Asam fosfat (H3PO4): struktur, sifat, kegunaan

Asam fosfat adalah asam okso fosfor memiliki rumus kimia H 3 PO 4 . Ini terdiri dari asam mineral di mana tiga proton asam terikat pada anion fosfat (PO 4 3– ). Meskipun tidak dianggap sebagai asam kuat, penggunaan yang tidak tepat dapat menimbulkan risiko kesehatan.

Ini dapat ditemukan dalam dua keadaan: sebagai padatan dalam bentuk kristal ortorombik tebal, atau cairan kristal dengan penampilan seperti sirup. Presentasi komersialnya yang paling umum memiliki konsentrasi 85% b / b dan kepadatan 1,685 g / cm 3 . Kepadatan ini datang seiring dengan konsentrasi.

Satu molekul asam fosfat ditunjukkan pada gambar atas. Oleh Leyo [Domain publik], dari Wikimedia Commons

Tiga gugus OH bertanggung jawab untuk menyumbangkan hidrogen asam. Karena keberadaan mereka dalam strukturnya, ia dapat bereaksi dengan hidroksida berbeda yang berasal dari berbagai garam.

Dalam kasus natrium hidroksida , dapat membentuk tiga: natrium fosfat monobasa (NaH 2 PO 4 ), natrium fosfat dibasa (Na 2 HPO 4 ), dan natrium fosfat tribasa (Na 3 PO 4 ).

Namun, tergantung pada basa mana yang digunakan untuk netralisasinya, atau kation mana yang sangat dekat dengannya, ia dapat membentuk garam fosfat lainnya. Diantaranya adalah: kalsium fosfat (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), lithium fosfat (Li 3 PO 4 ), besi fosfat (FePO 4 ), dan lain-lain. Masing-masing dengan derajat yang berbeda dari protonasi anion fosfat.

Di sisi lain, asam fosfat dapat “menyerap” kation divalen seperti Fe 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ dan Mg 2+ . Pada suhu tinggi dapat bereaksi dengan dirinya sendiri dengan hilangnya molekul H 2 O, membentuk dimer, trimer dan polimer asam fosfat.

Jenis reaksi ini membuat senyawa ini mampu membentuk sejumlah besar struktur dengan kerangka fosfor dan oksigen, dari mana berbagai macam garam yang dikenal sebagai polifosfat juga dapat diperoleh.

Mengenai penemuannya, itu disintesis pada tahun 1694 oleh Robert Boyle, melarutkan P 2 O 5 (fosfor pentoksida) dalam air. Ini adalah salah satu asam mineral yang paling berguna, fungsinya sebagai pupuk menjadi yang paling penting. Fosfor, bersama dengan kalium dan nitrogen adalah tiga nutrisi utama tanaman.

Struktur kimia

Asam fosfat terdiri dari ikatan P = O dan tiga P-OH, di mana yang terakhir adalah pembawa hidrogen asam yang dilepaskan dalam media dilarutan. Dengan atom fosfor di tengah, oksigen menarik semacam molekul tetrahedron.

Dengan cara ini, asam fosfat dapat divisualisasikan sebagai tetrahedron. Dari perspektif ini, tetrahedra tersebut (oleh unit H 3 PO 4 ) berinteraksi satu sama lain melalui ikatan hidrogen ; yaitu, simpul mereka mendekati.

Interaksi antarmolekul ini memungkinkan asam fosfat mengkristal menjadi dua padatan: yang anhidrat dan hemihidrat (H 3 PO 4 · 1 / 2H 2 O), keduanya dengan sistem kristal monoklinik. Bentuk anhidratnya juga dapat dijelaskan dengan rumus: 3H 2 O · P 2 O 5 , yang sama dengan pentoksida fosfor tri-hidrat.

Tetrahedra bahkan dapat menjadi terikat secara kovalen, tetapi untuk ini salah satu unit mereka harus menghilangkan molekul air melalui dehidrasi. Hal ini terjadi ketika H 3 PO 4 mengalami pemanasan, dan akibatnya menghasilkan pembentukan asam polifosfat (PA).

Asam difosfat (H 4 P 2 O 7 )

Yang paling sederhana dari semua PA adalah asam difosfat (H 4 P 2 O 7 ), juga dikenal sebagai asam pirofosfat. Persamaan kimia pembentukannya adalah sebagai berikut:

2H 3 PO 4 <=> H 4 P 2 O 7 + H 2 O

Keseimbangan tergantung pada jumlah air dan suhu. Apa strukturnya? Pada gambar di bagian, struktur asam ortofosfat dan asam pirofosfat diilustrasikan di sudut kiri atas.

Dua unit bergabung secara kovalen ketika molekul air dihilangkan, membentuk jembatan oksigen P – O – P di antara mereka. Sekarang mereka bukan tiga hidrogen asam, tetapi empat (empat gugus -OH). Karena itu, H 4 P 2 O 7 memiliki empat konstanta ionisasi k a .

Asam polifosfat

Dehidrasi dapat dilanjutkan dengan asam pirofosfat jika pemanasan berlanjut. Mengapa? Karena pada setiap ujung molekulnya terdapat gugus OH yang dapat dihilangkan sebagai molekul air, sehingga mendorong pertumbuhan selanjutnya dari kerangka P – O – P – O – P…

Contoh asam ini adalah asam tripolifosfat dan asam tetrapolifosfat (keduanya diilustrasikan pada gambar). Dapat dilihat bagaimana tulang punggung P – O – P memanjang dalam semacam rantai yang tersusun dari tetrahedra.

Senyawa ini dapat diwakili oleh rumus H O (PO 2 OH) x H, di mana H O adalah ujung kiri yang dapat didehidrasi. PO 2 OH adalah tulang punggung fosfor dengan ikatan P = O dan OH; dan x adalah unit atau molekul asam fosfat yang diperlukan untuk mendapatkan rantai tersebut.

Ketika senyawa ini sepenuhnya dinetralkan dengan basa, apa yang disebut polifosfat dibuat. Tergantung pada kation mana yang mengelilinginya, mereka membentuk berbagai macam garam polifosfat.

Di sisi lain, jika mereka bereaksi dengan alkohol ROH, hidrogen di tulang punggungnya digantikan oleh substituen R-alkil. Jadi, ester fosfat (atau polifosfat) muncul: RO (PO 2 OR) x R. Cukup dengan mengganti H untuk R di semua struktur gambar bagian untuk mendapatkannya.

Asam polifosfat siklik

Rantai P – O – P bahkan dapat menutup pada cincin atau siklus fosfat. Yang paling sederhana dari jenis senyawa ini adalah asam trimetafosfat (sudut kanan atas gambar). Jadi, AP bisa linier, siklis; atau jika strukturnya menunjukkan kedua jenis, bercabang.

Tata nama

Tata nama asam fosfat ditentukan oleh IUPAC dan bagaimana garam terner asam okso diberi nama.

Karena dalam H 3 PO 4 atom P memiliki valensi +5, nilai tertinggi, asamnya diberi akhiran -at dengan awalan fosfor-.

Orto

Namun, asam fosfat juga biasa disebut asam ortofosfat. Mengapa? Karena kata ‘ortho’ adalah bahasa Yunani dan berarti ‘benar’; yang akan diterjemahkan ke dalam “bentuk sebenarnya” atau “lebih terhidrasi”.

Ketika fosfat anhidrat dihidrasi dengan air berlebih (P 4 O 10 , “tutup” fosfor pada gambar atas), H 3 PO 4 (3H 2 O · P 2 O 5 ) dihasilkan. Jadi, awalan orto diberikan untuk asam yang terbentuk dengan banyak air.

piro

Awalan piro mengacu pada senyawa apa pun yang berasal setelah penerapan panas, karena asam difosfat muncul dari dehidrasi termal asam fosfat. Oleh karena itu disebut asam pirofosfat (2H 2 O · P 2 O 5 ).

Meta

Awalan meta, yang juga merupakan kata Yunani, berarti ‘setelah’. Itu ditambahkan ke zat-zat yang rumusnya telah menghilangkan molekul, dalam hal ini, molekul air:

H 3 PO 4 => HPO 3 + H 2 O

Perhatikan bahwa kali ini penambahan dua unit fosfat tidak terjadi untuk membentuk asam difosfat, melainkan asam metafosfat yang diperoleh (yang tidak ada bukti keberadaannya).

Penting juga untuk dicatat bahwa asam ini dapat digambarkan sebagai H 2 O · P 2 O 5 (mirip dengan hemidrate, mengalikan HPO 3 dengan 2). Awalan meta sangat sesuai dengan PA siklik, karena jika asam trifosfat mengalami dehidrasi, tetapi tidak menambahkan unit H 3 PO 4 lagi menjadi asam tetrafosfat, maka ia harus membentuk cincin.

Dan ini sama dengan asam polimetafosfat lainnya, meskipun IUPAC merekomendasikan untuk menyebutnya senyawa siklik dari PA yang sesuai.

Sifat

Rumus molekul

H 3 PO 4

Berat molekul

97,994 g / mol

Penampilan fisik

Dalam bentuk padatnya ia menyajikan kristal ortorombik, higroskopis, dan transparan. Dalam bentuk cair itu kristal dengan penampilan sirup kental.

Ini tersedia secara komersial dalam larutan berair dengan konsentrasi 85% b / b. Dalam semua presentasi ini tidak berbau.

Titik didih dan titik leleh

158 ° C (316 ° F pada 760 mmHg).

108 ° F (42,2 ° C).

Kelarutan air

548 g / 100 g H 2 O pada 20 ° C; 369,4 g / 100 ml pada 0,5 ° C; 446 g / 100m pada 14,95º C.

Kepadatan

1,892 g / cm 3 (padat); 1,841 g / cm 3 (larutan 100%); 1,685 g / cm 3 (larutan 85%); 1,334 g / cm 3 larutan 50%) pada 25 ° C.

Kepadatan uap

Relatif terhadap udara 3,4 (udara = 1).

pengapian otomatis

Ini tidak mudah terbakar.

Viskositas

3,86 mPoise (larutan 40% pada 20 ° C).

Keasaman

pH: 1,5 (larutan 0,1 N dalam air)

pKa: pKa1 = 2,148; pKa2 = 7,198 dan pKa3 = 12,319. Oleh karena itu, hidrogen Anda yang paling asam adalah yang pertama.

Penguraian

Ketika dipanaskan, ia melepaskan oksida fosfor. Jika suhu naik menjadi 213º C atau lebih, itu menjadi asam pirofosfat (H 4 P 2 O 7 ).

sifat korosif

Korosif terhadap logam besi dan aluminium. Bereaksi dengan logam ini menimbulkan gas bahan bakar hidrogen.

Polimerisasi

Polimerisasi hebat dengan senyawa azo, epoksida dan senyawa yang dapat dipolimerisasi.

Kegunaan

Garam fosfat dan kegunaan umum

-Asam fosfat berfungsi sebagai dasar pembuatan fosfat, yang digunakan sebagai pupuk karena fosfor merupakan unsur hara utama dalam tanaman.

-Telah digunakan dalam pengobatan keracunan timbal dan kondisi lain di mana sejumlah besar fosfat diperlukan dan produksi asidosis ringan.

-Digunakan untuk mengontrol pH saluran kemih cerpelai dan pengeluaran untuk menghindari pembentukan batu ginjal.

-Asam fosfat berasal dari garam Na 2 HPO 4 dan NaH 2 PO 4 yang membentuk sistem buffer pH dengan pKa 6,8. Sistem pengatur pH ini ada pada manusia, menjadi penting dalam pengaturan pH intraseluler, serta dalam pengelolaan konsentrasi hidrogen di tubulus distal dan pengumpul dari nefron .

-Ini digunakan untuk menghilangkan lapisan oksida besi yang berjamur yang terakumulasi pada logam ini. Asam fosfat membentuk fosfat besi yang dapat dengan mudah dihilangkan dari permukaan logam. Ini juga digunakan dalam pemolesan listrik aluminium dan merupakan bahan pengikat untuk produk tahan api seperti alumina dan magnesium.

Industri

-Asam fosfat digunakan sebagai agen katalitik dalam produksi Nylon dan bensin. Ini digunakan sebagai agen dehidrasi dalam ukiran litografi, dalam pembuatan pewarna untuk digunakan dalam industri tekstil, dalam proses koagulasi lateks di industri karet dan dalam pemurnian hidrogen peroksida.

-Asam digunakan sebagai aditif dalam minuman berkarbonasi, sehingga berkontribusi terhadap rasanya. Diencerkan diterapkan dalam proses pemurnian gula. Ini juga bertindak sebagai sistem penyangga dalam persiapan ham, gelatin dan antibiotik.

-Ini mengambil bagian dalam elaborasi deterjen, dalam katalisis asam produksi asetilena.

-Ini digunakan sebagai acidulant dalam makanan seimbang untuk industri peternakan dan hewan peliharaan. Industri farmasi menggunakannya dalam pembuatan obat antiemetik. Ini juga digunakan dalam campuran untuk membuat aspal untuk membuka tanah dan memperbaiki retakan.

-Asam fosfat bertindak sebagai katalis dalam reaksi hidrasi alkena untuk menghasilkan alkohol, terutama etanol. Selain itu, digunakan dalam penentuan karbon organik dalam tanah.

Dental

Digunakan oleh dokter gigi untuk membersihkan dan mengkondisikan permukaan gigi sebelum pemasangan kawat gigi. Ini juga digunakan dalam pemutihan gigi dan menghilangkan plak gigi. Selain itu, digunakan dalam pembuatan perekat untuk protesa gigi.

Kosmetik

Asam fosfat digunakan untuk mengatur pH dalam produk kosmetik dan perawatan kulit. Ini digunakan sebagai agen pengoksidasi kimia untuk produksi karbon aktif.

Pembentukan asam fosfat

-Asam fosfat dibuat dari batuan fosfat jenis apatit, melalui pencernaan dengan asam sulfat pekat :

Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3 H 2 SO 4 + 6 H 2 O => 2 H 3 PO 4 + 3 ( CaSO 4 .2H 2 O)

Asam fosfat yang diperoleh dalam reaksi ini memiliki kemurnian rendah, oleh karena itu mengalami proses pemurnian yang meliputi pengendapan, ekstraksi pelarut, kristalisasi dan teknik pertukaran ion.

-Asam fosfat dapat diproduksi dengan melarutkan fosfor pentoksida dalam air mendidih.

-Dapat juga diperoleh dengan memanaskan fosfor dengan campuran udara dan uap air:

P 4 (l) + 5 O 2 (g) => P 4 O 10 (s)

P 4 O 10 (s) + H 2 O (g) => 4H 3 PO 4 (l)

Resiko

-Karena tekanan uapnya rendah pada suhu kamar, uapnya tidak mungkin terhirup kecuali asam disemprotkan. Jika demikian, gejala-gejala dari inhalasi Anda meliputi: batuk, sakit tenggorokan, sesak napas dan sesak napas.

-Kasus seorang pelaut yang terkena uap asam fosfat untuk waktu yang lama dikutip dalam literatur . Dia menderita kelemahan umum, batuk kering, nyeri dada, dan masalah pernapasan. Dalam satu tahun paparan, disfungsi saluran napas reaktif diamati.

-Kontak kulit dengan asam fosfat dapat menyebabkan kemerahan, nyeri, lecet dan luka bakar pada kulit.

-Kontak asam dengan mata, tergantung pada konsentrasi dan durasi kontak, dapat menyebabkan cedera jaringan korosif atau luka bakar parah dengan kerusakan mata permanen.

-Menelan asam menyebabkan mulut dan tenggorokan terbakar, sensasi terbakar di luar tulang dada, sakit perut, muntah, syok dan pingsan.

Referensi

  1. Royal Society of Kimia. (2015). asam fosfat. Diambil dari: chemspider.com
  2. Pusat Keselamatan dan Kesehatan Kerja Kanada. (1999). Asam Fosfat – Efek Kesehatan. Diambil dari: ccsso.ca
  3. Asam.Info. (2018). Asam Fosfat » Aneka Kegunaan Senyawa Kimia Ini. Diambil dari: acidos.info
  4. James P. Smith, Walter E. Brown, dan James R. Lehr. (1955). Struktur Kristal Asam Fosfat. J. Am. Chem. Soc. 77, 10, 2728-2730
  5. Wikipedia. (2018). Asam fosfat dan fosfat. Diambil dari: en.wikipedia.org
  6. Sains itu Menyenangkan Pelajari Tentang Asam Fosfat. [PDF]. Diambil dari: scifun.chem.wisc.edu

Related Posts