اسید فسفریک: ساختار، فرمول شیمیایی و خواص

اسید فسفریک یک ماده شیمیایی است که به طور متداول در طیف گسترده‌ای از کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. به خواندن ادامه دهید تا در مورد ساختار، فرمول شیمیایی، و موارد استفاده از اسید فسفریک بیشتر بدانید.
آیا می‌دانستید؟ همراه با دی‌اکسید کربن، اسید فسفریک نیز اسیدی غیر آلی محسوب می‌شود که اغلب توسط انسان مصرف می‌شود. این ماده برای اضافه کردن یک طعم ترش در غذاهای مختلف استفاده می‌شود، از جمله در برخی از نوشیدنی‌های گاز دار نیز استفاده می‌شود. اسید فسفریک یک اسید غیر آلی و یا معدنی با فرمول شیمیایی H3PO4 است. هم چنین به عنوان ارتوفسفریک اسید نیز شناخته شده است. نام IUPAC آن در واقع،‌trihydroxidooxidophosphorus phosphoric acid است، اما خوش بختانه تقریباً هرگز به این نام خوانده نمی‌شود!
این ماده می‌تواند از طریق دو فرآیند تشکیل شود؛ مرطوب و حرارتی. مورد اول بیشتر رایج است، و شکل کمتر خالص اسید فسفریک را به دست می‌دهد که برای استفاده‌های صنعتی قابل قبول است. برای استفاده در مواد غذایی و صنایع آرایشی، فرم خالص‌تر مناسب است که با استفاده از روش حرارتی به دست می‌آید. واکنش متداول مورد استفاده برای فرآیند مرطوب در زیر آورده شده است. محتوای P2O5 در این محصول، با این روش، ممکن است از 25٪ تا 70 ٪ متفاوت باشد.

'X' در این واکنش می تواند یک هالید ( (F-, Cl-, Br- یا یون هیدروکسید (OH-) باشد.
فرایند حرارتی دست یابی به اسید فسفریک، شامل حل کردن پنتا اکسید (pentoxide) فسفر در اسید فسفریک رقیق است. این یک فرم بسیار خالص از اسید فسفریک را می‌دهد که می تواند برای کاربردهای حساس‌تر استفاده شود، اما دست ‌یابی به فسفر سفید اصلی (عنصری)، می‌تواند بسیار سخت باشد.
ساختار
اتم فسفر در یک مولکول اسید فسفریک، با 4 اتم اکسیژن پیوند خورده است، یکی با پیوند دوگانه و سه تای دیگر با پیوند یگانه به فسفر پیوند می‌خورند. اتم‌های اکسیژن با پیوند یگانه، به یک اتم هیدروژن هم متصل می‌شوند، در نتیجه ظرفیت شیمیایی آنها تکمیل می‌شود. اتم‌های تک پیوندی اکسیژن در هنگام شاخه شاخه شدن، نسبت به ساختار آنها در پیوند دوگانه، بسیار به یک دیگر نزدیک‌تر هستند. ساختار سه بعدی اسید فسفریک در زیر آورده شده است.
در اینجا یک نسخه دو بعدی از ساختار آن، برای درک آسان تر آورده شده است.
خواص
همان طور که قبلاً ذکر شد، اسید فسفریکِ بدون آب و خالص، به شکل یک جامد سفید بلورین در شرایط طبیعی است. در دمای ذوب میشود، و در دمای به نقطه جوش میرسد.
چگالی آن در حالت جامد، 2.03 g/mL، و در حالت بسیار معمول مورد استفاده با 85٪ انحلال، چگالی آن 1.685 g/mL است.
این ماده این خاصیت نادر یعنی یک اسید غیر آلی بودن را دارد که می‌تواند زنجیره‌ای از مولکول‌های خود را شکل دهد. این واکنش‌ها، به طور معمول در دمای بالا اتفاق می‌افتند و با تلف شدن مولکول‌های آب همراه هستند، که دسته‌های اسید فسفریک به نام اسیدهای pyrophosphoric و metaphosphoric را تشکیل می‌دهند. فرمول عمومی این ترکیبات، به ترتیب، است که در آن : n = 3,4,5....
متافسفریک اسید (Metaphosphoric Acid) یک اسید جامد و شیشه‌ای است و به عنوان کم آب‌ترین اسید فسفریک شناخته شده و فقط از راه حرارتی دست یافتنی است. این اسید خود اغلب به عنوان یک ماده‌ی نم زدا نیز استفاده می‌شود، از آن جایی که بسیار نم گیر است (جذب آب می‌شود). تنها یک خشک کن بسیار قوی اسید می‌تواند متافسفریک اسید را تبدیل به پنتا اکسید فسفر کند.
موارد استفاده

► اسید فسفریک مسلماً یک اسید معدنی با بیشترین استفاده محسوب می‌شود. از آن ( حدود 90 ٪ ) بیشتر در تولید کودهای فسفاته استفاده می‌شود.
► در شکل رقیق آن، اسید فسفریک غیر سمی است، و بنا بر این در محصولات غذایی متعددی استفاده می‌شود. این در درجه اول در بسیاری از نوشیدنی‌های گاز دار برای ایجاد طعم ترش استفاده می‌شود. به طور گسترده‌ای در دست رس بوده و ساخت آن ارزان‌تر از جای گزین‌های آلی مانند اسید سیتریک و اسید مالیک است.
► در دندان پزشکی برای تمیز کردن و زبر کردن سطح دندانی که قرار است پر شود، استفاده می‌شود.
► در یکی از استفاده‌های کمتر گسترده، این ماده می‌تواند تا حد زیادی برای حذف و مقابله با خوردگی استفاده شود. این ماده با اکسید آهن واکنش می‌دهد تا فریک فسفات ساخته شود. می تواند به راحتی پاک شود و یا حتی بر روی سطح به عنوان حفاظتی نسبی در برابر زنگ زدگی قرار داده شود.
► به عنوان یک تعدیل کننده‌ی pH در برخی از صنایع استفاده می‌شود. کشت کاران از اسید فسفریک برای کاهش pH محلول، استفاده می‌کنند، به علاوه این که فسفر به رشد گیاه، به خصوص گیاهان گل‌ دار، کمک می‌کند. هم چنین در محصولات آرایشی برای خنثی کردن خاصیت قلیایی نیز استفاده می‌شود.