Főmenü megnyitása


Foszforsav
Phosphoric-acid-2D-dimensions.png Phosphoric-acid-3D-vdW.png
IUPAC-név Ortofoszfor(V)-sav
Kémiai azonosítók
CAS-szám 7664-38-2
SMILES
OP(O)(O)=O
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet H3PO4
Moláris tömeg 98,0 g/mol
Megjelenés fehér kristály vagy színtelen viszkózus folyadék(>42 °C)
Sűrűség 1,685 g/ml (folyadék)
Olvadáspont 42,35 °C
Forráspont 158 °C
Oldhatóság (vízben) elegyedik
Savasság (pKa) 2,12, 7,21, 12,67
Veszélyek
EU osztályozás Korrozív (C)
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
2
0
 
R mondatok R34
S mondatok (S1/2), S26, S45
Rokon vegyületek
Azonos kation salétromsav
arzénsav
Azonos anion ammónium-foszfát
trinátrium-foszfát
Rokon foszfor-oxosavak hipofoszforossav
foszforossav
pirofoszforsav
trifoszforsav
hipofoszforsav
perfoszforsav
permonofoszforsav
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A foszforsav (régi magyar nevén vilsav) egy foszfor alapú szervetlen sav. A következő változatait ismerjük:

  • ortofoszforsav (közönséges foszforsav): H3PO4,
  • foszforossav: H3PO3,
  • hipofoszforossav : H3PO2,
  • hipofoszforsav : H4P2O6,
  • pirofoszforsav (difoszforsav): H4P2O7,
  • metafoszforsav: HPO3.

Tartalomjegyzék

Ortofoszforsav H3PO4Szerkesztés

Marggraf fedezte fel 1746-ban. Graham 1833-ban az orto-, piro- és metafoszforsavat egymástól határozottan megkülönböztette.

A természetben szabad állapotban nem fordul elő, sói azonban gyakoriak. Az ortofoszforsav képződik, ha foszfor-pentakloridra vagy foszfor-oxikloridra víz hat; erősebb oxidálószerek (pl. salétromsav) a foszfort ortofoszforsavvá alakítják.

Az árubeli foszforsav az ortofoszforsav töményebb vizes oldata és csonthamuból (acidum phosphoricum ex ossibus) vagy foszfor oxidálásával (acidum phosphoricum e phosphoro) kapják.

Előállítása állati csontokból a következőképen történik: a csontokat alkalmas kemencékben izzítják, amíg a szénvegyületek teljesen elégnek és szürkésfehérekké válnak; az égetett csontot megőrlik és e port, az úgynevezett csonthamut, híg kénsavval néhány napon át pállítják. A csonthamu főképpen szabályos kalcium-foszfátból áll; a kénsav hatására lényegében szabad foszforsav és kalcium-szulfát keletkezik, mely nehéz oldhatóságánál fogva jórészt kiválik.

A kalcium-szulfátról lefiltrált folyadék még tartalmaz jócskán CaHPO4-ot; ennek eltávolítása végett a folyadékhoz még kénsavat elegyítenek és az ismét leváló kalcium-szulfátot eltávolítván besűrítik, majd enyhe izzásig hevítik a felesleges kénsav eltávolítása végett, végül a maradékot vízben oldják és az oldatot megszűrik. Az így előállított foszforsavoldat nem tiszta; különösen savanyú magnézium- és kalcium-foszfátot, továbbá kénsavat is tartalmaz. Leginkább a nátrium-foszfát előállításához használják.

A tiszta foszforsav foszforból készül. A nedves foszfor a levegőn lassacskán oxidálódik, amidőn hipofoszforsav-, foszforossav és foszforsavoldatot kapunk. Hogy teljesen foszforsavvá váljon, híg salétromsavval kell felfőzni. Mivel a foszfor a levegőn csak igen lassan oxidálódik, ezt ritkábban alkalmazzák és többnyire már kezdettől fogva salétromsavval oxidálják a foszfort. A foszfort üvegkészülékben (retortában) nagyobb mennyiségű híg (30%) salétromsavval leöntik és az egészet óvatosan melegítik. Ilyenkor a salétromsav oxidáló hatásánál fogva a foszfort oxidálja, előbb foszforossav, majd foszforsav keletkezik.

A foszfor teljes eltűnése után a folyadékot porcelán csészében besűrítik, még egy kevés tömény salétromsavat elegyítenek hozzá és ezzel főzik, hogy a netalán még jelenlevő foszforossav is foszforsavvá alakuljon. A forralást most addig folytatják, míg a salétromsav tökéletesen el van űzve. Az így kapott foszforsavoldat még többnyire arzénnel szennyezett, mert az árubeli foszforban gyakran arzén van. A salétromsav oxidáló hatása folytán arzénsavvá alakul; eltávolítása végett a langyos folyadékban bőségesen kénhidrogén gázt vezetnek, amidőn is oldhatatlan arzénszulfid képződik.

A lefiltrált folyadékot egy ideig forralják, hogy belőle a kénhidrogén fölöslegét elűzzék, végül a megkívánt fokig besűrítik. Az így kapott foszforsav az ortofoszforsav tömény vizes oldala. Színtelen, átlátszó folyadék; íze erősen savanyú, ha egészen tiszta, nem maró s nem mérges, minél több benne a foszforsav, annál nagyobb a fajsúlya.

Ha e savat erősen besűrítjük, úgy, hogy a hőmérséklet a 150 °C-ot meg ne haladja, a kihűléskor szirupsűrűségű folyadékot kapunk, amelynek foszforsava 1,88 és tiszta ortofoszforsavnak tekintendő. E sűrű folyadékból hosszabb állás után a foszforsav színtelen, rombos kristályokban kiválik, melyeknek olvadáspontja 40 °C körül van. Ha besűrítéskor a hőmérsékletet fokozzuk és 213 °C fölé megyünk, pirofoszforsavat (H4P2O7); erős izzításkor a pirofoszforsav ismét vizet veszít és a kihűléskor üvegszerűen megmerevedő tömeget, metafoszforsavat (HPO3) ad.

A magyar gyógyszerkönyvben az ortofoszforsav 20%-os vizes oldata Acidum phosphoricum néven hivatalos gyógyszer. A gyógyszerül használt sav a foszforból készült legyen. Foszforossavval, arzénsavval, kénsavval, salétromsavval, kalciummal és nehéz fémekkel (réz, ólom, vas, cink) ne legyen szennyezve. Vízzel hígítva és cukorral vagy gyümölcssziruppal elegyítve kellemes savanyú ízű italt ad; az orvos lázas bántalmaknál ily formában mint hűsítő szert rendeli.

Foszforossav H3PO3Szerkesztés

Foszfor-triklorid vízzel való elbontásával készül:
PCl3 + 3H2O = 3HCl + H3PO3.

Vízhez lassacskán foszfor-trikloridot elegyítünk: a heves hatás megszűntével a folyadékot besűrítjük és végül a hőmérséklet 180°-ig emeljük, a kapott sűrű folyadék kihűléskor kristályosan megmered: ez a foszforossav. Képződik akkor is, ha foszfor-trioxidot vízben oldunk; a nedves foszfornak a levegőn való oxidációjakor foszforsav és hipofoszforsav mellett foszforossav is keletkezik.

A foszforossav színtelen kristályokból áll, 70 °C körül olvad, erősebb hevítéskor elbomlik, foszforsav és foszfán keletkezik. Vizes oldata a levegőn lassacskán oxidálódik, minél hígabb, annál gyorsabban; oxidáló szerek könnyen foszforsavvá alakítják. Erős redukálószer; így pl. higany(II)-klorid-oldatból kalomelt választ ki. A foszforossavban 2 hidrogén könnyen helyettesíthető fémmel és így rendesen kétértékű savnak tekintik, a 3. hidrogénatom alig helyettesíthető fémmel, azonban szerves csoportokkal mindhárom helyettesíthető. Sói a foszfitok; ezeknek két sorozatát ismerjük aszerint, amint a foszforossavban csak az egyik, vagy mindkét hidrogén van fémmel helyettesítve. Az alkálifémek foszfitjai vízben jól, a többiekéi kevésbé oldódnak.

Hipofoszforossav H3PO2Szerkesztés

E savat Dulong fedezte fel 1826-ban. Előállítása a báriumsójából, a bárium-hipofoszfitból történik, ami úgy készül, hogy bárium-hidroxid oldatát foszforral főzzük, míg a foszfánfejlődés megszűnik. Az oldatból a bárium-hidroxid feleslegét szén-dioxid bevezetésével eltávolítjuk, a leszűrt és besűrített oldatból a kihűléskor a bárium-hipofoszfit kikristályosodik. Vizes oldatához most annyi híg kénsavat elegyítünk, amennyi a bárium szulfáttá való átalakítására éppen elegendő, a levált bárium-szulfátról lefiltrált folyadék a hipofoszforossav oldata. Ezt az oldatot óvatosan besűrítve, majd 0 °C-ra lehűtve, a hipofoszforossav vízmentesen kikristályosodik. Színtelen kristályokból áll, amelyek 17,4 °C-on megolvadnak, erősebb hevítéskor ortofoszforsavvá és foszfánná bomlik:

2H3PO2 = H3PO4 + PH3.

A hipofoszforossav igen erős redukáló anyag, ugyanis könnyen ortofoszforsavvá alakul. Így az arany, ezüst és a higany sóiból magukat a fémeket kiválasztja. Ugyan három hidrogént tartalmaz, de csak 1 helyettesíthető fémekkel, tehát egyértékű sav. Sói a hipofoszfitok, vízben mind oldhatók és többnyire szépen kristályosodnak; az ólomsója vízben nehezen oldható, a kálium- és nátriumsója pedig igen könnyen. A bárium-hipofoszfit készítésmódját említettük: hasonlóan készülhet a kalcium- és a stronciumsója is. A hipofoszforossavsók magából a savból fém-hidroxiddal való telítéssel is előállíthatók. Gyakran a bárium-hipofoszfitból cserebomlás útján készülnek olyformán, hogy e só vizes oldatát a fém szulfátjának oldatával elegyítik és a leváló bárium-szulfátról lefiltrált oldatból a hipofoszfitot kikristályosítják.

Hipofoszforsav H4P2O6Szerkesztés

Foszfor- és foszforossav mellett képződik a foszfor nedves levegőn szobahőmérsékleten történő oxidációjakor. Az így kapott folyadékot foszfatikus savnak nevezték és régebben a foszfor külön savjának tekintették. Később kitűnt, hogy lényegében foszforsav és foszforossav elegye, míg újabb vizsgálatok kiderítették, hogy még ezeken kívül egy más savat, hipofoszforsavat is tartalmaz. A szirup sűrűségű hipofoszforsavat igen tömény nátrium-acetát oldat fölöslegével elegyítik, amidőn az aránylag nehezen oldható nátrium-hipofoszfát (NaHPO3.3H2O) kiválik és átkristályosítva megtisztítható. E nátriumsó oldatából az ólom-acetát oldhatatlan ólom-hipofoszfátot választ le, amelyet kénhidrogénnel elbontva, a hipofoszforsav vizes oldatát kapjuk. A hipofoszforsav vizes oldata erősen savanyú, színtelen és szagtalan folyadék, amely a levegőn alig oxidálódik és hígabb állapotban a forraláskor sem változik; oxidálószerek csak nehezen oxidálják. Sói a hipofoszforsavsók vagy hipofoszfátok; állandóbbak mint a foszforossav és hipofoszfitjai, erősebb hevítéskor azonban elbomlanak. Szabályos és savanyú sói előállíthatók; négyértékű sav.

Pirofoszforsav H4P2O7 és metafoszforsav HPO3Szerkesztés

Az ortofoszforsavat hevítve pirofoszforsavvá alakul, erős izzításkor azután ismét vizet veszít és metafoszforsav keletkezik. A diammónium-hidrofoszfát (H4N)2 HPO4 erősebb izzítása után szintén metafoszforsav marad vissza. Foszfor-pentoxidot vízben oldva metafoszforsav tartalmú oldatot kapunk. Tiszta állapotban előállítva színtelen üvegszerű tömeg (Acidum phosporicum glaciale); vízben könnyen oldódik, ez oldatában azonban víz felvétele folytán hidegen lassacskán, a forraláskor gyorsabban piro-, majd ortofoszforsavvá alakul. 1 értékű sav; sói a metafoszfátok. Érdekes, hogy a sóknak több sorozatát képezi, amelyek az egyszerű metafoszforsav polimerjeinek tekinthető savakból vezethetők le. Eddig a di-, tri-, tetra-, s hexametafoszfátok. A metafoszforsav sói ezüst-nitráttal fehér csapadékot adnak, amiben pirofoszforsavhoz hasonlít, továbbá abban, hogy magnéziamixturával csapadékot nem ad. Eltérően azonban a szabad metafoszforsav a fehérjét megalvasztja. Az ilyenkor képződő vegyület, mint Liebermann magyar kémikus vizsgálataiból kitűnt, a természetes nukleinnel azonos.

SóiSzerkesztés

A foszforsav háromaljú sav; ennek megfelelően sóinak 3 sorozatát ismerjük, melyek közül kettő savanyú és egy szabályos, pl.:

  • Na3PO4: trinátrium-foszfát (szabályos só)
  • Na2HPO4: dinátrium-hidrofoszfát (savanyú só)
  • NaH2PO4: nátrium-dihidrofoszfát (savanyú só)

A foszforsav sói vagy foszfátok közül a vízben oldható szabályos sók lúgos kémhatásúak; az egyszer savanyú sók gyengén lúgos kémhatásúak, a kétszer savanyúak savas kémhatásúak. Az alkálifémek foszforsavsói mind oldhatók vízben, a többi fémek foszfátjai közül csupán a kétszer savanyú sók oldhatók vízben. A foszfátokat foszforsavból és az illető fém, oxid, hidroxid vagy karbonátjával kaphatjuk; így készítik többnyire a vízben oldható foszfátokat, míg az oldhatatlanokat rendesen cserebomlás útján kapjuk, az illető fém kloridjának, szulfátjának vagy nitrátjának az oldatához nátrium-foszfátot elegyítve, amidőn a foszfát csapadék alakjában leválik. A foszforsav legfontosabb sói a nátrium, a kalcium foszfátjai, továbbá az alumínium, ezüst, ólom és vas foszfátjai stb.

FelismeréseSzerkesztés

A foszforsavat és sóit több reakció jellemzi; így az ammóniával semlegesített foszforsav vagy szabályos sóinak oldatai bárium-kloriddal fehér csapadékot adnak, amely sósavban könnyen oldódik; a csapadék bárium-foszfát. Eme oldatok ezüst-nitráttal szép sárga csapadékot adnak, amely salétromsavban is, ammóniában is könnyen oldható. A foszforsavhoz vagy sóinak oldatához magnéziakeveréket (magnézium-szulfát oldat elegye ammónium-klorid oldattal és ammónia vizes oldatával) adva, az összerázáskor fehér, kristályos csapadékot kapunk; a csapadék magnézium-ammoniumfoszfátból áll.

Igen érzékenyen reagálhatunk foszforsavra a következőképpen: molibdénsavas ammóniumoldathoz annyi salétromsavat elegyítünk, hogy a kezdetben leváló csapadék ismét feloldódjék. Most e folyadékba a foszforsavra vizsgálandó oldatból néhány cseppet adunk és a folyadékot felfőzzük; szép citromsárga csapadék foszforsav jelenléte mellett bizonyít. Pirofoszforsav H4P2O7. A foszforsavból képződik, ha azt hosszabb időn át 200 °C és 300 °C között (213 °C) hevítjük, míg kivett próbája az ammóniával való semlegesítés után ezüst-nitráttól tiszta, fehér csapadékot ad. 2 H3PO4 = H4P2O7 + H2O.

Színtelen, kristályos tömeg, mely vízben könnyen oldódik; vizes oldata hidegen elég állandó, a felmelegítéskor víz felvétele közben meglehetős gyorsan ortofoszforsavvá alakul. A pirofoszforsav 4 értékű sav, sói: pirofoszforsavsók vagy pirofoszfátok. 4 értékű sav ugyan, de csak 2 sorozat sót képez, aszerint, amint 2 vagy 4 hidrogént helyettesítünk benne fémmel.

Az alkálifémsói vízben oldhatók, a többiek oldhatatlanok. A pirofoszforsav sói és így az ammóniával telített pirofoszforsav is ezüst-nitráttól fehér csapadékot adnak. Magnéziamixturával hígabb oldatban csapadékot nem kapunk. A fehérjeoldatot nem alvasztja meg.

Foszforsavak egyszerű megkülönböztetéseSzerkesztés

A foszforsavak a legszembeötlőbben a következő reakciókban különböznek:

A szabad sav a fehérjét Az ammóniával semlegesített sav ezüst-nitráttal
Ortofoszforsav nem alvasztja meg sárga csapadékot ad
Pirofoszforsav nem alvasztja meg fehér csapadékot ad
Metafoszforsav megalvasztja fehér csapadékot ad

Élelmiszeripari felhasználásaSzerkesztés

Az élelmiszeriparban főként savanyúságot szabályozó anyagként alkalmazzák, de más célokra is adagolják az élelmiszerekhez, például különböző fémionok megkötése, antioxidáns hatása, vagy a húsokban található különféle sók permeabilitásának növelése miatt.

Sok élelmiszerben megtalálható, elsősorban kólában, húsételekben és sajtokban. Ismert mellékhatása nincs, de a napi maximum beviteli mennyisége 70 mg/testsúly kg-ban van korlátozva, mert erős kalcium-megkötő képessége miatt a szervezetből kalciumot von el. A háztartásban is használjuk: vízkő és rozsdafolt eltávolítására alkalmas sav.

JegyzetekSzerkesztés

ForrásokSzerkesztés

Külső hivatkozásokSzerkesztés

Kapcsolódó szócikkekSzerkesztés

  • Foszforsavas alumínium = alumínium-foszfát.
  • Foszforsavas ammónium magnézium = magnézium-ammóniumfoszfát.