اسید فسفریک: ساختار، فرمول شیمیایی و خواص

اسید فسفریک یک ماده‏ی شیمیایی بوده که طیف گسترده‏ای از کاربردها را دارد. در این‏جا در رابطه با ساختار، فرمول شیمیایی و مصارف اسید فسفریک بحث خواهیم کرد.

خواص اسید فسفریک

همراه با اسید کربنیک، اسید فسفریک معدنی‏ترین اسید خورده شده توسط انسان می‏باشد. این اسید در انواعی از غذاها به منظور افزودن عطر و طعم ترش از جمله نوشیدنی‏های گازدار مورد استفاده قرار می‏گیرد.
اسید فسفریک یک اسید معدنی با فرمول شیمیایی H3PO4 می‏باشد. همچنین به عنوان ارتوفسفریک اسید نیز شناخته می‏شود. نام آیوپاک آن در واقع تری هیدروکسید فسفر فسفریک اسید می‏باشد، اما خوشبختانه تقریبا هرگز به این نام استفاده نمی‏شود.
این اسید می‏تواند توسط دو فرایند مرطوب و حرارتی تشکیل شود. فرایند اولی شایع‏تر می‏باشد و یک فرم اسید فسفریک با خلوص کمتر تشکیل می‏گردد که برای مصارف صنعتی قابل قبول می‏باشد. برای کاربرد در صنایع غذایی و آرایشی، فرم‏های خالص تر توسط روش حرارتی به دست می‏آید. رایج‏ترین واکنش به کار برده شده برای فرایند مرطوب در زیر نشان داده شده است. محتوای P2O5 تولید شده از این روش ممکن است از 25 تا 70 درصد متنوع باشد.
Ca5(PO4)3X + 5H2SO4 + 10H2O ➙ 3H3PO4 + 5CaSO4.2H2O + HX
که X در این واکنش می‏تواند یک هالوژن (فلور، کلر، بر) یا یک یون هیدروکسید باشد.
فرایند حرارتی تهیه‏ی اسید فسفریک شامل حل پنتا اکسید فسفر در اسید فسفریق رقیق می‏باشد. این فرایند یک فرم بسیار خالص از اسید فسفریک را تولید می‏کند که می تواند برای کاربردهای حساس‏تر استفاده شود.

ساختار

اتم فسفر در یک مولکول اسید فسفریک با 4 اتم اکسیژن با یک پیوند دوگانه و سه پیوند یگانه‏ی دیگر به هم متصل شده‏اند. اتم های اکسیژن با پیوند یگانه به یک اتم هیدروژن متصل می‏گردند، بنابراین ظرفیت آن‏ها رضایت‏بخش می‏باشد.

خواص

همانطور که قبلا ذکر شد، اسید فسفریک بی‏آب خالص در شرایط نرمال یک جامد بلورین سفید می‏باشد. این اسید در دمای 35/42 درجه سانتی‏گراد ذوب شده و در دمای 158 درجه سانتی‏گراد به جوش می‏آید. چگالی آن در حالت جامد 03/2 گرم بر میلی‏لیتر می‏باشد و رایج‏ترین فرم مورد استفاده‏ی آن محلول 85 درصد می‏باشد که چگالی آن 685/1 گرم بر میلی‏لیتر می‏باشد.
اسید فسفریک یک اسید معدنی بوده که می تواند تشکیل زنجیره هایی از مولکول های خودش را بدهد. این واکنش به طور معمول در دمای بالا اتفاق می افتد. با از دست دادن مولکول های آب، تشکیل کلاس هایی از اسید فسفریک را می دهد که به عنوان پیرو فسفریک اسید و متا فسفریک اسید شناخته می شود. فرمول عمومی این ترکیبات به ترتیب H(HPO3)Noh و (HPO3)n می باشد که n= 3،4،5....
متافسفریک اسید یک ماده‏ی شیشه‏ای جامد بوده و کم آب‏ترین فرم اسید فسفریک قابل دسترس توسط حرارت‏دهی می‏باشد. این اسید اغلب به عنوان یک عامل نم‏زدا استفاده می‏شود، چون بسیار جاذب رطوبت می‏باشد (آب را جذب می‏کند). تنها یک خشک‏کن بسیار قوی، اسید متافسفریک را به پنتا اکسید فسفر تغییر می‏دهد.

مصارف

اسید فسفریک مسلما معدنی‏ترین اسید می باشد. اکثر این‏ها (حدود 90 درصد) در تولید کودهای فسفره مورد استفاده قرار می‏گیرد.
این فسفر در شکل رقیق غیر سمی بوده و بنابراین در محصولات غذایی متعدد مورد استفاده قرار می‏گیرد. این اسید در درجه‏ی اول در بسیاری از نوشیدنی‏های گازدار برای طعم ترش آن مورد استفاده قرار می‏گیرد. اسید فسفریک به طور گسترده در دسترس بوده و به منظور تولید نسبت به جایگزین‏های آلی مانند اسید سیتریک و اسید مالیک ارزان‏تر می‏باشد.
اسید فسفریک در دندان‏پزشکی به منظور تمیز کردن و زبر کردن سطح دندانی که قرار است پر شود، استفاده می‏شود.
در یکی از مصارف آن، از این ماده می‏توان به منظور حذف و مقابله با خوردگی استفاده شود. این ماده با اکسیدهای آهن به منظور تشکیل فسفات آهن واکنش می‏دهد. این ماده خاصیت پاک کنندگی داشته و حتی بر روی سطوح به عنوان یک محافظ در برابر خوردگی بیشتر عمل می‏کند.
اسید فسفریک به عنوان تنظیم‏کننده‏ی pH در برخی صنایع مورد استفاده قرار می‏گیرد. هیدروپونیک اسید فسفریک را به منظور پایین آوردن pH محلول، با سود مضاعفی که فسفریک اسید باعث رشد گیاه، به خصوص گل‏دهی می‏گردد، به کار گرفته می‏شود. این ماده همچنین در تولید محصولات آرایشی به منظور مقابله با اجزای قلیایی مورد استفاده قرار می‏گیرد.