Fosforsuur

Fosforsuur (ook ortofosforsuur, monofosforsuur of fosfor(V)suur) is 'n swak suur met die chemiese formule H₃PO₄. Dit is 'n belangrike chemiese produk wat veral in die kunsmisnywerheid gebruik word. Ander gebruike sluit in seep en skoonmaakmiddels, bymiddels in die voedselbedryf, waterbehandeling en tandepasta. Dit word uit fosforertse berei deur die inwerking van swaelsuur. Afhangend van die hoeveelheid swaelsuur wat gebruik word, word verskillende kaliumsoute uit fosforsuur gevorm. Naas die gebruik daarvan in die kunsmisnywerheid is fosforsuur ook belangrik as beitssuur by die oppervlakbehandeling van metale, waterversagter en roesverwyderaar en vir nywerheidsgebruik in dranke en limonades.

Eienskappe

Algemeen
Naam	Fosforsuur
Sistematiese naam	Ortofosforsuur
Ander name	Monofosforsuur Fosfor(V)suur
Struktuurformule van Fosforsuur
Chemiese formule	H3PO4
Molêre massa	97,994 g•mol-1
CAS-nommer	7664-38-2
Voorkoms	wit / kleurlose solied
Reuk	reukloos
Fasegedrag
Smeltpunt	40 - 42,4 °C[1]
Kookpunt	212 °C (net water verdamp)[2][3]
Digtheid	1,6845 g•cm-3[4]
Oplosbaarheid	5,48 kg•L-1 (20 °C)[1] Oplosbaar in etanol
Viskositeit	2,4 - 9,4 cP (85% in water) 147 cP (100%)
Brekingsindeks	1,4320 nD (85% in water)[5]
Termodinamies
ΔfHɵ	-1271,7 kJ•mol-1
Warmtekapasiteit	145,0 J•K-1•mol-1
Suur-basis eienskappe
pKa	2,16[6]
Veiligheid
Flitspunt	nie flambaar
LD50	1530 mg•kg-1 (rot, mondeling)
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Benoeming

Die korrekte naam vir fosforsuur is ortofosforsuur (H₃PO₄), ter onderskeiding van 'n groot aantal ander bekende fosforsure. 'n Verbinding met die samestelling 2 H₃PO₄.H−2 is in 'n kristallyne vorm bekend. By verhitting verloor ortofosforsuur water en gaan eers oor in pirofosforsuur (H₄P₂O₇) en vervolgens oor in metafosforsuur (HPO₃), waarin fosfor vrywaardig is en wat soute (die fosfate) vorm.

Vervaardiging

Fosforsuur word industrieel vervaardig deur twee algemene roetes.^[7] In die "nat" proses word 'n fosfaatbevattende mineraal soos kalsiumhidroksiapatiet met swaelsuur behandel.^[8]

${\displaystyle {\ce {Ca5(PO4)3OH + 5 H2SO4 -> 3 H3PO4 + 5 CaSO4(v) + H2O}}}$

Fluoroapatiet is 'n alternatiewe grondstof en in die geval is fluoried verwyder as die onoplosbare verbinding Na₂SiF₆. Die fosforsuuroplossing bevat gewoonlik 23–33% fosforpentoksied (P₂O₅) (32–46% fosforsuur). Dit kan gekonsentreer word om kommersiële- of handelsgraad-fosforsuur te produseer, wat ongeveer 54–62% P₂O₅ (75–85% H₃PO₄) bevat. Verdere verwydering van water lewer superfosforsuur met 'n P₂O₅-konsentrasie bo 70% (wat ooreenstem met byna 100% H₃PO₄). Kalsiumsulfaat (gips) word as 'n neweproduk vervaardig en word as fosfogips verwyder.

Om voedselgraad fosforsuur te produseer, word fosfaaterts eers met kooksteenkool in 'n elektriese boogoond gereduseer om elementêre fosfor te maak. Silika word ook bygevoeg, wat lei tot die produksie van 'n kalsiumsilikaatslak. Elementêre fosfor word uit die oond gedistilleer en met lug verbrand om hoë-suiwerheid fosforpentoksied te produseer, wat in water opgelos word om fosforsuur te maak.

Die fosforsuur van beide prosesse kan verder gesuiwer word deur verbindings van arseen en ander potensieel giftige onsuiwerhede te verwyder.

Gebruike

Die oorheersende gebruik van fosforsuur is vir kunsmis, wat ongeveer 90% van produksie verbruik.^[9] Voedselgraad fosforsuur (bymiddel E338^[10]) word gebruik om voedsel en drank soos verskeie kolas en konfyte te versuur en dit verskaf 'n pikante of suur smaak. Die fosforsuur dien ook as 'n preserveermiddel.^[11] Fosforsuur in koeldrank het die potensiaal om tanderosie te veroorsaak.^[12] Fosforsuur het ook die potensiaal om by te dra tot die vorming van nierstene, veral in diegene wat voorheen nierstene gehad het.^[13]

Eienskappe

Fosforsuur is 'n swakker suur as soutsuur of swaelsuur, maar werk tog etsend in op die vel. Dit kan by verhitting selfs glas en keramiek aantas. Omdat dit nie giftig is vir inwendige gebruik nie en in 'n verdunde vorm 'n prikkelende smaak het, word fosforsuur in dranke en limonades gebruik.

Suur eienskappe

Fosforsuur het drie waterstofstowwe en al drie is suur, met dissosiasiekonstantes pK_a1 = 2,14, pK_a2 = 7,20 en pK_a3 = 12,37. Dit volg dat, in wateroplossings, fosforsuur meestal gedissosieer word in een of ander kombinasie van sy drie anione, behalwe teen baie lae pH. Die ewewigsvergelykings is:

H₃PO₄ + H₂O ${\displaystyle {\ce {<=>}}}$ H₃O⁺ + H₂PO−4 K_a1= 7,25×10⁻³ [pK_a1 = 2,14]

H₂PO−4 + H₂O ${\displaystyle {\ce {<=>}}}$ H₃O⁺ + HPO2−4 K_a2= 6,31×10⁻⁸ [pK_a2 = 7,20]

HPO2−4 + H₂O ${\displaystyle {\ce {<=>}}}$ H₃O⁺ + PO3−4 K_a3= 3,98×10⁻¹³ [pK_a3 = 12,37]

In Suid-Afrika

Die grootste fabriek in Suid-Afrika waar fosforsuur berei word, is Foskor in Richardsbaai.^[14] Die apatiet word met swaelsuur behandel en lewer dan hidrofluoorsuur, kalsiumfosfaat en fosforsuur in 'n stroperige vloeistof (wat nie heeltemal suiwer is nie).

Superfosfaat, dubbelfosfaat en ammoniumfosfaat

As die apatietrots met verdunde swaelsuur behandel word, word nie fosforsuur nie, maar wel Ca(H₂PO₄)₂ gevorm. Hierdie verbinding is die hoofbestanddeel van die kunsmisstof superfosfaat, wat egter ook nog CaSO₄, fosfaaterts en kalsiumfluoried kan bevat. Dubbelsuperfosfaat is 'n suiwerder vorm van Ca(H₂PO₄)₂ as superfosfaat en word berei deur kleiner hoeveelhede apatiet met fosforsuur en 'n swak konsentrasie swaelsuur te behandel.

Nog 'n belangrike kunsmisstof (ammoniumfosfaat) wat stikstof aan die grond voorsien, word berei deur superfosfaat en dubbelsuperfosfaat met ammoniak en fosforsuur te behandel. Al bogenoemde soute is in so 'n mate oplosbaar dat plante dit kan opneem.

Kyk ook

• Lys van sure en basisse

Bronnelys

• Haynes, William (2011). CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data (in Engels). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-1-4398-5511-9. OCLC 730008390.
• Wêreldspektrum, Volume 7, bl.49, ISBN 090840941 9

Verwysings

1. Haynes, bl. 4.80
2. "Phosphoric acid". www.chemspider.com (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 12 Maart 2020. Besoek op 28 Februarie 2022.
3. Brown, Earl H.; Whitt, Carlton D. (1952). "Vapor Pressure of Phosphoric Acids". Industrial & Engineering Chemistry (in Engels). 44 (3): 615–618. doi:10.1021/ie50507a050.
4. Christensen, J. H.; Reed, R. B. (1955). "Design and Analysis Data—Density of Aqueous Solutions of Phosphoric Acid Measurements at 25 °C". Ind. Eng. Chem. (in Engels). 47 (6): 1277–1280. doi:10.1021/ie50546a061.
5. Edwards, O. W.; Dunn, R. L.; Hatfield, J. D. (1964). "Refractive Index of Phosphoric Acid Solutions at 25 C.". J. Chem. Eng. Data (in Engels). 9 (4): 508–509. doi:10.1021/je60023a010.
6. Haynes, bl. 5.92
7. Becker, Pierre (1983). Phosphates and phosphoric acid : raw materials, technology, and economics of the wet process (in Engels). New York: M. Dekker. ISBN 978-0-8247-1712-4. OCLC 9412580.
8. Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the elements (in Engels). Boston, Mass: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-050109-3. OCLC 48138330.
9. Schrödter, Klaus; Bettermann, Gerhard; Staffel, Thomas; Wahl, Friedrich; Klein, Thomas; Hofmann, Thomas (15 Januarie 2008). "Phosphoric Acid and Phosphates". In Ullman, Fritz (red.). Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (in Engels). Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. doi:10.1002/14356007.a19_465.pub3.
10. "Current EU approved additives and their E Numbers" (in Engels). Foods Standards Agency. 14 Maart 2012. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 19 Julie 2013. Besoek op 2 Maart 2022.
11. "Why is phosphoric acid used in some Coca‑Cola drinks?| Frequently Asked Questions | Coca-Cola GB". www.coca-cola.co.uk (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 2 Augustus 2021. Besoek op 2 Maart 2022.
12. Moynihan, P. J. (23 November 2002). "Dietary advice in dental practice". British Dental Journal (in Engels). 193 (10): 563–568. doi:10.1038/sj.bdj.4801628. PMID 12481178.
13. Qaseem, A; Dallas, P; Forciea, MA; Starkey, M; et al. (4 November 2014). "Dietary and pharmacologic management to prevent recurrent nephrolithiasis in adults: A clinical practice guideline from the American College of Physicians". Annals of Internal Medicine (in Engels). 161 (9): 659–67. doi:10.7326/M13-2908. PMID 25364887.
14. "Foskor - Acid division - Richards Bay" (in Engels). Foskor (Pty) Ltd. 2021. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 29 April 2018. Besoek op 2 Maart 2022.