Foszforsav

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából


Foszforsav
Phosphoric-acid-2D-dimensions.png Phosphoric-acid-3D-vdW.png
Más nevek Orthophosphoric acid
Kémiai azonosítók
CAS-szám 7664-38-2
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet H3PO4
Moláris tömeg 98,0 g/mol
Megjelenés fehér kristály vagy színtelen viszkózus folyadék(>42 °C)
Sűrűség 1,685 g/ml (folyadék)
Olvadáspont 42,35 °C
Forráspont 158 °C
Oldhatóság (vízben) elegyedik
Savasság (pKa) 2,12, 7,21, 12,67
Veszélyek
EU osztályozás Korrozív (C)
R mondatok R34
S mondatok (S1/2), S26, S45
Rokon vegyületek
Azonos kation salétromsav
arzénsav
Azonos anion ammónium-foszfát
trinátrium-foszfát
Rokon foszfor-oxosavak hipofoszforossav
foszforossav
pirofoszforsav
tripolifoszforsav
hipofoszforsav
perfoszforsav
permonofoszforsav
Ha másként nem jelöljük, az adatok
az anyag standard állapotára vonatkoznak.
(25 °C, 100 kPa)

A foszforsav (régi magyar nevén vilsav) egy foszfor alapú szervetlen sav. A következő változatait ismerjük:

  • hipofoszforossav (hipofoszforossav): H3PO2,
  • foszforossav: H3PO3,
  • hipofoszforsav (hipofoszforsav): H2PO3, H4P2O6,
  • ortofoszforsav (közönséges foszforsav): H3PO4,
  • pirofoszforsav: H4P2O7,
  • metafoszforsav: HPO3.

Hipofoszforossav H3PO2[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

E savat Dulong fedezte fel 1826-ban. Előállítása a bárium-sójából, azaz bárium-hipofoszfitból történik. E úgy készül, hogy bárium-hidroxid oldatát foszforral főzzük, míg a foszfor-hidrogéngáz fejlődése megszűnik. Az oldatból a bárium-hidroxid feleslegét szén-dioxid bevezetésével eltávolítjuk, a leszűrt és besűrített oldatból a kihűléskor a bárium-hipofoszfit kikristályosodik. E só vizes oldatához most annyi híg kénsavat elegyítünk, amennyi a báriumnak szulfáttá való átalakítására éppen elegendő, a levált bárium-szulfátról lefiltrált folyadék a hipofoszforossav oldata. Ezt az oldatot óvatosan besűrítve, majd 0 °C-ra lehűtve, a hipofoszforossav vízmentesen kikristályosodik. Színtelen kristályokból áll, amelyek 17,4 °C-on megolvadnak, erősebb hevítéskor elbomlik foszforsavra és foszforhidrogénre:
2H3PO2 = H3PO4 + H3P.

A hipofoszforossav igen erős redukáló anyag, ugyanis könnyen foszforsavvá alakul. Így az arany, ezüst és a higany sóiból magukat a fémeket kiválasztja. Ugyan három hidrogént tartalmaz, de csak 1 helyettesíthető fémekkel, tehát egyértékű sav. Sói a hipofoszforossav sók vagy hipofoszfitok, vízben mind oldhatók és többnyire szépen kristályosodnak; az ólom sója vízben nehezen oldható, a kálium és nátrium sója pedig igen könnyen. A bárium-hipofoszfit készítésmódját említettük: hasonlóan készülhet a kalcium- és a stronciumsója is. A hipofoszforossavsók magából a savból fém-hidroxiddal való telítéssel is előállíthatók. Gyakran abárium-hipofoszfitból cserebomlás útján készülnek olyformán, hogy e só vizes oldatát a fém szulfátjának oldatával elegyítik és a leváló bárium-szulfátról lefiltrált oldatból a hipofoszforossavsót kikristályosítják.

Foszforossav H3PO3[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Foszfor-trikloridnak vízzel való elbontásával készül:
PCl3 + 3H2O = 3HCl + H3PO3.

Vízhez lassacskán foszfor-trikloridot elegyítünk: a heves hatás megszűntével a folyadékot besűrítjük és végül a hőmérséklet 180°-ig emeljük, a kapott sűrű folyadék kihűléskor kristályosan megmered: ez a foszforossav. Képződik akkor is, ha foszfor-trioxidot vízben oldunk; a nedves foszfornak a levegőn való oxidációjakor foszforsav és hipofoszforsav mellett foszforossav is keletkezik.

A foszforossav színtelen kristályokból áll; olvad 70 °C körül, erősebb hevítéskor elbomlik, foszforsav és foszforhidrogén keletkezik. Vizes oldata a levegőn lassacskán oxidálódik, minél hígabb, annál gyorsabban; oxidáló szerek könnyen foszforsavvá alakítják. Erős redukálószer; így pl. higany(II)-klorid-oldatból kalomelt választ ki. A foszforossavban 2 hidrogén könnyen helyettesíthető fémmel és így rendesen kétértékű savnak tekintik, a 3. hidrogénatom alig helyettesíthető fémmel, azonban organikus gyökökkel mindhárom helyettesíthető. Sói a foszforossavsók vagy foszfitek; ezeknek két sorozatát ismerjük aszerint, amint a foszforossavban csak az egyik, vagy mindkét hidrogén van fémmel helyettesítve. Az alkálifémek foszfitjei vízben könnyen oldhatók, a többi fémeké nehezen.

Hipofoszforsav H2PO3 vagy H4P2O6[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

E sav képződik foszforsav és foszforossav mellett akkor, ha a foszfor nedves levegőn közönséges hőmérsékleten magától oxidálódik. Az így kapott folyadékot foszfatikus savnak nevezték és régebben a foszfor külön savjának tekintették. Későbben kitűnt, hogy lényegében foszforsav és foszforossav elegye, míg újabb vizsgálatok kiderítették, hogy még ezeken kívül egy más savat, hipofoszforsavat is tartalmaz. A szirup sűrűségű «foszfatikus» savat igen tömény nátrium-acetát oldat fölöslegével elegyítik, amidőn az aránylag nehezen oldható nátrium-hipofoszfát (NaHPO3.3H2O) kiválik és átkristályosítva megtisztítható. E nátriumsó oldatából az ólom-acetát oldhatatlan ólom-hipofoszfátot választ le, amelyet kénhidrogénnel elbontva, a hipofoszforsav vizes oldatát kapjuk. A hipofoszforsav vizes oldata erősen savanyú, színtelen és szagtalan folyadék, amely a levegőn alig oxidálódik és hígabb állapotban a forraláskor sem változik; oxidálószerek csak nehezen oxidálják. Sói a hipofoszforsavsók vagy hipofoszfátok; állandóbbak mint a foszforossav és hipofoszforsavsók, erősebb hevítéskor azonban elbomlanak. Úgy szabályos, valamint savanyú sói elő vannak állítva; úgy látszik négyértékű sav.

Ortofoszforsav (közönséges foszforsav) H3PO4[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

E savat Marggraf fedezte fel 1746-ban. Graham 1833-ban az orto-, piro- és metafoszforsavat egymástól határozottan megkülönböztette.

A természetben szabad állapotban nem fordul elő, sói azonban gyakoriak. A közönséges foszforsav képződik, ha foszfor-pentakloridra vagy foszfor-oxikloridra víz hat; erősebb oxidáló szerek (salétromsav) a foszfort közönséges foszforsavvá alakítják.

Az árubeli foszforsav az ortofoszforsav töményebb vizes oldata és csonthamuból (acidum phosphoricum ex ossibus) vagy foszfor oxidálásával (acidum phosphoricum e phosphoro) kapják.

Előállítása állati csontokból a következőképen történik: a csontokat alkalmas kemencékben izzítják, amíg a szénvegyületek teljesen elégnek és szürkésfehérekké válnak; az égetett csontot megőrlik és e port, az úgynevezett csonthamut, híg kénsavval néhány napon át pállítják. A csonthamu főképen szabályos kalcium-foszfátból áll; a kénsav hatására lényegében szabad foszforsav és kalcium-szulfát keletkezik, mely nehéz oldhatóságánál fogva jórészt kiválik.

A kalcium-szulfátról lefiltrált folyadék még tartalmaz jócskán savanyú foszforsavas kalciumot; ennek eltávolítása végett a folyadékhoz még kénsavat elegyítenek és az ismét leváló kalcium-szulfátot eltávolítván besűrítik, majd az enyhe izzásig hevítik, hogy a kénsav fölöslegét elűzzék, végül a maradékot vízben oldják és az oldatot megszűrik. Az így előállított foszforsavoldat nem tiszta; különösen savanyú magnézium- és kalcium-foszfátot, továbbá kénsavat is tartalmaz. Leginkább a nátrium-foszfát előállításához használják.

A tiszta foszforsav foszforból készül. A nedves foszfor a levegőn lassacskán oxidálódik, amidőn hipofoszforsav-, foszforossav és foszforsavoldatot kapunk. Hogy teljesen foszforsavvá váljon, híg salétromsavval kell felfőzni. Mivel a foszfor a levegőn csak igen lassan oxidálódik, ez előállítási módot ritkábban alkalmazzák és többnyire már kezdettől fogva salétromsavval oxidálják a foszfort. A foszfort üvegkészülékben (retortában) sok híg (30%) salétromsavval leöntik és az egészet óvatosan melegítik. Ilyenkor a salétromsav oxidáló hatásánál fogva a foszfort oxidálja, előbb foszforossav, utóbb foszforsav keletkezik.

A foszfor teljes eltűnése után a folyadékot porcelán csészében besűrítik, még kevés tömény salétromsavat elegyítenek hozzá és ezzel főzik, hogy a netalán még jelenlevő foszforossav is foszforsavvá alakuljon. A forralást most addig folytatják, míg a salétromsav tökéletesen el van űzve. Az így kapott foszforsavoldat még többnyire arzénnel szennyezett, mert az árubeli foszforban gyakran arzén van. A salétromsav oxidáló hatása folytán arzénsavvá alakul; eltávolítása végett a langyos folyadékban bőségesen kénhidrogén gázt vezetnek, amidőn is oldhatatlan arzénszulfid képződik.

A lefiltrált folyadékot egy ideig forralják, hogy belőle a kénhidrogén fölöslegét elűzzék, végül a megkívánt fokig besűrítik. Az így kapott foszforsav az ortofoszforsav tömény vizes oldala. Színtelen, átlátszó folyadék; íze erősen savanyú, ha egészen tiszta, nem maró s nem mérges, minél több benne a foszforsav, annál nagyobb a fajsúlya.

Ha e savat erősen besűrítjük, úgy hogy a hőmérséklet a 150 °C-ot meg ne haladja, a kihűléskor szirupsűrűségű folyadékot kapunk, amelynek foszforsava 1,88 és tiszta ortofoszforsavnak tekintendő. E sűrű folyadékból hosszabb idei álláskor a foszforsav színtelen, rombos kristályokban kiválik, melyeknek olvadáspontja 40 °C körül van. Ha besűrítéskor a hőmérséklet fokozzuk és 213 °C fölé megyünk, pirofoszforsavat H4P2O7 kapunk; erős izzításkor a pirofoszforsav ismét vizet veszít és a kihűléskor üvegszerűen megmerevedő tömeget, metafoszforsavat HPO3 ad.

A magyar gyógyszerkönyvben az ortofoszforsav 20%-os vizes oldata Acidum phosphoricum néven hivatalos gyógyszer. A gyógyszerül használt sav a foszforból készült legyen. Foszforossavval, arzénsavval, kénsavval, salétromsavval, kalciummal és nehéz fémekkel (réz, ólom, vas, cink) ne legyen szennyezve. Vízzel hígítva és cukorral vagy gyümölcssziruppal elegyítve kellemes savanyú ízű italt ad; az orvos lázas bántalmaknál ily formában mint hűsítő szert rendeli.

Pirofoszforsav H4P2O7 és metafoszforsav HPO3[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az ortofoszforsavat hevítve pirofoszforsavvá alakul, erős izzításkor azután ismét vizet veszít és metafoszforsav keletkezik. A diammonium-hidrofoszfát (H4N)2 HPO4 erősebb izzítása után szintén metafoszforsav marad vissza. Foszfor-pentoxidot vízben oldva metafoszforsav tartalmú oldatot kapunk. Tiszta állapotban előállítva színtelen üvegszerű tömeg (Acidum phosporicum glaciale); vízben könnyen oldódik, ez oldatában azonban víz felvétele folytán hidegen lassacskán, a forraláskor gyorsabban piro-, majd ortofoszforsavvá alakul. 1 értékű sav; sói a metafoszforsavsók v. metafoszfátok. Érdekes, hogy a sóknak több sorozatát képezi, amelyek az egyszerű metafoszforsav polimerjeinek tekinthető savakból vezethetők le. Eddigelé a di-, tri-, tetra-, s hexametafoszforsav sói ismeretesek. A metafoszforsav sói ezüst-nitráttal fehér csapadékot adnak, amiben pirofoszforsavhoz hasonlít, továbbá abban, hogy magnéziamixturával csapadékot nem ad. Eltérően azonban a szabad metafoszforsav a fehérjét megalvasztja. Az ilyenkor képződő vegyület, mint az Liebermann magyar kémikus vizsgálataiból kitűnt, a természetes nukleinnel azonos.

Sói[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszforsav háromaljú sav; ennek megfelelően sóinak 3 sorozatát ismerjük, melyek közül kettő savanyu és egy szabályos, pld.:

  • Na3PO4: trinátrium-foszfát (szabályos só)
  • Na2HPO4: dinátrium-hidrofoszfát (savanyú só)
  • NaH2PO4: nátrium-dihidrofoszfát (savanyú só)

A foszforsav sói vagy foszfátok közül a vízben oldható szabályos sók lúgos kémhatásúak; az egyszer savanyú sók gyengén lúgos kémhatásúak, a kétszer savanyúak (savas) kémhatásúak. Az alkálifémek foszforsavsói mind oldhatók vízben, a többi fémek foszfátjai közül csupán a kétszer savanyú sók oldhatók vízben. A foszfátokat foszforsavból és az illető fém, oxid, hidroxid vagy karbonátjával kaphatjuk; így készítik többnyire a vízben oldható foszfátokat, míg az oldhatatlanokat rendesen cserebomlás útján kapjuk, az illető fém kloridjának, szulfátjának vagy nitrátjának az oldatához nátrium-foszfátot elegyítve, amidőn a foszfát csapadék alakjában leválik. A foszforsav legfontosabb sói a nátrium, a kalcium foszfátjai, továbbá az alumínium, ezüst, ólom és vas foszfátjai stb.

Felismerése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszforsavat és sóit több reakció jellemzi; így az ammóniával semlegesített foszforsav vagy szabályos sóinak oldatai bárium-kloriddal fehér csapadékot adnak, amely sósavban könnyen oldódik; a csapadék bárium-foszfát. Eme oldatok ezüst-nitráttal szép sárga csapadékot adnak, amely salétromsavban is, ammóniában is könnyen oldható. A foszforsavhoz vagy sóinak oldatához magnéziakeveréket (magnézium-szulfát oldat elegye ammónium-klorid oldattal és ammónia vizes oldatával) adva, az összerázáskor fehér kristályos csapadékot kapunk; a csapadék magnézium-ammoniumfoszfátból áll.

Igen érzékenyen reagálhatunk foszforsavra a következőképen: molibdénsavas ammóniumoldathoz annyi salétromsavat elegyítünk, hogy a kezdetben leváló csapadék ismét feloldódjék. Most e folyadékba a foszforsavra vizsgálandó oldatból néhány cseppet adunk és a folyadékot felfőzzük; szép citromsárga csapadék foszforsav jelenléte mellett bizonyít. Pirofoszforsav H4P2O7. A foszforsavból képződik, ha azt hosszabb időn át 200 °C és 300 °C között (213 °C) hevítjük, míg kivett próbája az ammóniával való semlegesítés után ezüst-nitráttól tiszta, fehér csapadékot ad. 2 H3PO4 = H4P2O7 + H2O.

Színtelen kristályos tömeg, mely vízben könnyen oldódik; vizes oldata hidegen elég állandó, a felmelegítéskor víz felvétele közben meglehetős gyorsan ortofoszforsavvá alakul. A pirofoszforsav 4 értékű sav, sói: pirofoszforsavsók vagy pirofoszfátok. 4 értékű sav ugyan, de csak 2 sorozat sót képez, aszerint, amint 2 vagy 4 hidrogént helyettesítünk benne fémmel.

Az alkálifémsói vízben oldhatók, a többiek oldhatatlanok. A pirofoszforsav sói és így az ammóniával telített pirofoszforsav is ezüst-nitráttól fehér csapadékot adnak. Magnéziamixturával hígabb oldatban csapadékot nem kapunk. A fehérjeoldatot nem olvasztja meg.

Foszforsavak egyszerű megkülönböztetése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A foszforsavak a legszembeötlőbben a következő reakciókban különböznek:

A szabad sav a fehérjét Az ammóniával semlegesített sav ezüst-nitráttal
Ortofoszforsav nem alvasztja meg sárga csapadékot ad
Pirofoszforsav nem alvasztja meg fehér csapadékot ad
Metafoszforsav megalvasztja fehér csapadékot ad

Élelmiszeripari felhasználása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az élelmiszeriparban főként savanyúságot szabályozó anyagként alkalmazzák, de más célokra is adagolják az élelmiszerekhez, például különböző fémionok megkötése, antioxidáns hatása, vagy a húsokban található különféle sók permeabilitásának növelése miatt.

Sok élelmiszerben megtalálható, elsősorban kólában, húsételekben és sajtokban. Ismert mellékhatása nincs, de a napi maximum beviteli mennyisége 70 mg/testsúly kg-ban van korlátozva, mert erős kalcium-megkötő képessége miatt a szervezetből kalciumot von el. A háztartásban is használjuk: vízkő és rozsdafolt eltávolítására alkalmas sav.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Foszforsavas alumínium = alumínium-foszfát.
  • Foszforsavas ammónium magnézium = magnézium-ammóniumfoszfát.