Fosforzuur

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Fosforzuur
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van (ortho)fosforzuur
Structuurformule van (ortho)fosforzuur
Molecuulmodel van (ortho)fosforzuur
Molecuulmodel van (ortho)fosforzuur
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
H3PO4
IUPAC-naam fosforzuur
Andere namen orthofosforzuur, triwaterstoffosfaat
Molmassa 97,995181 g/mol
SMILES
OP(O)(=O)O
InChI
1/H3O4P/c1-5(2,3)4/h(H3,1,2,3,4)/f/h1-3H
CAS-nummer 7664-38-2
EG-nummer 231-633-2
PubChem 1004
Vergelijkbaar met zwavelzuur
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Corrosief
Gevaar
H-zinnen H314
EUH-zinnen geen
P-zinnen P280 - P305+P351+P338 - P310
Hygroscopisch? ja[1]
Omgang Dampen niet inademen, contact vermijden
EG-Index-nummer 015-011-00-6
VN-nummer 2453
MAC-waarde 1mg/m³[1]
LD50 (ratten) (oraal) 1530[1] mg/kg
LD50 (konijnen) (dermaal) 2740[1] mg/kg
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vast[1]
Kleur wit[1]
Dichtheid 2,030[1] g/cm³
Smeltpunt 42,35[1] °C
Kookpunt (ontleedt) 213[1] °C
Dampdruk 2200 Pa
Oplosbaarheid in water 5480 g/L
Goed oplosbaar in water, ethanol
Viscositeit 0,147 Pa·s
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHol -1271,7 kJ/mol
ΔfHos -1284,4 kJ/mol
Sol, 1 bar 150,8 J/mol·K
Sos 110,5 J/mol·K
Evenwichtsconstante(n) pKa1 = 2,15
pKa2 = 7,09
pKa3 = 12,32[2]
Nutritionele eigenschappen
Komt voor in cola, vlees, kaasproducten
ADI 70 mg/kg lichaamsgewicht
Type additief zuurteregelaar, metaalbinder
E-nummer E338
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Fosforzuur of triwaterstoffosfaat (ook aangeduid als orthofosforzuur) is een zwak anorganisch zuur, met als brutoformule H3PO4. Zuiver watervrij fosforzuur is een witte kristallijne vaste stof die bij 42,35°C smelt tot een kleurloze viskeuze vloeistof.

Zouten en esters van fosforzuur worden fosfaten genoemd en komen vrijwel overal op Aarde voor: in mineralen en in levende wezens (onder meer in DNA, RNA en ATP).

Naamgeving[bewerken]

Meestal wordt met orthofosforzuur geduid op fosforzuur, hetgeen de officiële IUPAC-benaming is.[3] Het prefix ortho wordt gebruikt om dit zuur te onderscheiden van andere fosforzuren, de polyfosforzuren.

Synthese[bewerken]

Fosforzuur wordt bereid door fosfaatertsen (hoofdzakelijk calciumfosfaat) te laten reageren met zwavelzuur:

\mathrm{Ca_3(PO_4)_2\ +\ 3\ H_2SO_4\ \longrightarrow\ 2\ H_3PO_4 +\ 3\ CaSO_4}

Een andere methode leunt aan bij het Oddaprocedé. In dit productieproces wordt er salpeterzuur gebruikt om het fosfaaterts om te zetten in fosforzuur en calciumnitraat:

\mathrm{Ca_3(PO_4)_2\ +\ 6\ HNO_3\ \longrightarrow\ 2\ H_3PO_4 +\ 3\ Ca(NO_3)_2}

Het calciumnitraat kan deels worden verwijderd door afkoeling en kristallisatie en het restant kan dan nog worden verwijderd met ammoniumsulfaat of zwavelzuur.

Een alternatieve methode is de exotherme reactie tussen difosforpentoxide en water:

\mathrm{P_2O_5\ + 3\ H_2O\longrightarrow\ 2\ H_3PO_4}

Eigenschappen[bewerken]

Fosforzuur is een triprotisch zuur. De protolyse vindt plaats in drie stappen, elk gekenmerkt door een zuurconstante (respectievelijk pKa1 = 2,15; pKa2 = 7,09; pKa3 = 12,32):

\mathrm{H_3PO_4\ \rightleftharpoons\ H_2PO_4^-\ +\ H^+}
\mathrm{H_2PO_4^-\ \rightleftharpoons\ HPO_4^{2-}\ +\ H^+}
\mathrm{HPO_4^{2-}\ \rightleftharpoons\ PO_4^{3-}\ +\ H^+}

Bij deze protolysereactie ontstaan respectievelijk het diwaterstoffosfaat-, het waterstoffosfaat en het fosfaat-anion gevormd. In waterige midden vindt hoofdzakelijk enkel de eerste reactie plaats. De tweede reactie gaat slechts voor een klein deel door en de afplitsing van het laatste proton is zo goed als nihil. Zo bedraagt de aanwezige fractie fosfaat in een oplossing van 1 mol/L fosforzuur amper 1,60 × 10-17%. De zuurrestionen protolyseren alleen verder wanneer er een sterkere base dan water aanwezig is in de oplossing.

Aangezien fosforzuur een zeer polaire molecule is, is de oplosbaarheid in water extreem groot. De hoge oplosbaarheid wordt ook verklaard door de bovenstaande protolysereacties. De dichtheid van een 85%-oplossing bedraagt 1,685 g/mL. De oxidatietoestand van fosfor in de verbinding is +V.

Oplossingen van zuurresten van fosforzuur worden veelvuldig ingezet als buffer. Afhankelijk van de zuurtegraad, zal een ander bufferpaar de bufferende werking uitoefenen: bijvoorbeeld HPO42–/H2PO4 rond pH 7,21.

Verwarming van fosforzuur boven 213°C leidt tot een condensatiereactie, waarbij water wordt vergedreven en pyrofosforzuur ontstaat. Wanneer één molecule water per molecule fosforzuur is verdreven, ontstaat een gelachtige substanties met als brutoformule HPO3, hetgeen met de benaming metafosforzuur wordt aangeduid.[4] Bijgevolg kan metafosforzuur beschouwd worden als anhydrisch orthofosforzuur. Het wordt soms ingezet als water- of vochtabsorberend reagens. Verdere dehydratie is zeer moeilijk en leidt uiteindelijk tot vorming van difosforpentoxide, dat onder meer als chemisch droogmiddel in droogpistolen wordt ingezet.

Samenstelling en pH van een waterige fosforzuuroplossing[bewerken]

Onderstaande tabel geeft een overzicht van enkele concentraties, aangeduid met [A], fosforzuuroplossing, met bijbehorende fracties van de verschillende zuurresten en de pH van de oplossing. De [A] moet hier gezien worden als de totale analytische concentratie zuur, dus [A] = [H3PO4] + [H2PO4] + [HPO42−] + [PO43−].

[A] (mol/L) pH [H3PO4]/[A] (%) [H2PO4]/[A] (%) [HPO42−]/[A] (%) [PO43−]/[A] (%)
1 1,08 91,7 8,29 6,20 × 10−6 1,60 × 10−17
10−1 1,62 76,1 23,9 6,20 × 10−5 5,55 × 10−16
10−2 2,25 43,1 56,9 6,20 × 10−4 2,33 × 10−14
10−3 3,05 10,6 89,3 6,20 × 10−3 1,48 × 10−12
10−4 4,01 1,30 98,6 6,19 × 10−2 1,34 × 10−10
10−5 5,00 0,133 99,3 0,612 1,30 × 10−8
10−6 5,97 1,34 × 10−2 94,5 5,50 1,11 × 10−6
10−7 6,74 1,80 × 10−3 74,5 25,5 3,02 × 10−5
10−10 7,00 8,24 × 10−4 61,7 38,3 8,18 × 10−5

Voor hoge concentraties fosforzuur is de waterige oplossing hoofdzakelijk samengesteld uit fosforzuur. Bij lagere concentraties verschuiven de protolyse-evenwichten naar diwaterstoffosfaat, waterstoffosfaat en uiteindelijk - bij zeer lage concentraties - naar het fosfaation.

Toepassingen[bewerken]

Fosforzuur wordt voornamelijk gebruikt in de productie van kunstmest, in detergenten, en in kleine hoeveelheden in frisdranken, zoals cola. Als voedingadditief gebruikt heeft fosforzuur het E-nummer E338. Verder wordt het gebruikt als externe standaard bij 31P-NMR, bij high-performance liquid chromatography, als oxidator bij de productie van actieve kool, als elektrolyt in fosforzuurbrandstofcellen, als etsmiddel voor siliciumnitride en als zuurteregelaar in cosmetica.

Synthese van waterstofhalogeniden[bewerken]

Fosforzuur wordt in het laboratorium gebruikt ter synthese van waterstofhalogeniden (waterstofchloride, waterstofbromide en waterstofjodide) uit de overeenkomstige natriumzouten:

\mathrm{NaCl\ + H_3PO_4\longrightarrow\ NaH_2PO_4\ +\ HCl}
\mathrm{NaBr\ + H_3PO_4\longrightarrow\ NaH_2PO_4\ +\ HBr}
\mathrm{NaI\ + H_3PO_4\longrightarrow\ NaH_2PO_4\ +\ HI}

Roestverwijderaar[bewerken]

Fosforzuur wordt vaak ingezet om roest te verwijderen van metaaloppervlakken. Formeel wordt ijzer(III)oxide omgezet tot ijzer(III)fosfaat:

\mathrm{Fe_2O_3\ + 2\ H_3PO_4\longrightarrow\ 2\ FePO_4\ +\ 3\ H_2O}

Toxicologie en veiligheid[bewerken]

Fosforzuur is geen toxische verbinding. In hoge concentraties (75% of meer) in water kan het sterk corrosief zijn. Contact met ogen en huid kan hevige irritatie, blaarvorming en brandwonden opleveren. Inhalatie van dampen of inslikken van de zuivere stof kan irritaties aan de keel, slokdarm en ademhalingsstelsel opleveren. Verder optredende symptomen zijn hoesten, kortademigheid en braken.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b c d e f g h i MSDS fiche fosforzuur, Sigma-Aldrich, productnummer 79622, reviseerdatum 12/02/2006, geraadpleegd op 18/11/2008
  2. Merck 13,7430
  3. (en) International Union of Pure and Applied Chemistry (2005) - Nomenclature of Inorganic Chemistry, IUPAC Recommendations 2005, Cambridge (Verenigd Koninkrijk), p. 128 - ISBN 0-85404-438-8
  4. (en) Phosphoric acid, The Columbia Encyclopedia (6th Edition), 2001
Zoek dit woord op in WikiWoordenboek