اسيد فسفريک

اسيد فسفريک

نام لاتین: Phosphoric Acid

فرمول شیمیایی: H3PO4

اسيد فسفريک یک ماده شیمیایی است که به طور متداول در طیف گسترده‌ای از کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. بخارات این ماده سبب تحریک چشم شده و محرک بینی و گلو و دستگاه تنفسی نیز می باشد. اسيد فسفريک اسيد ضعيفي است و در شرايط عادي و مدت زمان کوتاه نمي‌تواند خطرساز باشد. قابل ذکر است که   اسيد فسفريک در دو نوع صنعتي و خوراکي وجود دارداسيد فسفريک صنعتي را ميتوان با درجه خلوص مختلف تهيه کرد که نوع مرغوب آن داراي خلوص 85% ميباشد . همچنين نداشتن رنگ و بو از خصوصيات بارز اسيد فسفريک صنعتي با خلوص بالا ميباشد.

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 صنایع غذایی مختلف استفاده می‌شود، از جمله در برخی از نوشیدنی‌های گاز دار نیز استفاده می‌شود. اسید فسفریک یک اسید غیر آلی 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.

کاربرد های کلی اسید فسفریک:

اسيد فسفريک از جمله پرمصرف ترين مواد شيميايي در صنایع مختلف محسوب میشود. به عنوان ماده افزودني در نوشابه‌هاي گازدار، در توليد کودهاي شيميايي، پاک کننده‌هاي صابوني و غير صابوني، تصفيه آب، خوراک دام و دارو سازي، مکملهاي غذاي دام و طيور ( توليد دي و منو کلسيم فسفات(DCP  ، مواد فسفاته شوينده‌ها، تصفيه پسابها، توليد کودهاي فسفاته در کشاورزی، ضد حريق کردن برخي سطوح و عوامل بازدارنده اشتعال، صنایع آبکاری، زدودن زنگ آهن، ونيز جهت تميز کردن و جرم گيري سطوح فلزي به کار مي‌رود.

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 یکدیگر نزدیک‌تر هستند.

اسید فسفریک مسلماً یک اسید معدنی با بیشترین استفاده محسوب می‌شود. از آن ( حدود 90 ٪ ) بیشتر در تولید کودهای فسفاته استفاده می‌شود.

کاربرد در صنایع غذایی

از شکل رقیقی اسید فسفریک در تولید غذاهای اسیدی و نوشابه های گازدار مانند انواع کولاها برای ایجاد طعم ترش استفاده می‌شود. بکارگیری این ماده نیز سبب دادن طعم تندی به غذا میشود. قیمت پایین و حجم زیاد تولید این ماده، آنرا در مقایسه با طعم دهنده های طبیعی نظیر زنجبیل برای دادن طعم تندی، یا اسید سیتریک که از لیمو (lemon) و عصاره لیموترش (lime) که برای دادن طعم ترشی بکار میرود، در رتبه بالاتری قرار داده است.

کاربرد در مواد پاک کننده

در تولید پاک کننده ها اسید فسفریک برای نرم کردن آب بکار می رود.آب نرم بدون یونهای کلسیم (II) و منیزیم (II) که آب سخت را تشکیل می دهند،اگر ازبین نروند تشکیل آب سخت را می دهند که این یونها با صابون تشکیل رسوبات غیر قابل حل می دهند که سبب لکه به روی لباس ها در هنگام  شستشو می شوند. نمکهای فسفات از اسید فسفریک بطور وسیع در پاک کننده ها به عنوان(builder) بکار می رود.بیشتر گستره ترکیبات فسفر درمخلوط پاک کننده های جامد است که سدیم تری پلی فسفات یکی از آنهاست.Na5P3O10 ،بعنوان نرم کننده آب ،سدیم تری پلی فسفات با کلسیم (II) و منیزیم (II) پیوند برقرار می کند و تشکیل اجزاء محلول را می دهد که کمپلکس یا کلیت است. این کمپلکس ها از واکنش کلسیم (II)  و منیزیم (II) با صابون ممانعت بعمل می آورندتا رسوب ایجاد نشود.

کاربرد در زدودن زنگ آهن

از اسید فسفریک میتوان مستقیماً برای زدودن زنگ آهن استفاده نمود. این ماده می‌تواند تا حد زیادی برای حذف و مقابله با خوردگی استفاده شود. از اسید فسفریک 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. پس از زدودن زنگ آهن فسفات آهن تولید شده تبدیل به ترکیب فسفات آهن سیاه شده که خود به عنوان عامل جلوگیری از خوردگی میتواند مورد استفاده قرار گیرد. اسید فسفریک به عنوان کاتالیت در صنایع پتروشیمی نیز کاربرد دارد.

کاربرد در پزشکی

از اسید فسفریک در دندانپزشکی و اورتودنسی به‌عنوان عامل قلم زنی (Etching) جهت تمیز کردن و زبر کردن سطح دندانی که قرار است پر شود خصوصاً در جاهایی که از اسباب و وسایل دندانپزشکی استفاده شده، بکار میرود. همچنین از اسید فسفریک به‌عنوان کاتالیست در ساخت آسپیرین بخاطر داشتن یون هیدروژن فراوان و آلایندگی کمتر در مقایسه با اسید کلریدریک و سولفوریک استفاده می‌شود.

کاربرد در کشاورزی

بیشتر اسید فسفریک در تولید کود بکار می رود.فسفر یکی از عناصر ضروری برای رشد گیاهان محسوب می شود. به عنوان یک تعدیل کننده‌ی pH در برخی از صنایع استفاده می‌شود. کشت کاران از اسید فسفریک برای کاهش pH محلول، استفاده می‌کنند. فسفاتهای آلی ترکیباتی هستند که انرژی لازم برای بیشتر واکنشهایی که در سلولهای زنده اتفاق می افتند را مهیا می کنند. بنابراین خاکهای غنی با کودهای فسفاتی رشد گیاهان را بالا می برند. افزایش غلظت فسفات در سطح آبها همچنین رشد گیاهان آبزی را بالا می برد. اضافات کودهای شیمیایی می توانند باعث تحریک رشد گیاهان در آبهای دریاچه ها و آبهای جاری به خصوص گیاهان گل‌ دار بشوند.آب فاضلاب ها که شامل فسفات است می تواند تاثیر یکسانی داشته باشد.

دریاچه ها

دریاچه ها که از مواد مغذی غنی هستند از افزایش سرعت(Eutrophicationانباشتگی خوراک آبی) تلف می شوند. وقتی گیاهان آبزی با این شرایط مغزی بودن محیط رشد می کنند پس از مدتی خواهند مرد. حال این گیاهان مرده برای تجزیه اکسیژن حل شده در آب را مصرف می کنند. این مصرف سطح اکسیژن حل شده را کاهش می دهد تا نقطه ای که برای حمایت حیوانات آبزی کافی نیست. برای کاهش تهدید Eutrophication دریاچه بسیاری از مناطق دارند فسفات ها را از پاک کننده ها حذف می کنند. در بعضی از موارد فسفاتها جای خودشان را با کربناتها عوض می کنند. به عبارت دیگر پاک کنندهای جدید به گونه ای تهیه می شوند که با کلسیم (II) و منیزیم (II)  یونهای سخت آب واکنش ندهند.
اسید فسفریک 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.

روشهای تولید اسید فسفریک در صنعت

1-روش تر(Wet process): در اثر اضافه کردن اسید سولفوریک روی فسفات کلسیم بدست می آید.
در این روش کانی های فسفات را با اسید سولفوریک ترکیب می کنند، علاوه بر تولید اسید فسفریک و برخی فسفاتها که ترکیبات اصلی هستند، سایر ترکیبات (CACO3CAF2)هم تولید می‌شوند، از طرف دیگر واکنشهایی که در آن با از بین رفتن اسید سولفوریک ، ترکیباتی تولید می‌شود که از نظر تجاری کم اهمیت هستند (واکنشهای پارازیتی)، یونهای مزاحمی تولید شده و باعث آلودگی مخلوط ها می‌شوند .

2-روش حرارتی یا خشک (Thermal process): این روش شامل احتراق فسفر و هیدراسیون P4O10  می‌باشد. مخلوط فسفر مایع و هوا به محفظه احتراق که شبیه برج است تزریق شده و با انجام واکنش اکسیداسیون فسفر، تولید می‌شود. جنس محفظه احتراق نوعی فولاد مخصوص است که با H3PO4  غیرفعال شده است  P4O10 .به دست آمده را در برج بعدی هیدراته می‌کنند و بخارات باقیمانده  P4O10 را ، واحد شستشو به اسید فسفریک رقیق تبدیل کرده و به عنوان افشان در پایین آوردن دمای برج اول استفاده می‌شود.