Foszforsav
Ez a szócikk részben vagy egészben a Pallas nagy lexikonából való, ezért szövege és/vagy tartalma elavult lehet.
Segíts nekünk korszerű szócikké alakításában, majd távolítsd el ezt a sablont! |
Ezt a szócikket át kellene olvasni, ellenőrizni a szöveg helyesírását és nyelvhelyességét, a tulajdonnevek átírását. Esetleges további megjegyzések a vitalapon. |
Foszforsav | |||
![]() |
![]() | ||
IUPAC-név | Ortofoszfor(V)-sav | ||
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) | ||
NFPA 704 | |||
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 trifoszforsav hipofoszforsav perfoszforsav permonofoszforsav | ||
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak. |
A foszforsav (régi magyar nevén vilsav) egy foszfor alapú szervetlen sav. A következő változatait ismerjük:
- ortofoszforsav (közönséges foszforsav): H3PO4,
- foszforossav: H3PO3,
- hipofoszforossav : H3PO2,
- hipofoszforsav : H4P2O6,
- pirofoszforsav (difoszforsav): H4P2O7,
- metafoszforsav: HPO3.
- Difoszorsav
Ortofoszforsav H3PO4
Andreas Marggraf fedezte fel 1746-ban. Thomas Graham 1833-ban az orto-, piro- és metafoszforsavat egymástól határozottan megkülönböztette.
A természetben szabad állapotban nem fordul elő, sói azonban gyakoriak. Az ortofoszforsav képződik, ha foszfor-pentakloridra vagy foszfor-oxikloridra víz hat; erősebb oxidálószerek (pl. salétromsav) a foszfort ortofoszforsavvá 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 következőképpen történik: a csontokat alkalmas kemencékben hevítik, 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 főképpen szabályos kalcium-foszfátból áll; a kénsav hatására lényegében szabad foszforsav és kalcium-szulfát keletkezik, mely oldhatatlanságánál fogva jórészt kiválik.
A kalcium-szulfátról lefiltrált folyadék még tartalmaz jócskán CaHPO4-ot; ennek eltávolítása végett a folyadékhoz még kénsavat elegyítenek és az ismét leváló kalcium-szulfátot eltávolítván besűrítik, majd enyhe izzásig hevítik a felesleges kénsav eltávolítása végett, 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, ezt ritkábban alkalmazzák és többnyire már kezdettől fogva salétromsavval oxidálják a foszfort. A foszfort üvegkészülékben (retortában) nagyobb mennyiségű híg (30%) salétromsavval leöntik és az egészet óvatosan melegítik. Ilyenkor a salétromsav oxidáló hatásánál fogva a foszfort oxidálja, előbb foszforossav, majd foszforsav keletkezik.
A foszfor teljes eltűnése után a folyadékot porceláncsészében besűrítik, még egy 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 teljesen eltűnik. 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 arzén-szulfid képződik.
A lefiltrált folyadékot egy ideig forralják, hogy belőle a kénhidrogén fölöslegét eltávolítsák, végül a megkívánt fokig besűrítik. Az így kapott foszforsav az ortofoszforsav tömény vizes oldata. Színtelen, átlátszó folyadék; íze erősen savanyú, ha egészen tiszta, nem maró s nem mérgező, 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 állás után a foszforsav színtelen, rombos kristályokban kiválik, melyeknek olvadáspontja 40 °C körül van. Ha besűrítéskor a hőmérsékletet fokozzuk és 213 °C fölé megyünk, pirofoszforsavat (H4P2O7); 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.
Foszforossav H3PO3
Foszfor-triklorid hidrolízisével készül:
PCl3 + 3H2O = 3HCl + H3PO3.
Vízhez lassacskán foszfor-trikloridot elegyítünk: a heves hatás megszűntével a folyadékot besűrítjük, és végül a rendszert 180 °C-ig hevítjük, 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, 70 °C körül olvad, erősebb hevítéskor elbomlik, foszforsav és foszfán 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 szerves csoportokkal mindhárom helyettesíthető. Sói a foszfitok; ezeknek két sorozatát ismerjük aszerint, amint a foszforossavban csak az egyik, vagy mindkét hidrogén van fémmel helyettesítve. Az alkálifémek foszfitjai vízben jól, a többiekéi kevésbé oldódnak.
Hipofoszforossav H3PO2
E savat Dulong fedezte fel 1826-ban. Előállítása a báriumsójából, a bárium-hipofoszfitból történik, ami úgy készül, hogy bárium-hidroxid oldatát foszforral főzzük, míg a foszfánfejlődés megszűnik. Az oldatból a bárium-hidroxid feleslegét szén-dioxid bevezetésével eltávolítjuk, a leszűrt és besűrített oldatból a kihűléskor a bárium-hipofoszfit kikristályosodik. Vizes oldatához most annyi híg kénsavat elegyítünk, amennyi a bárium 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 ortofoszforsavvá és foszfánná bomlik:
2H3PO2 = H3PO4 + PH3.
A hipofoszforossav igen erős redukáló anyag, ugyanis könnyen ortofoszforsavvá 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 hipofoszfitok, vízben mind oldhatók és többnyire szépen kristályosodnak; az ólomsója vízben nehezen oldható, a kálium- és nátriumsója 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 a bárium-hipofoszfitból cserebomlás útján készülnek olyformán, hogy e só vizes oldatát a fém szulfátjának oldatával elegyítik és a leváló bárium-szulfátról lefiltrált oldatból a hipofoszfitot kikristályosítják.
Hipofoszforsav H4P2O6
Foszfor- és foszforossav mellett képződik a foszfor nedves levegőn szobahőmérsékleten történő oxidációjakor. Az így kapott folyadékot foszfatikus savnak nevezték és régebben a foszfor külön savjának tekintették. Később kitűnt, hogy lényegében foszforsav és foszforossav elegye, míg újabb vizsgálatok kiderítették, hogy még ezeken kívül egy más savat, hipofoszforsavat is tartalmaz. A szirup sűrűségű hipofoszforsavat 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 hipofoszfitjai, erősebb hevítéskor azonban elbomlanak. Szabályos és savanyú sói előállíthatók; négyértékű sav.
Pirofoszforsav H4P2O7 és metafoszforsav HPO3
Az ortofoszforsavat hevítve pirofoszforsavvá alakul, erős izzításkor azután ismét vizet veszít és metafoszforsav keletkezik. A diammónium-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 metafoszfátok. Érdekes, hogy a sóknak több sorozatát képezi, amelyek az egyszerű metafoszforsav polimerjeinek tekinthető savakból vezethetők le. Eddig a di-, tri-, tetra- és hexametafoszfátok ismertek. 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 Liebermann magyar kémikus vizsgálataiból kitűnt, a természetes nukleinnel azonos.
Sói
A foszforsav hárombázisú sav; ennek megfelelően sóinak 3 sorozatát ismerjük, melyek közül kettő savanyú és egy szabályos, pl.:
- 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
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 következőképpen: 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 alvasztja meg.
Foszforsavak egyszerű megkülönböztetése
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 |
Felhasználás
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. Az iparban a vasból készült anyagokat, beleértve az acélt is, gyakran védik a korrózió ellen foszforsav vizes oldatával. Miután a rozsda megjelent a fémtárgy felületén, foszforsav vizes oldatával kenik be, amely a rozsdát foszfáttá alakítja (passziválás). A teljes védelemhez szükség van további bevonatra (pl. festés) is.
Jegyzetek
Források
Külső hivatkozások
Kapcsolódó szócikkek
- alumínium-foszfát
- magnézium-ammóniumfoszfát