Foszforsav

Foszforsav
Más nevek	Orthophosphoric acid
Azonosítók
CAS-szám	[7664-38-2]
SMILES	OP(O)(O)=O
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	0 2 0
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

E savat Dulong fedezte fel 1826-ban. Előállítása a bárium-sójából, azaz bárium-hipofoszfitból történik. E só 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

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

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 óolm-hipofoszfátot választ le, amelyet kénhidrogénnel elbontva, a hipofoszforsav vizes oldatát kapjuk. A hipofoszforsav vizes oldata erősen savanyu, 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

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

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

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

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 oldadátával) 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

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

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, húsételekban 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.

Források

• http://www.food-info.net/uk/e/e338.htm

Lásd még

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