Молярная масса фосфорной кислоты
Молярная масса фосфорной кислоты
Строение молекулы показано на рис. 1. Плавится без разложения (42,35oС). В жидком состоянии склонна к переохлаждению, при умеренном нагревании разлагается. Хорошо растворяется в воде. Является слабой кислотой.
Рис. 1. Строение молекулы фосфорной кислоты.
Брутто-формула фосфорной кислоты – H3PO4. Как известно, молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).
Mr(H3PO4) = 3×Ar(H) + Ar(P) + 4×Ar(O);
Mr(H3PO4) = 3×1 + 31 + 4×16= 3 + 31 + 64 = 98.
Молярная масса (М) – это масса 1 моль вещества. Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы Mr равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:
M = NA × m (1 молекулы) = NA × Mr × 1 а.е.м. = (NA ×1 а.е.м.) × Mr = × Mr.
Это означает, что молярная масса фосфорной кислоты равна 98 г/моль.
Примеры решения задач
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |
Вычисление молярной массы
To calculate molar mass of a chemical compound enter its formula and click ‘Compute’. В химической формуле, вы можете использовать:
- Любой химический элемент. Capitalize the first letter in chemical symbol and use lower case for the remaining letters: Ca, Fe, Mg, Mn, S, O, H, C, N, Na, K, Cl, Al.
- Функциональные группы:D, Ph, Me, Et, Bu, AcAc, For, Ts, Tos, Bz, TMS, tBu, Bzl, Bn, Dmg
- круглые () и квадратные [] скобки.
- Общие составные имена.
Примеры расчета молярной массы:
NaCl,
Ca(OH)2,
K4[Fe(CN)6],
CuSO4*5H2O,
water,
nitric acid,
potassium permanganate,
ethanol,
fructose.
Molar mass calculator also displays common compound name, Hill formula, elemental composition, mass percent composition, atomic percent compositions and allows to convert from weight to number of moles and vice versa.
Вычисление молекулярной массы (молекулярная масса)
Для того, чтобы рассчитать молекулярную массу химического соединения, введите её формулу, указав его количество массы изотопа после каждого элемента в квадратных скобках.
Примеры молекулярные вычисления веса:
C[14]O[16]2,
S[34]O[16]2.
Определение молекулярной массы, молекулярный вес, молекулярная масса и молярная масса
- Молекулярная масса ( молекулярной массой ) это масса одной молекулы вещества, выражающаяся в атомных единицах массы (и). (1 и равна 1/12 массы одного атома углерода-12)
- Молярная масса ( молекулярной массой ) является масса одного моля вещества и выражается в г / моль.
Массы атомов и изотопов с NIST статью .
См. также: молекулярные массы аминокислот
From Wikipedia, the free encyclopedia
This article is about orthophosphoric acid. For other acids commonly called «phosphoric acid», see Phosphoric acids and phosphates.
|
||
| Names | ||
|---|---|---|
| IUPAC name
Phosphoric acid |
||
| Other names
Orthophosphoric acid |
||
| Identifiers | ||
|
CAS Number |
|
|
|
3D model (JSmol) |
|
|
| ChEBI |
|
|
| ChEMBL |
|
|
| ChemSpider |
|
|
| ECHA InfoCard | 100.028.758 |
|
| EC Number |
|
|
| E number | E338 (antioxidants, …) | |
| KEGG |
|
|
|
PubChem CID |
|
|
| RTECS number |
|
|
| UNII |
|
|
| UN number | 1805 | |
|
CompTox Dashboard (EPA) |
|
|
|
InChI
|
||
|
SMILES
|
||
| Properties | ||
|
Chemical formula |
H3PO4 | |
| Molar mass | 97.994 g·mol−1 | |
| Appearance | Colorless solid | |
| Odor | Odorless | |
| Density | 1.6845 g/cm3 (25 °C, 85%),[1] 1.834 g/cm3 (solid)[2] | |
| Melting point | 42.35 °C (108.23 °F; 315.50 K) anhydrous[12] 29.32 °C (84.78 °F; 302.47 K) hemihydrate[13] |
|
| Boiling point |
|
|
|
Solubility in water |
|
|
| Solubility | Soluble in ethanol | |
| log P | −2.15[7] | |
| Vapor pressure | 0.03 mmHg (20 °C)[8] | |
| Conjugate base | Dihydrogen phosphate | |
|
Magnetic susceptibility (χ) |
−43.8·10−6 cm3/mol[10] | |
|
Refractive index (nD) |
|
|
| Viscosity | 2.4–9.4 cP (85% aq. soln.) 147 cP (100%) |
|
| Structure | ||
|
Crystal structure |
Monoclinic | |
|
Molecular shape |
Tetrahedral | |
| Thermochemistry[14] | ||
|
Heat capacity (C) |
145.0 J/(mol⋅K) | |
|
Std molar |
150.8 J/(mol⋅K) | |
|
Std enthalpy of |
−1271.7 kJ/mol | |
|
Gibbs free energy (ΔfG⦵) |
−1123.6 kJ/mol | |
| Hazards | ||
| GHS labelling: | ||
|
Pictograms |
||
|
Signal word |
Danger | |
|
Hazard statements |
H290, H314[15] | |
|
Precautionary statements |
P280, P305+P351+P338, P310[15] | |
| NFPA 704 (fire diamond) |
3 0 0 |
|
| Flash point | Non-flammable | |
| Lethal dose or concentration (LD, LC): | ||
|
LD50 (median dose) |
1530 mg/kg (rat, oral)[16] | |
| NIOSH (US health exposure limits): | ||
|
PEL (Permissible) |
TWA 1 mg/m3[8] | |
|
REL (Recommended) |
TWA 1 mg/m3 ST 3 mg/m3[8] | |
|
IDLH (Immediate danger) |
1000 mg/m3[8] | |
| Safety data sheet (SDS) | ICSC 1008 | |
| Related compounds | ||
|
Related phosphorus oxoacids |
|
|
|
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Infobox references |
Phosphoric acid (orthophosphoric acid, monophosphoric acid or phosphoric(V) acid) is a colorless, odorless phosphorus-containing solid, and inorganic compound with the chemical formula H3PO4. It is commonly encountered as an 85% aqueous solution, which is a colourless, odourless, and non-volatile syrupy liquid. It is a major industrial chemical, being a component of many fertilizers.
The compound is an acid. Removal of all three H+ ions gives the phosphate ion PO3−4. Removal of one or two protons gives dihydrogen phosphate ion H2PO−4, and the hydrogen phosphate ion HPO2−4, respectively. Phosphoric acid forms esters, called organophosphates.[17]
The name «orthophosphoric acid» can be used to distinguish this specific acid from other «phosphoric acids», such as pyrophosphoric acid. Nevertheless, the term «phosphoric acid» often means this specific compound; and that is the current IUPAC nomenclature.
Production[edit]
Phosphoric acid is produced industrially by one of two routes, wet processes and dry.[18][19][20]
Wet process[edit]
In the wet process, a phosphate-containing mineral such as calcium hydroxyapatite and fluorapatite are treated with sulfuric acid.[21]
- Ca5(PO4)3OH + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + H2O
- Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + HF
Calcium sulfate (gypsum, CaSO4) is a by-product, which is removed as phosphogypsum. The hydrogen fluoride (HF) gas is streamed into a wet (water) scrubber producing hydrofluoric acid. In both cases the phosphoric acid solution usually contains 23–33% P2O5 (32–46% H3PO4). It may be concentrated to produce commercial- or merchant-grade phosphoric acid, which contains about 54–62% P2O5 (75–85% H3PO4). Further removal of water yields superphosphoric acid with a P2O5 concentration above 70% (corresponding to nearly 100% H3PO4). The phosphoric acid from both processes may be further purified by removing compounds of arsenic and other potentially toxic impurities.
Dry process[edit]
To produce food-grade phosphoric acid, phosphate ore is first reduced with coke in an electric arc furnace, to give elemental phosphorus. Silica is also added, resulting in the production of calcium silicate slag. Elemental phosphorus is distilled out of the furnace and burned with air to produce high-purity phosphorus pentoxide, which is dissolved in water to make phosphoric acid.[22]
Properties[edit]
Acidic properties[edit]
In aqueous solution phosphoric acid behaves as a triprotic acid.
- H3PO4 ⇌ H2PO−4 + H+, pKa1 = 2.14
- H2PO−4 ⇌ HPO2−4 + H+, pKa2 = 7.20
- HPO2−4 ⇌ PO3−4 + H+, pKa3 = 12.37
The difference between successive pKa values is sufficiently large so that salts of either monohydrogen phosphate, HPO2−4 or dihydrogen phosphate, H2PO−4, can be prepared from a solution of phosphoric acid by adjusting the pH to be mid-way between the respective pK values.
Eutectic system[edit]
The phase diagram of the H3PO4·H2O system is complicated. Solutions up to 62.5% H3PO4 are eutectic, exhibiting freezing-point depression as low as -85°C. Beyond this freezing-point increases, reaching 21°C by 85% H3PO4 (w/w) and a local maximum at 91.6% which corresponds to the hemihydrate 2H3PO4•H2O, freezing at 29.32°C.[23][24] There is a second smaller eutectic depression at a concentration of 94.75% with a freezing point of 23.5°C. At higher concentrations the freezing point rapidly increases.
Concentrated phosphoric acid tends to supercool before crystallization occurs, and may be relatively resistant to crystallisation even when stored below the freezing point.[13] For many industrial uses 85% represents a practical upper limit, where higher concentrations risk the entire mass freezing solid when transported inside of tankers and having to be melted out, although partial crystallisation can still occur in sub-zero temperatures.
Self condensation[edit]
Phosphoric acid is commercially available as aqueous solutions of various concentrations, not usually exceeding 85%. If concentrated further it undergoes slow self-condensation, forming an equilibrium with pyrophosphoric acid:
- 2 H3PO4 ⇌ H2O + H4P2O7
Even at 90% concentration the amount of pyrophosphoric acid present is negligible, but beyond 95% it starts to increase, reaching 15% at what would have otherwise been 100% orthophosphoric acid.[25]
As the concentration is increased higher acids are formed, culminating in the formation of polyphosphoric acids.[26] It is not possible to fully dehydrate phosphoric acid to phosphorus pentoxide, instead the polyphosphoric acid becomes increasingly polymeric and viscous. Due to the self-condensation, pure orthophosphoric acid can only be obtained by a careful fractional freezing/melting process.[13][12]
Uses[edit]
The dominant use of phosphoric acid is for fertilizers, consuming approximately 90% of production.[27]
| Application | Demand (2006) in thousands of tons | Main phosphate derivatives |
|---|---|---|
| Soaps and detergents | 1836 | STPP |
| Food industry | 309 | STPP (Na5P3O10), SHMP, TSP, SAPP, SAlP, MCP, DSP (Na2HPO4), H3PO4 |
| Water treatment | 164 | SHMP, STPP, TSPP, MSP (NaH2PO4), DSP |
| Toothpastes | 68 | DCP (CaHPO4), IMP, SMFP |
| Other applications | 287 | STPP (Na3P3O9), TCP, APP, DAP, zinc phosphate (Zn3(PO4)2), aluminium phosphate (AlPO4), H3PO4 |
Food-grade phosphoric acid (additive E338[28]) is used to acidify foods and beverages such as various colas and jams, providing a tangy or sour taste. The phosphoric acid also serves as a preservative.[29] Soft drinks containing phosphoric acid, which would include Coca-Cola, are sometimes called phosphate sodas or phosphates. Phosphoric acid in soft drinks has the potential to cause dental erosion.[30] Phosphoric acid also has the potential to contribute to the formation of kidney stones, especially in those who have had kidney stones previously.[31]
Specific applications of phosphoric acid include:
- in anti-rust treatment by phosphate conversion coating or passivation
- to prevent iron oxidation by means of the Parkerization process
- as an external standard for phosphorus-31 nuclear magnetic resonance
- in phosphoric acid fuel cells
- in activated carbon production[32]
- in compound semiconductor processing, to etch Indium gallium arsenide selectively with respect to indium phosphide[33]
- in microfabrication to etch silicon nitride selectively with respect to silicon dioxide[34]
- in microfabrication to etch aluminium
- as a pH adjuster in cosmetics and skin-care products[35]
- as a sanitizing agent in the dairy, food, and brewing industries[36]
Phosphoric acid may also be used for chemical polishing (etching) of metals like aluminium or for passivation of steel products in a process called phosphatization.[37]
Safety[edit]
Phosphoric acid is not a strong acid. However, at moderate concentrations phosphoric acid solutions are irritating to the skin. Contact with concentrated solutions can cause severe skin burns and permanent eye damage.[38]
A link has been shown between long-term regular cola intake and osteoporosis in later middle age in women (but not men).[39]
See also[edit]
- Phosphate fertilizers, such as ammonium phosphate fertilizers
References[edit]
- ^ Christensen, J. H.; Reed, R. B. (1955). «Design and Analysis Data—Density of Aqueous Solutions of Phosphoric Acid Measurements at 25 °C». Ind. Eng. Chem. 47 (6): 1277–1280. doi:10.1021/ie50546a061.
- ^ «CAMEO Chemicals Datasheet – Phosphoric Acid». Archived from the original on 15 August 2019. Retrieved 15 August 2019.
- ^ «Phosphoric acid». www.chemspider.com. Archived from the original on 12 March 2020. Retrieved 3 March 2020.
- ^ Brown, Earl H.; Whitt, Carlton D. (1952). «Vapor Pressure of Phosphoric Acids». Industrial & Engineering Chemistry. 44 (3): 615–618. doi:10.1021/ie50507a050.
- ^ Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). Solubilities of Inorganic and Organic Compounds. Van Nostrand. Archived from the original on 11 March 2020. Retrieved 2 June 2014.
- ^ Haynes, p. 4.80
- ^ «phosphoric acid_msds». Archived from the original on 4 July 2017. Retrieved 2 May 2018.
- ^ a b c d NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. «#0506». National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- ^ Haynes, p. 5.92
- ^ Haynes, p. 4.134
- ^ Edwards, O. W.; Dunn, R. L.; Hatfield, J. D. (1964). «Refractive Index of Phosphoric Acid Solutions at 25 C.». J. Chem. Eng. Data. 9 (4): 508–509. doi:10.1021/je60023a010.
- ^ a b Greenwood, N. N.; Thompson, A. (1959). «701. The mechanism of electrical conduction in fused phosphoric and trideuterophosphoric acids». Journal of the Chemical Society (Resumed): 3485. doi:10.1039/JR9590003485.
- ^ a b c Ross, Wm. H.; Jones, R. M.; Durgin, C. B. (October 1925). «The Purification of Phosphoric Acid by Crystallization». Industrial & Engineering Chemistry. 17 (10): 1081–1083. doi:10.1021/ie50190a031. ISSN 0019-7866.
- ^ Haynes, p. 5.13
- ^ a b c Sigma-Aldrich Co., Phosphoric acid.
- ^ «Phosphoric acid». Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- ^ Westheimer, F.H. (6 June 1987). «Why nature chose phosphates». Science. 235 (4793): 1173–1178 (see pp. 1175–1176). Bibcode:1987Sci…235.1173W. CiteSeerX 10.1.1.462.3441. doi:10.1126/science.2434996. PMID 2434996.
- ^ Becker, Pierre (1988). Phosphates and phosphoric acid. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0824717124.
- ^ Gilmour, Rodney (2014). Phosphoric acid: purification, uses, technology, and economics. Boca Raton: CRC Press. pp. 44–61. ISBN 9781439895108.
- ^ Jupp, Andrew R.; Beijer, Steven; Narain, Ganesha C.; Schipper, Willem; Slootweg, J. Chris (2021). «Phosphorus recovery and recycling – closing the loop». Chemical Society Reviews. 50 (1): 87–101. doi:10.1039/D0CS01150A. PMID 33210686.
- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. pp. 520–522. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Geeson, Michael B.; Cummins, Christopher C. (2020). «Let’s Make White Phosphorus Obsolete». ACS Central Science. 6 (6): 848–860. doi:10.1021/acscentsci.0c00332. PMC 7318074. PMID 32607432.
- ^ Ross, William H.; Jones, Russell M. (August 1925). «The Solubility and Freezing-Point Curves of Hydrated and Anhydrous Orthophosphoric Acid». Journal of the American Chemical Society. 47 (8): 2165–2170. doi:10.1021/ja01685a015.
- ^ «Purified Phosphoric Acid H3PO4 Technical Information Bulletin» (PDF). PotashCorp. Retrieved 11 February 2023.
- ^ Korte, Carsten; Conti, Fosca; Wackerl, Jürgen; Lehnert, Werner (2016), Li, Qingfeng; Aili, David; Hjuler, Hans Aage; Jensen, Jens Oluf (eds.), «Phosphoric Acid and its Interactions with Polybenzimidazole-Type Polymers», High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells, Cham: Springer International Publishing, pp. 169–194, doi:10.1007/978-3-319-17082-4_8, ISBN 978-3-319-17081-7, retrieved 12 February 2023
- ^ Jameson, R. F. (1 January 1959). «151. The composition of the «strong» phosphoric acids». Journal of the Chemical Society (Resumed): 752–759. doi:10.1039/JR9590000752.
- ^ Schrödter, Klaus; Bettermann, Gerhard; Staffel, Thomas; Wahl, Friedrich; Klein, Thomas; Hofmann, Thomas (2008). «Phosphoric Acid and Phosphates». Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a19_465.pub3.
- ^ «Current EU approved additives and their E Numbers». Foods Standards Agency. 14 March 2012. Archived from the original on 21 August 2013. Retrieved 22 July 2012.
- ^ «Why is phosphoric acid used in some Coca‑Cola drinks?| Frequently Asked Questions | Coca-Cola GB». www.coca-cola.co.uk. Archived from the original on 2 August 2021. Retrieved 31 August 2021.
- ^ Moynihan, P. J. (23 November 2002). «Dietary advice in dental practice». British Dental Journal. 193 (10): 563–568. doi:10.1038/sj.bdj.4801628. PMID 12481178.
- ^ Qaseem, A; Dallas, P; Forciea, MA; Starkey, M; et al. (4 November 2014). «Dietary and pharmacologic management to prevent recurrent nephrolithiasis in adults: A clinical practice guideline from the American College of Physicians». Annals of Internal Medicine. 161 (9): 659–67. doi:10.7326/M13-2908. PMID 25364887.
- ^ Toles, C.; Rimmer, S.; Hower, J. C. (1996). «Production of activated carbons from a washington lignite using phosphoric acid activation». Carbon. 34 (11): 1419. doi:10.1016/S0008-6223(96)00093-0.
- ^ Wet chemical etching. Archived 25 September 2012 at the Wayback Machine umd.edu.
- ^ Wolf, S.; R. N. Tauber (1986). Silicon processing for the VLSI era: Volume 1 – Process technology. p. 534. ISBN 978-0-9616721-6-4.
- ^ «Ingredient dictionary: P». Cosmetic ingredient dictionary. Paula’s Choice. Archived from the original on 18 January 2008. Retrieved 16 November 2007.
- ^ «Star San» (PDF). Five Star Chemicals. Archived (PDF) from the original on 8 February 2016. Retrieved 17 August 2015.
- ^ «Phosphates — Metal Finishing» (PDF). Phospates for Americas. February 2021.
- ^ «Phosphoric Acid, 85 wt.% SDS». Sigma-Aldrich. 5 May 2016. Archived from the original on 18 January 2017. Retrieved 16 January 2017.
- ^ Tucker KL, Morita K, Qiao N, Hannan MT, Cupples LA, Kiel DP (1 October 2006). «Colas, but not other carbonated beverages, are associated with low bone mineral density in older women: The Framingham Osteoporosis Study». American Journal of Clinical Nutrition. 84 (4): 936–942. doi:10.1093/ajcn/84.4.936. PMID 17023723.
Cited sources[edit]
- Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). CRC Press. ISBN 978-1439855119.
External links[edit]
- National pollutant inventory – Phosphoric acid fact sheet
- NIOSH Pocket guide to chemical hazards
| Ортофосфорная кислота | |
|---|---|
![]() |
|
![]() |
|
| Систематическое наименование |
Ортофосфорная кислота |
| Хим. формула | H3PO4 |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 98,0 г/моль |
| Плотность | 1,685 (жидк) |
| Динамическая вязкость | 2,4-9,4 сПуаз |
| Т. плав. | +42,35 °C |
| Т. кип. | +158 °C |
| Давление пара | 0,03 ± 0,01 мм рт.ст. |
| pKa | 2,12; 7,21; 12,67 |
| Растворимость в воде | 548 г/100 мл |
| ГОСТ | ГОСТ 10678-76 ГОСТ 6552-80 |
| Рег. номер CAS | 7664-38-2 |
| PubChem | 1004 |
| Рег. номер EINECS | 231-633-2 |
| SMILES |
OP(O)(O)=O |
| InChI |
1S/H3O4P/c1-5(2,3)4/h(H3,1,2,3,4) NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N |
| Кодекс Алиментариус | E338 |
| RTECS | TB6300000 |
| ChEBI | 26078 |
| Номер ООН | 1805 |
| ChemSpider | 979 |
| Сигнальное слово | Опасно |
| Пиктограммы СГС | |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. |
Ортофосфорная кислота (фосфорная кислота) — неорганическая кислота средней силы с химической формулой H3PO4, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85 %-й водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). Растворима в этаноле и других растворителях.
Содержание
- 1 Физические свойства
- 2 Химические свойства
- 3 Получение
- 3.1 Термический способ
- 3.2 Экстракционный способ
- 3.3 Концентрирование и очистка
- 3.4 Экономические и экологические аспекты
- 4 Применение
- 4.1 Авиационная промышленность
- 4.2 Пищевая промышленность
- 4.3 Сельское хозяйство
- 4.4 Стоматология
- 5 Безопасность
Физические свойства
В чистом виде фосфорная кислота представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления 42,35 °С. Кристаллы имеют моноклинную сингонию. Твёрдая фосфорная кислота гигроскопична и расплывается на воздухе; она смешивается с водой во всех соотношениях, но коммерчески обычно доступна в трёх концентрациях:
- 75 % H3PO4 (т. пл. –20 °С);
- 80 % H3PO4 (т. пл. 0 °С);
- 85 % H3PO4 (т. пл. 20 °С).
Из 85 %-ой фосфорной кислоты можно получить безводную при испарении воды в вакууме при 80 °С. Из концентрированных растворов она осаждается в виде гемигидрата H3PO4·0,5H2O.
В твёрдом состоянии и концентрированных растворах между молекулами фосфорной кислоты существуют водородные связи. При снижении концентрации до 40-50 % более устойчивой является водородная связь между фосфат-анионами и молекулами воды. Также в растворах фосфорная кислота обменивается атомами кислорода с водой.
Химические свойства
Ионный состав в зависимости от pH раствора.
Фосфорная кислота — трёхосновная кислота средней силы. В водных растворах она подвергается диссоциации по трём ступеням c константами диссоциации K1 = 7,1⋅10–3 (pKa1 2,12); K2 = 6,2⋅10–8 (pKa2 7,20); K3 = 5,0⋅10–13 (pKa3 12,32). Экзотермична только диссоциация по первой ступени; по второй и третьей ступени она эндотермична.
-
H3PO4(aq) + H2O(l) ⇌ H3O(aq)+ + H2PO4(aq)− H2PO4(aq)− + H2O(l) ⇌ H3O(aq)+ + HPO4(aq)2− HPO4(aq)2− + H2O(l) ⇌ H3O(aq)+ + PO4(aq)3−
Как следствие, фосфорная кислота может образовывать как средние (фосфаты), так и кислые соли (гидрофосфаты и дигидрофосфаты). Однако при нормальных условиях она малоактивна и вступает в реакции только с карбонатами, гидроксидами и некоторыми металлами. Выше 80 °С фосфорная кислота реагирует также с неактивными оксидами, кремнезёмом и силикатами. Также фосфаты образуются в процессе фосфатирования, при помощи которого чёрные и цветные металлы покрывают защитной плёнкой для улучшения их характеристик.
Нагревание фосфорной кислоты приводит к отщеплению воды с образованием пирофосфорной кислоты и метафосфорной кислоты:
- 2H3PO4 → H2O + H4P2O7 ;
- H4P2O7 → H2O + 2HPO3
Отличительной реакцией ортофосфорной кислоты от других фосфорных кислот является реакция с нитратом серебра: при этом образуется жёлтый осадок, тогда как другие фосфорные кислоты дают белый осадок:
- H3PO4 + 3AgNO3 → Ag3PO4 + 3HNO3
Качественной реакцией на ион H2PO4− является образование ярко-жёлтого осадка молибденофосфата аммония:
- H3PO4 + 12[NH4]2MoO4 + 21HNO3 → [NH4]3PMo12O40 ⋅ 6H2O↓ + 21NH4NO3 + 6H2O
Получение
Впервые фосфорную кислоту из оксида фосфора(V) получил Роберт Бойль в 1694 году. Лабораторный метод получения заключается в окислении фосфора азотной кислотой:
- 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO
Термический способ
В промышленности используют два основных способа получения фосфорной кислоты: термический и экстракционный. Термический способ заключается в сжигании фосфора до оксида фосфора(V) и реакции последнего с водой:
- P4 + 5O2 → P4O10 ;
- P4O10 + 6H2O → 4H3PO4
Технически этот процесс реализуется по-разному. В так называемом IG-процессе (от названия фирмы IG) обе реакции проводятся в одной реакционной колонне. Сверху в неё сжатым воздухом или паром под давлением 1,5 МПа через сопло подаётся фосфор, который сгорает при температуре >2000 °C. Полученный оксид фосфора(V) поглощается фосфорной кислотой, которая стекает сверху по стенкам колонны, целиком покрывая их. При этом она одновременно выполняет несколько функций: растворяет оксид фосфора(V), отводит теплоту из реакции сгорания и защищает стенки колонны от пламени. Полученная фосфорная кислота собирается под колонной, пропускается через теплообменник и подаётся в верхнюю часть колонны, откуда снова стекает по стенкам. Материалом для установки по получению фосфорной кислоты служит нержавеющая сталь с низким содержанием углерода. До 100 °C она устойчива к концентрированной фосфорной кислоте.
Получаемая этим способом фосфорная кислота практически не содержит примесей соединений фосфора в низших степенях окисления (содержание фосфористой кислоты H3PO3 составляет всего 0,1 %). Однако её необходимо очистить от примесного мышьяка, который в низких концентрациях содержится даже в очень чистом фосфоре. Эта очистка осуществляется воздействием сероводорода (для его получения в фосфорную кислоту вводят сульфид натрия) и осаждением сульфида мышьяка с последующим фильтрованием.
На этих реакциях основан также TVA-процесс (от Tennessee Valley Authority), однако сжигание фосфора и поглощение оксида фосфора(V) проводится отдельно. Фосфор и воздух подаются в стальную камеру сгорания с внешним охлаждением, после чего продукты сгорания через верхнюю часть камеры подпадают в камеру поглощения, где и образуется фосфорная кислота. В Хёхст-процессе (от названия фирмы Hoechst) сгорание и поглощение проводятся отдельно, однако он отличается тем, что теплота сгорания фосфора там используется для генерирования пара.
Экстракционный способ
Экстракционный способ производства фосфорной кислоты заключается в обработке природных фосфатов неорганическими кислотами (в странах СНГ преимущественно хибинского апатитового концентрата и фосфоритов Каратау). Фосфаты обрабатывали серной кислотой ещё в середине 1880-х гг., однако развитие этой области началось после Второй мировой войны благодаря повышенному спросу на минеральные удобрения.
Разложение сырья происходит по следующей схеме (x от 0,1 до 2,2):
- Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 5xH2O → 5CaSO4 ⋅ xH2O + 3H3PO4 + HF
Побочным продуктом этой реакции является сульфат кальция, который в зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты может выпадать в виде дигидрата (CaSO4·2H2O) или гемигидрата (CaSO4·0,5H2O). По этому признаку экстракционные процессы получения фосфорной кислоты делят на дигидратные, гемигидратные и комбинированные (дигидратно-гемигидратный и гемигидратно-дигидратный). Существует также ангидритный метод (с осаждением безводного сульфата кальция), который, однако, в промышленности не используется, так как он связан с серьёзными коррозионными проблемами.
Дигидратный процесс является классическим методом получения фосфорной кислоты. Его преимущества заключаются в относительно низкой температуре, благодаря чему удаётся избежать коррозии. Кроме того, можно использовать различное фосфатное сырьё и перерабатывать его в больших количествах. Для начала сырьё измельчают до размера частиц меньше 150 мкм. Фосфат и серная кислота подаются в реактор по отдельности, чтобы образование слоя сульфата кальция на частицах не затрудняло дальнейшего разложения. Температура процесса составляет 70-80 °С, а концентрация фосфорной кислоты в системе равна 28-31 % в пересчёте на P2O5. В этих условиях сульфат кальция образуется в виде дигидрата. Недостатком метода является то, что исходное сырьё необходимо перемалывать, а полученную фосфорную кислоту дополнительно концентрировать до 40-55 % и даже до 70 % P2O5.
Гемигидратный процесс был разработан для того, чтобы избежать необходимости концентрирования полученной фосфорной кислоты. Он проводится при более высокой температуре (80-100 °С) — в условиях, когда более устойчивой формой является гемигидрат сульфата кальция. Фосфорная кислота при этом получается в концентрации 40-48 %. Гемигидратно-дигидратный процесс разработан в Японии в связи с тем, что он позволяет получать практически чистый гипс, залежи которого в этой стране отсутствуют. Обработка сырья ведётся при высокой температуре, и образуется гемигидрат сульфата кальция, однако затем его перекристаллизовывают в дигидрат.
Концентрирование и очистка
Для концентрирования фосфорной кислоты, полученной дигидратным процессом, используют вакуумное испарение, хотя на старых заводах до сих пор применяют погружное горение. Иногда используют последовательно несколько испарителей, так что пары с одного испарителя используются для нагрева раствора в следующем испарителе. Кроме того, при испарении воды из фосфорной кислоты также удаляется фтор в виде смеси SiF4 и HF. Так, при повышении концентрации фосфорной кислоты с 30 до 50 % P2O5 из неё удаляется 50-60 % фтора. Поскольку выбросы фтора регулируются законами, эти вещества направляют на производство кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6.
Разнообразные неорганические примеси удаляют осаждением и экстракцией. Осаждать необходимо примеси мышьяка (в виде сульфида мышьяка), кадмия (в виде комплекса с эфирами дитиофосфорной кислоты), а также примеси катионных металлов (обработкой гидроксидом натрия). Экстракция основана на переводе фосфорной кислоты в органическую фазу и промывках водой, разбавленной фосфорной кислотой и растворами фосфатов. При этом удаляются как катионные, так и анионные примеси. Сама фосфорная кислота отделяется от растворителя перегонкой. В качестве растворителей используют бутанол-1, амиловый спирт, метилизобутилкетон, трибутилфосфат, диизопропиловый эфир и др.
Экономические и экологические аспекты
Мировая потребность в фосфорной кислоте по состоянию на 1989 г. оценивается в 40,6 млн тонн в год в пересчёте на P2O5. Экстракционный способ производства является преобладающим (95 % от общего количества), поскольку он потребляет меньше энергии. Остальные 5 % производятся термическим способом. Основным производителем (и потребителем) экстракционной фосфорной кислоты являются США: их доля от общего производства фосфорной кислоты составляет 90 %.
В 1980-е гг. произошло сокращение производства фосфорной кислоты из-за отказа от фосфорсодержащих детергентов и минеральных удобрений. Это было связано с загрязнением фосфатными удобрениями грунтовых вод и эвтрофикацией водоёмов.
Экстракционное производство фосфорной кислоты связано с образованием отвалов сульфата кальция: на 1 т P2O5 производится 4,5-5,5 т загрязнённого сульфата кальция, который необходимо утилизировать. По состоянию на 2008 год существует три варианта:
- затопление в водоёмах (10 %);
- сваливание на суше (около 88 %);
- использование в качестве сырья.
При затоплении в водоёмах сульфат кальция быстро растворяется: его растворимость в морской воде составляет 3,5 г/л, а природное содержание — 1,6 г/л. Примеси оксида кремния и оксида алюминия остаются нерастворёнными. Загрязнение воды тяжёлыми металлами мало по сравнению с существующими концентрациями, однако загрязнение кадмием значительно.
Применение
Используется при пайке в качестве флюса (по окисленной меди, по чёрному металлу, по нержавеющей стали), для исследований в области молекулярной биологии. Применяется также для очищения от ржавчины металлических поверхностей. Образует на обработанной поверхности защитную плёнку, предотвращая дальнейшую коррозию. Также применяется в составе фреонов, в промышленных морозильных установках как связующее вещество.
Авиационная промышленность
В авиационной промышленности ортофосфорная кислота используется в составе гидрожидкости НГЖ-5У и её иностранных аналогов.
Пищевая промышленность
Ортофосфорная кислота зарегистрирована в качестве пищевой добавки E338. Применяется как регулятор кислотности в газированных напитках, например в Кока-Коле. По вкусу подслащённые слабые водные растворы ортофосфорной кислоты напоминают крыжовник.
Сельское хозяйство
В звероводстве (в частности, при выращивании норок) используют выпойку раствора ортофосфорной кислоты для профилактики повышенного pH желудка и мочекаменной болезни.
Также ее применяют в гидропонных системах для регулировки уровня pH питательного раствора.
Стоматология
Ортофосфорная кислота применяется для протравливания (снятия смазанного слоя) эмали и дентина перед пломбированием зубов. При применении адгезивных материалов 2-го и 3-го поколений требуется протравливание эмали зуба кислотой с последующим промыванием и просушиванием. Кроме дополнительных временных затрат на проведение, данные этапы несут в себе опасность возникновения различных ошибок и осложнений.
При нанесении ортофосфорной кислоты сложно проконтролировать степень и глубину деминерализации дентина и эмали. Это приводит к тому, что нанесённый адгезив не полностью (не по всей глубине) заполняет открытые дентинные канальцы, а это в свою очередь не обеспечивает образование полноценного гибридного слоя.
Кроме того, не всегда удаётся полностью удалить ортофосфорную кислоту после её нанесения на дентин. Это зависит от того, каким способом сгущена фосфорная кислота. Остатки ортофосфорной кислоты ухудшают прочность связывания, а также приводят к образованию так называемой «кислотной мины».
С появлением адгезивных материалов 4-го и 5-го поколений стали использовать технику тотального протравливания (дентин — эмаль). В адгезивных системах 6-го и 7-го поколений отдельный этап протравливания кислотой отсутствует, так как адгезивы являются самопротравливающимися. Однако некоторые производители всё же рекомендуют для усиления адгезии кратковременно протравливать эмаль даже при использовании самопротравливающих адгезивов.
Безопасность
Фосфорная кислота не оказывает специфического токсического действия. Системная токсичность низкая. Её растворы раздражают глаза, дыхательные пути и слизистые оболочки. При концентрации > 10 % она оказывает раздражающее действие, а выше 25 % — также коррозионное. При глотании большого количества возникает тошнота, рвота, диарея, кровавая рвота и гиповолемический шок. Концентрированные растворы вызывают ожоги слизистой оболочки рта, пищевода и желудка. При попадании рекомендуется промыть кожу или промыть глаза тёплой водой или физиологическим раствором. При глотании фосфорной кислоты в качестве первой помощи необходимо поддерживать дыхание и внутривенно восполнять жидкость.
У добровольцев, получавших фосфорную кислоту перорально в количестве 2-4 г/кг в день в течение 10 дней или 3,9 г/кг в день в течение 14 дней, не обнаружено негативных для метаболизма последствий. Допускается использовать 0,5–1 г/л фосфорной кислоты в напитках.
|
Неорганические соединения фосфора |
|
|---|---|
| Оксиды |
|
| Фосфорные кислоты |
|
| Соли |
|
| Соединения фосфония |
|
| Прочее |
|
Random converter
ортофосфорная кислота: состав и молярная масса
Химическая формула
Молярная масса H3PO4, ортофосфорная кислота 97.995182 г/моль
1,00794·3+30,973762+15,9994·4
Массовые доли элементов в соединении
| Элемент | Символ | Атомная масса | Число атомов | Массовая доля |
|---|---|---|---|---|
| Hydrogenium | H | 1.00794 | 3 | 3.086% |
| Phosphorus | P | 30.973762 | 1 | 31.608% |
| Oxygenium | O | 15.9994 | 4 | 65.307% |
Использование калькулятора молярной массы
- Химические формулы нужно вводить с учетом регистра
- Индексы вводятся как обычные числа
- Точка на средней линии (знак умножения), применяемая, например, в формулах кристаллогидратов, заменяется обычной точкой.
- Пример: вместо CuSO₄·5H₂O в конвертере для удобства ввода используется написание CuSO4.5H2O.
Калькулятор молярной массы
Моль
Молярная масса
Молярная масса элементов и соединений
Молекулярная масса
Расчет молярной массы
Моль
Все вещества состоят из атомов и молекул. В химии важно точно измерять массу веществ, вступающих в реакцию и получающихся в результате нее. По определению моль является единицей количества вещества в СИ. Один моль содержит точно 6,02214076×10²³ элементарных частиц. Это значение численно равно константе Авогадро NA, если выражено в единицах моль⁻¹ и называется числом Авогадро. Количество вещества (символ n) системы является мерой количества структурных элементов. Структурным элементом может быть атом, молекула, ион, электрон или любая частица или группа частиц.
Постоянная Авогадро NA = 6.02214076×10²³ моль⁻¹. Число Авогадро — 6.02214076×10²³.
Другими словами моль — это количество вещества, равное по массе сумме атомных масс атомов и молекул вещества, умноженное на число Авогадро. Единица количества вещества моль является одной из семи основных единиц системы СИ и обозначается моль. Поскольку название единицы и ее условное обозначение совпадают, следует отметить, что условное обозначение не склоняется, в отличие от названия единицы, которую можно склонять по обычным правилам русского языка. Один моль чистого углерода-12 равен точно 12 г.
Молярная масса
Молярная масса — физическое свойство вещества, определяемое как отношение массы этого вещества к количеству вещества в молях. Говоря иначе, это масса одного моля вещества. В системе СИ единицей молярной массы является килограмм/моль (кг/моль). Однако химики привыкли пользоваться более удобной единицей г/моль.
молярная масса = г/моль
Горение — высокотемпературная экзотермическая окислительно-восстановительная реакция.
Молярная масса элементов и соединений
Соединения — вещества, состоящие из различных атомов, которые химически связаны друг с другом. Например, приведенные ниже вещества, которые можно найти на кухне у любой хозяйки, являются химическими соединениями:
- соль (хлорид натрия) NaCl
- сахар (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁
- уксус (раствор уксусной кислоты) CH₃COOH
Молярная масса химических элементов в граммах на моль численно совпадает с массой атомов элемента, выраженных в атомных единицах массы (или дальтонах). Молярная масса соединений равна сумме молярных масс элементов, из которых состоит соединение, с учетом количества атомов в соединении. Например, молярная масса воды (H₂O) приблизительно равна 1 × 2 + 16 = 18 г/моль.
Молекулярная масса
Молекулярная масса (старое название — молекулярный вес) — это масса молекулы, рассчитанная как сумма масс каждого атома, входящего в состав молекулы, умноженных на количество атомов в этой молекуле. Молекулярная масса представляет собой безразмерную физическую величину, численно равную молярной массе. То есть, молекулярная масса отличается от молярной массы размерностью. Несмотря на то, что молекулярная масса является безразмерной величиной, она все же имеет величину, называемую атомной единицей массы (а.е.м.) или дальтоном (Да), и приблизительно равную массе одного протона или нейтрона. Атомная единица массы также численно равна 1 г/моль.
Расчет молярной массы
Молярную массу рассчитывают так:
- определяют атомные массы элементов по таблице Менделеева;
- определяют количество атомов каждого элемента в формуле соединения;
- определяют молярную массу, складывая атомные массы входящих в соединение элементов, умноженные на их количество.
Например, рассчитаем молярную массу уксусной кислоты
CH₃COOH
Она состоит из:
- двух атомов углерода
- четырех атомов водорода
- двух атомов кислорода
Расчет:
- углерод C = 2 × 12,0107 г/моль = 24,0214 г/моль
- водород H = 4 × 1,00794 г/моль = 4,03176 г/моль
- кислород O = 2 × 15,9994 г/моль = 31,9988 г/моль
- молярная масса = 24,0214 + 4,03176 + 31,9988 = 60,05196 g/mol
Наш калькулятор выполняет именно такой расчет. Можно ввести в него формулу уксусной кислоты и проверить что получится.
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
Другие конвертеры
Конвертеры единиц измерения, используемых при измерении скорости передачи данных, в типографике и обработке изображений, для измерения объема лесоматериалов, а также десятичные приставки и калькулятор молярной массы химических соединений
Вычисление молярной массы
Молярная масса — физическое свойство вещества, определяемое как отношение массы этого вещества к количеству вещества в молях, то есть, это масса одного моля вещества.
Молярная масса соединений равна сумме молярных масс элементов, из которых состоит соединение, с учетом количества атомов в соединении.
Использование конвертера «Вычисление молярной массы»
На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.
Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие.
Примечание. В связи с ограниченной точностью преобразования возможны ошибки округления. В этом конвертере целые числа считаются точными до 15 знаков, а максимальное количество цифр после десятичной запятой или точки равно 10.
Для представления очень больших и очень малых чисел в этом калькуляторе используется компьютерная экспоненциальная запись, являющаяся альтернативной формой нормализованной экспоненциальной (научной) записи, в которой числа записываются в форме a · 10x. Например: 1 103 000 = 1,103 · 106 = 1,103E+6. Здесь E (сокращение от exponent) — означает «· 10^», то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.
Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.
Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!
Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe.com на YouTube







