнатной температуре это гигроскопичные бесцветные кристаллы ромбообразного вида, которые хорошо растворяются водой. Ортофосфорное соединение считается неорганической кислотой со средней силой. Одна из ее форм – желтоватая или бесцветная сиропообразная жидкость, без запаха, является водным раствором с концентрацией 85%. Другое ее название – белая фосфорная кислота.

Химическое ортофосфорное соединение имеет свойства:

• растворяется в этаноле, воде, растворителях;
• образует 3 ряда солей – фосфатов;
• вызывает ожоги при попадании на кожу;
• при взаимодействии с металлами образует горючий, взрывоопасный водород;
• температура кипения зависит от концентрации – от 103 до 380 градусов;
• жидкая форма склонна к переохлаждению;
• несовместимо с горючими материалами, чистыми металлами, негашеной известью, алкоголем, карбидом кальция, хлоратами;
• при температуре 42,35 градуса плавится, но не разлагается.

Физические свойства

Фосфорная (ортофосфорная) кислота с молярной массой 97,99 г/моль и эмпирической формулой H3PO4 — неорганическая трёхосновная кислота средней силы. Структурная формула молекулы в газообразном агрегатном состоянии описывается в виде тетраэдра, содержит в центре атом фосфора, а в вершинах — атом кислорода и три гидроксильные группы.

Состав следующий:

При нормальных условиях бесцветные кристаллы гигроскопичны, плавятся на воздухе уже при 42,35 °C, легко растворяются в воде, этиловом спирте и других растворителях. Практическое применение имеют водные растворы трёх видов:

Сиропообразная жидкость без цвета и запаха 85%-й концентрации H3PO4 обычно и называется ортофосфорной кислотой, а кипячением в вакууме при 80 °C из неё выделяется безводная составляющая. В твёрдой фазе и в высококонцентрированных растворах молекулы фосфорной кислоты образуют межмолекулярные водородные связи.

При разбавлении на первое место выдвигаются водородные связи между фосфат-анионами PO43- и молекулами воды H2O.

Формула

Кислота ортофосфорная – неорганическое соединение, которое описывается формулой H3PO4. Его молярная масса равна 98 г/моль. Микрочастица вещества построена в пространстве так, что соединяет между собой атомы водорода и кислорода. Формула показывает – химическое вещество обладает таким составом:

Получение фосфорной кислоты

Химическое соединение имеет несколько способов производства. Известный промышленный метод изготовления кислоты ортофосфорной – термический, при котором получается чистый продукт высокого качества. Происходит такой процесс:

• окисление во время сжигания при избытке воздуха фосфора до фосфорного ангидрида, имеющего формулу Р4О10;
• гидратация, абсорбция полученного вещества;
• конденсация фосфорной кислоты;
• улавливание тумана из газовой фракции.

Есть еще две методики производства ортофосфорного соединения:

• Экстракционный способ, отличающийся экономичностью. Его основа – разложение природных минералов-фосфатов соляной кислотой.
• При лабораторных условиях вещество получается взаимодействием белого фосфора, являющегося ядовитым с разбавленной азотной кислоты. Процесс требует строгого соблюдения техники безопасности.

Получение

Для получения ортофосфорной кислоты применяются в основном два метода: метод влажного травления и термальный метод. Первый метод является наиболее востребованным для синтеза больших количеств кислоты, он заключается в обработке природных фосфатов минеральными кислотами, в основном серной (азотная и соляная кислоты используются значительно реже). Получаемая таким методом кислота называется влажной фосфатной кислотой.

Производство кислоты с термальным методом происходит путем окисления фосфора, получаемого из фосфатов, до оксида P 4 O 10 и последующей гидратацией.

Метод влажного травления

Несмотря на то, что принцип пищеварения фосфатов был разработан еще в 1880-х годах, его активное применение началось только после окончания Второй мировой войны — в ответ на стремительный рост спроса на минеральные удобрения.

В качестве основного сырья для пищеварения применяется апатит, который является весьма распространенным минералом:

(x = 0,1 … 2,2)

Для лучшего отделения малорастворимого гидрата сульфата кальция, реакцию обычно проводят в двух температурных режимах: при 70-80 ° C осадок выделяется преимущественно в форме дигидрата CaSO 4 · 2H 2 O, а при 80-90 ° C — в форме гемигидрата CaSO 4 · 0 , 5H 2 O. Вне этих температурных диапазонов осаждения происходит неэффективно.

Дигидратний процесс

Для проведения осаждения за дигидратним методом выходной фосфат размалывают до размера частиц в 150 мкм (не менее 75% гранулометрического состава). Концентрация конечного раствора кислоту варьируется в пределах 28-31% P 2 O 5.

Дигидратний процесс имеет большее применение, поскольку проводится по меньшей температуры, помогает снизить износ оборудования и коррозионные процессы. Также процесс позволяет использование в пищеварении большего количества фосфатных пород. К недостаткам этого способа относят сравнительно невысокую концентрацию раствора кислоты и относительно большие потери оксида (до 4-6%).

Гемигидратний процесс

Гемигидратний процесс значительно дороже в производстве, но позволяет получать растворы с концентрацией 40-50% P 2 O 5. В основном гемигидратний процесс проводится в комплексе с дигидратним. Один из первых Двухстадийная процессов был разработан в Японии, где остро стоял вопрос получения сверхчистого сульфата кальция для производства строительных материалов (в Японии отсутствуют природные залежи гипса).

В зависимости от порядка проведения осаждения за дигидратним (ДГ) и гемигидратним (ГГ) методами, различают:

• ГГ процесс:

концентрация конечного раствора — 40-48% P 2 O 5 одностадийная фильтрация осадок — CaSO 4 · 0,5H 2 O (с примесями)

• ГГ / ДГ процесс без промежуточной фильтрации:

концентрация конечного раствора — 30-32% P 2 O 5 одностадийная фильтрация осадок — CaSO 4 · 2H 2 O (чистый)

• ГГ / ДГ процесс с промежуточной фильтрацией:

концентрация конечного раствора — 40-52% P 2 O 5 двухстадийная фильтрация осадок — CaSO 4 (сверхчистый)

• ДГ / ГГ процесс:

концентрация конечного раствора — 32-36% P 2 O 5 повторяющаяся фильтрация с возвращением фильтрата осадок — CaSO 4 · 0,5H 2 O (сверхчистый)

Термальный метод

Производство ортофосфорной кислоты с термальным методом проводится путем сжигания белого (желтого) фосфора в кислороде воздуха и последующим растворением в воде:

Процесс IG

По методу окисления проводится в цилиндрических реакторах, в которых сверху впрыскивается смесь кислорода и атомизованого фосфора, а внизу находится вода для поглощения образованного оксида. Поскольку сжигание фосфора происходит с большим тепловым эффектом (достигается температура свыше 2000 ° C), по внутренней стороне стенок реактора подается охлажденная фосфатный кислота, которая предотвращает чрезмерное влияния температуры на металл. Все детали реактора производятся из низкоуглеродистой стали или резины — эти материалы не подвергаются воздействию кислоты при температурах до 100 ° C.

Концентрация конечной кислоты регулируется подачей воды для смешивания, а также охлаждением реакторов. Конечный продукт может иметь незначительную примесь фосфитнои кислоты (около 0,1%), которая образуется из полностью окисленного оксида фосфора (III).

Процесс TVA

(TVA) была предложена модификация термального метода: сожжение фосфора происходит в отдельной камере, дает больше времени на окисление. Твердые продукты окисления частично оседают на стенках и поглощают часть тепла, выделяемого в результате реакции, а также экранируют металл реактора от чрезмерного воздействия температуры.

Накопленный оксид фосфора растворяется в ортофосфорной кислоте с образованием полифосфатных кислот H n + 2P n O 3n + 1, которые имеют значительно большее содержание P 2 O 5. Так, по методу TVA получают раствор кислот с концентрацией 85% P 2 O 5, что соответствует концентрации ортофосфорной кислоты в 117%. При изготовлении камер для сжигания из графита, накопленный оксид фосфора (V) образует растворы кислот с концентрацией до 92% P 2 O 5.

Концентрирования

Концентрирования ортофосфорной кислоты до значений 40-55% P 2 O 5 видбуваетьcя путем испарения воды в вакууме при температурах около 120 ° C. Для достижения содержания оксида фосфора в 70% (суперфосфатная кислота), нагрев повышают до 200 ° C.

Химические свойства

Неорганическое соединение считается трехосновным, имеющим среднюю силу. Характерны такие химические свойства ортофосфорной кислоты:

• реагирует на индикаторы изменением цвета на красный;
• при нагревании преобразуется в пирофосфорную кислоту;
• в водных растворах подвергается трехступенчатой диссоциации;
• при реакции с сильными кислотами образует фосфорилы – комплексные соли;
• образует желтый осадок, взаимодействуя с нитратом серебра;
• термически разлагается до дифосфорной кислоты;
• при контакте с основаниями, аморфными гидроксидами, образует воду и соль.

Содержание

• 1 Кислоты 1.1 Ортофосфорная кислота
• 1.2 Олигофосфорная и полифосфорная кислоты
• 1.3 Циклические фосфорные кислоты

Применение

Кислота ортофосфорная применяется во многих областях, начиная от промышленности до лечения зубов. Средство используется умельцами как флюс при пайке, для очистки поверхности металла от ржавчины. Жидкость применяется:

• для научных исследований в молекулярной биологии;
• как катализатор процессов органического синтеза;
• для создания антикоррозионных покрытий металлов;
• при производстве огнеупорных пропиток для дерева.

Вещество находит применение:

• в нефтяной промышленности;
• при изготовлении спичек;
• для производства кинопленки;
• с целью защиты от коррозии;
• для осветления сахарозы;
• при изготовлении лекарств;
• в холодильных установках как связующее вещество в составе фреона;
• при механической обработке для полировки, очистки металлов;
• в текстильной отрасли при производстве тканей, имеющих огнезащитную пропитку;
• как компонент при получении химических реактивов;
• в ветеринарии для лечения мочекаменной болезни у норок;
• как составляющая для грунтовки по металлу.

В пищевой промышленности

Широкое распространение получило применение фосфорной кислоты при изготовлении продуктов питания. Она зарегистрирована в реестре пищевых добавок под кодом Е338. При употреблении с допустимыми количествами вещество считается безопасным. Полезными являются такие свойства препарата:

• предотвращение прогоркания;
• регулирование кислотности;
• продление срока годности;
• сохранение вкусовых характеристик;
• усиление действия антиоксидантов.

Кислота ортофосфорная как подкислитель, разрыхлитель, антиоксидант находит применение в хлебопечении, мясной, молочной промышленности. Используется при производстве кондитерских изделий, сахара. Вещество придает продуктам кисловатый, горьковатый вкус. Добавка Е338 входит в состав:

• плавленых сыров;
• сдобы;
• газированных напитков – «Пепси-кола», «Спрайт»;
• колбас;
• булок;
• молока;
• детского питания;
• мармелада;
• тортов.

Исследования показали, что злоупотребление продуктами, содержащими ортофосфорные соединения, особенно газированными напитками, может привести к появлению проблем со здоровьем. Не исключено:

• вымывание из организма кальция, что может спровоцировать образование остеопороза;
• нарушение кислотно-щелочного баланса – добавка способна увеличивать его кислотность;
• появление заболеваний ЖКТ;
• обострение гастрита;
• разрушение эмали зубов;
• развитие кариеса;
• появление рвоты.

В непищевой промышленности

Применение ортофосфорной кислоты можно наблюдать во многих сферах производства. Часто это связано с химическими свойствами продукта. Препарат применяется для изготовления:

• комбинированных, фосфорных минеральных удобрений;
• активированного угля;
• фосфорных солей натрия, аммония, марганца;
• огнезащитных красок;
• стекла, керамики;
• синтетических моющих средств;
• огнеупорных связующих компонентов;
• негорючего фосфатного пенопласта;
• гидрожидкостей для авиационной промышленности.

• Дисплазия шейки матки — что это: лечение и степени заболевания
• Белковая диета — меню на 14 дней и результаты похудения
• Уксус против грибка ногтей

В медицине

Стоматологи применяют ортофосфорный состав для обработки внутренней поверхности коронки. Это помогает во время протезирования улучшить ее сцепление с зубом. Вещество используется фармацевтами для приготовления лекарств, зубного цемента. В медицине применение ортофосфорного соединения связано со способностью протравливать эмаль зуба. Это необходимо при случае использования для пломбирования адгезивных материалов второго, третьего поколения. Важные моменты – после травления поверхность необходимо:

• промыть;
• просушить.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Фосфорная кислота» в других словарях:

Фосфорная кислота

— (ортофосфорная кислота или обыкновенная фосфорная кислота) (H3PO4) получается при действии серной кислоты на природный фосфат трикальция. Полученная таким образом техническая кислота содержит в качестве примесей пентаоксид дифосфора,… … Официальная терминология

Он выводится главным образом в виде фосфата кальция. Фосфорную кислоту получают мокрым или термическим способом. Большая часть его производится из минеральных ресурсов. Из-за использования кислоты для производства огромного количества фосфорных удобрений можно найти другое название — удобрение кислоты.

Применение ортофосфорной кислоты в сельском хозяйстве

Использование фосфорной кислоты. Его можно найти в спортивных напитках — изотонических, в меду, спиртных напитках, кроме виски, в винных ароматных коктейлях, в картофельных закусках, крупы, муке или обработанных орехах и в десертных смесях. Мало того, что фосфорная кислота широко используется в пищевой промышленности. Его можно использовать для осушения отопительного оборудования. В стоматологии изготовлен фарфоровый фарфор, в сельском хозяйстве используется фосфорная кислота в удобрениях, а в промышленности — фосфатное покрытие на металле.

Соединение фосфора с кислородом. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865. ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА соединение фосфора к кислородом, кристаллы её бесцветны, призматичны,… … Словарь иностранных слов русского языка

— (ортофосфорная кислота), H3PO4, твердое вещество, tпл 42,35шC. Применяют фосфорную кислоту в производстве удобрений, различных фосфатов, для обработки кормов для скота, нанесения антикоррозионных покрытий на металлы, осветления сахара, как… … Современная энциклопедия

ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА

— (Acidum phosphori cum), этим наименованием охватывают к ты 5 валентного фосфора. Для удобства классификации их можно рассматривать как продукты взаимодействия фосфорного ангидрида (Р206) и воды; известны одноосновная метафосфор ная к та, НР03(=… … Большая медицинская энциклопедия

Применение от ржавчины

Преобразователь ржавчины на основе ортофосфорной кислоты создает на поверхности защитный слой, оберегающий от коррозии при дальнейшем использовании. Особенность применения соединения – безопасность для металла при нанесении. Существует несколько способов выполнить удаление ржавчины ортофосфорной кислотой, зависящих от размера повреждения:

• травление с погружением в ванну, иную емкость;
• многократное нанесение на металл состава пульверизатором, валиком;
• покрытие поверхности предварительно обработанной механической очисткой.

Ортофосфорное соединение производит преобразование ржавчины в фосфаты железа. Состав можно использовать для промывки и очистки:

• изделий металлопроката;
• скважин;
• поверхностей трубопроводов;
• парогенераторов;
• систем водоснабжения, отопления;
• змеевиков;
• бойлеров;
• водонагревателей;
• теплообменников;
• котлов;
• деталей машин и механизмов.

Рекомендации

1. Харвуд, Лоуренс М .; Hodgkinson, Leslie C .; Сазерленд, Джеймс К .; Башни, Патрик (1984). «Синтез антрациклинонов. Часть 1. Региоселективное алкилирование 5-гидроксихинизарина». Канадский химический журнал
   .
   62
   (10): 1922–1925. Дои:10.1139 / v84-329.
2. Накадзава, Коичи; Мацуура, Шин; Кусуда, Косуке (1954). «Исследования по применению полифосфорной кислоты в качестве конденсирующего агента. II». Якугаку Засши
   .
   74
   (5): 495–497. Дои:10.1248 / yakushi1947.74.5_495.
3. «Фосфорная кислота и фосфаты». Энциклопедия химической технологии
   . Нью-Йорк: Interscience Encyclopedia, Inc., 1953. стр. 421.
4. «Полифосфаты для защиты от накипи и коррозии». Tramfloc, INC. Январь 2009 г.. Получено 23 декабря, 2010.
5. «Ингибиторы орто-полифосфатной коррозии» (PDF). Правительственная инженерия: журнал общественной инфраструктуры
   (Сентябрь – октябрь 2006 г.): 48–49. Получено 23 декабря, 2010.
6. Пармар, Диксит; Сугионо, Эрли; Раджа, Садия; Рупинг, Магнус (2014). «Полное руководство по асимметричной кислоте БИНОЛ-фосфата и металлическому катализу: история и классификация по способу активации; кислотность Бренстеда, водородная связь, образование пар ионов и фосфаты металлов». Химические обзоры
   .
   114
   (18): 9047–9153. Дои:10.1021 / cr5001496. PMID 25203602.

Взаимодействие ортофосфорной кислоты

Свойства неорганического вещества определяют его взаимодействие с другими веществами и соединениями. При этом происходят химические реакции. Ортофосфорный состав входит во взаимодействие с:

• солями слабых кислот;
• гидроксидами, вступая в реакцию нейтрализации;
• металлами, находящимися слева от водорода в ряду активности с образованием соли и выделением водорода;
• основными оксидами, участвуя в реакции обмена;
• гидроксидом аммония, создавая гидрофосфат аммония;
• аммиаком с получением кислых солей.

Фосфорные эфиры

Общая химическая структура монофосфатного эфира; здесь любой R может быть H или некоторым органическим радикалом.

Группы -ОН в фосфорных кислотах также могут конденсироваться с гидроксильные группы из спирты формировать фосфорные эфиры. Поскольку ортофосфорная кислота имеет три группы -ОН, она может этерифицироваться одной, двумя или тремя молекулами спирта с образованием моно-, ди- или триэфира. См. Изображение общей структуры орто- (или моно-) фосфата. сложный эфир внизу слева, где любой из р

группы могут быть водородом или органический радикал. Также возможны ди- и триполи- (или три-) сложные эфиры фосфата и т.д. Любые группы -ОН на фосфатах в этих молекулах сложного эфира могут потерять H+ ионы с образованием анионов, опять же в зависимости от pH раствора. В биохимии живых организмов существует много видов (моно) фосфатных, дифосфатных и трифосфатных соединений (в основном сложные эфиры), многие из которых играют важную роль в метаболизме, например аденозиндифосфат (АДФ) и трифосфат (АТФ).
Структура хиральная фосфорная кислота полученный из BINOL.[6]

Техника безопасности при работе с кислотой

Ортофосфорное соединение относится к классу опасных веществ, требует соблюдения осторожности. Работы с составом должны проводиться в специальном помещении, оснащенном приточно-вытяжной вентиляцией, вдали от источников огня. Недопустимо отсутствие средств индивидуальной защиты:

• респиратора;
• перчаток;
• специальной одежды;
• нескользящих ботинок;
• очков.

Опасно попадание ортофосфорного состава на кожу, в глаза, вредно вдыхание горячих паров. Это может вызвать ожог, головокружение, рвоту, кашель. При экстренных случаях нужно:

• снять одежду, на которую попало вещество;
• промыть место поражения проточной водой;
• вызвать врача;
• наложить свободную повязку;
• разлитую жидкость нейтрализовать щелочью.

Правила транспортировки

Существуют специальные ГОСТы, оговаривающие правила перевозки кислоты ортофосфорной, которая относится к опасным грузам. Вещество может доставляться любым видом транспорта. Химически активная жидкость перевозится в плотно закрытых:

• стальных автоцистернах;
• бутылях из полиэтилена, стекла;
• пластиковых кубах;
• бочках;
• канистрах;
• гуммированных железнодорожных цистернах.

Цена

Кислоту ортофосфорную можно приобрести в аптеках, хозяйственных магазинах, заказать через интернет-сайты. Для промышленных целей приобретают оптом со скидками. Средняя стоимость для Москвы в рублях составляет: