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磷酸

2021-07-16 12:27:04

资料专题:磷酸基本信息汇总表

磷酸(英语:phosphoric acid)或称为正磷酸orthophosphoric acid),化学式H3PO4,是一种常见的无机酸,不易挥发,不易分解,几乎没有氧化性。具有酸的通性,是三元弱酸,其酸性比盐酸、硫酸硝酸弱,但比醋酸、硼酸等强。由五氧化二磷溶于热水中即可得到。正磷酸工业上用硫酸处理磷灰石即得。用硝酸使磷氧化,可以得到较纯的磷酸;一般是83%-98%的稠厚溶液,如果再浓缩,可以得到无色晶体。磷酸在空气中容易潮解;加热会逐渐失水得到焦磷酸,进一步失水得到偏磷酸。磷酸容易自行结合成多种化合物如焦磷酸(pyrophosphoric acid)或三聚磷酸(triphosphoric acid)等。

除了用作化学试剂之外,磷酸也可主要用于制药、铁锈转化剂、食品添加物、溶剂、电解液、肥料、冶金、饲料等,也有在医学美容及牙科的用途。

磷酸为三元酸,可解离出三个氢离子,因此可形成三种不同的酸根,分别是:磷酸二氢根H2PO4、磷酸氢根HPO2−
4
以及磷酸根PO3−
4

结构

为中心、四个氧环绕其周围,其中包括一个双键氧和三个羟基。三个可解离的氢原子分别与三个氧原子结合。

化学性质

资料专题:磷酸化学性质

制备

磷酸有三种制备方法,加热法(thermal process)、潮湿制造法(wet process)及干窑法(dry kiln process)

加热法

燃烧单质产生五氧化二磷并且溶于水产生磷酸。此方法可生产较纯的磷酸,因为在炼制磷的过程中已经去除许多杂质,然而仍需去除藏在里面的。 纯磷的现代制法大部分是将磷酸钙与砂(主要成分为二氧化硅)及焦炭一起放在电炉中加热。化学式如下:

  • Ca3(PO4)2+3SiO2→3CaSiO3+P2O5
  • P2O5+5C→2P+5CO

潮湿制造法

潮湿制造法是在磷酸钙中加入硫酸,磷酸钙的来源通常是磷灰石

反应:(X为卤素)

Ca5(PO4)3X + 5 H2SO4 + 10 H2O → 3 H3PO4 + 5 CaSO4·2H2O + HX

硫酸钙溶解度较小,因此可以被过滤掉。

以此方法最初制造出来的磷酸浓度大约含有23%至33%的P2O5,再进行蒸馏或稀释调整成想要的浓度。商品级的磷酸约54%,而超磷酸的浓度约70%.

潮湿制造法的产品还须经过纯化移除掉内含的氟化物砷化物

用途

性质

浓磷酸约75–85%左右,为澄清、无色、无味、非挥发性的浓稠液体。磷酸虽然无毒性,但85%的浓磷酸具有腐蚀性。

在如此高的浓度下,浓磷酸中的磷酸分子会聚合起来聚磷酸,

与卤化物的反应

磷酸与卤化物会产生氢卤化物气体,在实验室可以此法制备氢卤酸。

NaCl(s)+ H3PO4(l) → NaH2PO4(s)+ HCl(g)
NaBr(s)+ H3PO4(l) → NaH2PO4(s)+ HBr(g)
NaI(s)+ H3PO4(l) → NaH2PO4(s)+ HI(g)

铁锈转化剂

磷酸可作为铁锈转化剂的成分,磷酸可将红棕色的Fe2O3转为黑色的FePO4,予以剥除后可露出新的金属面,也可暂不进行剥除,让他作为金属面的保护层,防止其进一步的氧化。

铁锈转化剂有时被配置成液体供金属浸泡。有时被配置成凝胶状,昵称“海军果酱(naval jelly)”,可涂抹在垂直或陡峭的斜面上。

食品添加剂

食品级的磷酸可用来酸化饮品或食物,如可乐等。

药用

磷酸也被应用于牙科及美容上。牙科方面,磷酸可用于清洁牙面及牙齿美白。

磷酸也被添加于防晕药。

其他应用

除了以上的应用外,磷酸还有下列用途:

  • 含有磷-31的磷酸可作为核磁共振的外标物
  • 高性能液相色谱法
  • 温氏法(Wentworth Process):作为活性碳的氧化剂。
  • 磷酸燃料电池中的电解液。
  • 作为烯烃和水加成的催化剂以制造醇类。
  • 作为铜电镀抛光的电解液。
  • 作为助焊剂
  • 在半导体制程当中,磷酸可做为蚀刻的溶剂,例如:磷酸与过氧化氢的混合物可将InGaAs转为InP,达到蚀刻的目的。
  • 蚀刻氮化硅,磷酸可将Si3N4转化为SiO2。
  • 做为缓冲溶液。
  • 作为皮革处理及洗涤剂的分散媒。
  • 作为保养品中pH值的调节剂。
  • 建筑业上用磷酸以移除矿物沉积物、水泥图片及水渍。
  • 家庭清洁剂。
  • 水耕法中用作pH值的调节剂,也可作为植物磷养分的直接来源。
  • 水族箱中,使用磷酸作为消除绿斑藻的工具,以及有利于水草生长

生物学影响

饮料添加物

磷酸用在食品添加剂,素来有骨质疏松症的疑虑。以往的调查是借由问卷选填饮用可乐及其他碳酸饮料的频率,发现饮用碳酸饮料的受试者较易有骨质疏松症的问题。研究指出,饮用碳酸饮料者没有比其他人摄取更多的磷,但身体的钙磷比却显著的降低。《美国临床营养学杂志》(American Journal of Clinical Nutrition)中的有项研究在1996年至2001年使用双倍能量的X光去探测1672位女性及1148位男性的骨密度,发现磷酸确实会降低骨密度,此研究提供了比以往使用问卷调查更有利的证据。

另一项临床研究指出,磷的摄取会降低骨密度。但此实验以磷的总摄取量为主,并未明确证明使骨密度降低的主因是磷酸。

但在Heaney及Rafferty使用钙平衡的方法对于20至40岁的女人一日习惯饮用三杯以上(680 mL)碳酸饮料进行的临床研究,却发现含磷酸的碳酸饮料与钙流失无关。研究比较了水、牛奶以及各种非酒精饮料(两种含咖啡因,两种不含咖啡因,两种含磷酸,两种含柠檬酸)。他们发现,相较于水,只有牛奶以及另外两项含有咖啡因的饮品会增加尿液中的钙含量,而添加有磷酸的咖啡因饮料和含咖啡因的饮料钙量流失速度差不多,并没有扩大咖啡因造成流失钙质的影响。由于研究显示咖啡因所造成的钙质流失会逐渐补回来,而磷酸在实验中又没有对钙质流失造成影响。Heaney及Rafferty认为前面实验受试者骨质疏松的原因是受试者饮用碳酸饮料,造成牛奶摄取量的渐少,造成钙摄取量不足。

咖啡因也被认为是造成骨质疏松的元凶之一。。

参考文献

资料专题:磷酸参考文献

外部链接

参见

  • 化学主题