Kwas fosforowy [nazwa systematyczna
IUPAC
: kwas ortofosforowy(V), kwas ortofosforowy (poprzednia nazwa); zwycz. kwas fosforowy(V)], H3PO4 – nieorganiczny
związek chemiczny
z grupy
kwasów tlenowych
.
Sole
i
estry
kwasu ortofosforowego(V) to
ortofosforany(V)
. Oprócz kwasu ortofosforowego(V) 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.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Czysty, 100% kwas ortofosforowy(V) to w temperaturze pokojowej białe, krystaliczne ciało stałe o temperaturze topnienia 42,3 °C, dobrze rozpuszczalne w wodzie (670g / 100g wody w temp. 25 °C). W zastosowaniach laboratoryjnych i przemysłowych stosuje się jednak zwykle 85-90% roztwór tego kwasu w wodzie, o konsystencji gęstego syropu. Kwas ten nie posiada silnych własności
utleniających
.
Jest kwasem trójprotonowym o średniej
mocy
o stałych
dysocjacji
:
- H3PO4 → H2PO4- + H+; K1=1,1×10-2;
- H2PO4- → HPO42- + H+; K2=1,2×10-7;
- HPO42- → PO43- + H+; K3=1,8×10-12;
Otrzymywanie
W przemyśle otrzymuje się go w wyniku działania
kwasu siarkowego(VI)
na
ortofosforan(V) wapnia
, którego źródłem są minerały
apatyt
i
fosforyt
a czasami także zmielone kości zwierząt:
- Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4 + 2H3PO4
Wydzielający się w tej reakcji
siarczan(VI) wapnia
można łatwo oddzielić od kwasu fosforowego przez filtrowanie, gdyż nie rozpuszcza się on w wodzie.
Bezwodnikiem
kwasu fosforowego jest
tlenek fosforu(V)
, który w kontakcie z dużym nadmiarem wody przechodzi w kwas:
- P4O10 + 6H2O → 4H3PO4
Przy mniejszej ilości wody zamiast kwasu ortofosforowego(V) powstają
polimeryczne
kwasy ortofosforowe (polifosforowe) o ogólnym wzorze H2O×(HPO3)x (najprostszym i najlepiej poznanym kwasem polifosforowym jest kwas pirofosforowy, H4P2O7). Kwasy polifosforowe można też otrzymać w wyniku odparowywania wody z kwasu fosforowego. W praktyce laboratoryjnej często zdarza się, że długo przechowywany kwas fosforowy(V) 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. W wyniku ogrzewania kwasu fosforowego powyżej 300 °C powstaje
kwas metafosforowy
, HPO3 zgodnie z równaniem:
- H3PO4 → HPO3 + H2O
Kwas ortofosforowy(V) powstaje również podczas działania na
fosfor
czerwony
kwasem azotowym
:
- 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5 NO.
Reakcja ta jest niebezpieczna i może przebiegać wybuchowo.
Zastosowanie kwasu
Kwas ortofosforowy(V) stosowany głównie do wyrobu nawozów sztucznych (np.
superfosfatu
podwójnego). W przemyśle spożywczym jest stosowany jako dodatek do napojów gazowanych (np.
Coca-Coli
) jako
regulator kwasowości
(
symbol E
338). Stosowany jest też do wytwarzania fosforanowych(V) 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.
Rola biologiczna
Kwas fosforowy oraz jego
sole
i
estry
pełnią też ważną rolę
buforową
w płynach ustrojowych, energetyczną (
bezwodnikowe
wiązania wysokoenergetyczne, np. w
ATP
i
fosfokreatynie
) oraz regulatorową (
fosforylacja
lub
defosforylacja
białek uaktywnia je biologicznie).
Przypisy