Что такое ортофосфорная кислота
Что же такое ортофосфорная (фосфорная) кислота? Она относится к неорганическим веществам. При комнатной температуре она приобретает вид ромбических кристаллов. Имеет консистенцию сиропа и представляет собой 85-процентный раствор. Ее кристаллы хорошо растворимы в воде и этиловом спирте.
Это вещество относится к группе антиоксидантов (антиокислителей) и используется как регулятор кислотности. В качестве добавки ей присвоен код Е338.
Описание препарата, характеристики, вредные свойства
Химическая формула вещества – H3PO4. При нагревании вещества до температуры более 213°C оно меняет свой состав и превращается в пирофосфорную кислоту (H4P2O7).
Основным свойством этого химического компонента выступает отсутствие выраженного запаха и цвета. Она обладает хорошей растворимостью в воде и других жидкостях. Образуется она при химическом воздействии на фосфат или же во время применения гидролиза. Ее преимуществом выступает низкая себестоимость (в отличие от лимонной кислоты). В связи с этим ее часто используют в производстве напитков и продуктов питания.
Это вещество негативно влияет на здоровье, повышая кислотность желудочного сока. Людям, страдающим гастритом с повышенной кислотностью, необходимо свести к минимуму или исключить из рациона продукты, содержащие в своем составе такое вещество.
Помимо всего прочего, она способствует выведению из организма кальция, что может негативно сказаться на состоянии зубов и костей. Передозировка этого вещества может спровоцировать нарушения в работе ЖКТ, вызвать тошноту и рвоту.
Получение кислоты
Многие задаются вопросом, как получить кислоту в лабораторных условиях? Существуют различные способы получения ортофосфорной кислоты, наиболее распространенными среди которых являются следующие:
- При взаимодействии воды с оксидом фосфора (v) во время нагревания:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
- При воздействии серной кислоты на ортофосфат кальция (природную соль):
Сa3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4
- При воздействии на фосфор азотной кислоты высокой концентрации:
3P + 5HNO3+ 2H2O = 3H3PO4+ 5NO
Сфера применения
Ортофосфорную кислоту применяют в таких сферах деятельности, как нефтяная промышленность, стоматология, животноводство. Ее также используют при производстве:
- спичек;
- кинопленки;
- фосфатных удобрений;
- средств бытовой химии;
- веществ против коррозии металла;
- огнеупорных элементов и материалов.
Химические свойства
Неорганическое соединение считается трехосновным, имеющим среднюю силу. Характерны такие химические свойства ортофосфорной кислоты:
- реагирует на индикаторы изменением цвета на красный;
- при нагревании преобразуется в пирофосфорную кислоту;
- в водных растворах подвергается трехступенчатой диссоциации;
- при реакции с сильными кислотами образует фосфорилы – комплексные соли;
- образует желтый осадок, взаимодействуя с нитратом серебра;
- термически разлагается до дифосфорной кислоты;
- при контакте с основаниями, аморфными гидроксидами, образует воду и соль.
Правила работы с кислотой
Работа с ортофосфорной кислотой должна происходить в помещении с хорошей вентиляцией. Следует обязательно надеть респиратор для предотвращения попадания едких паров в дыхательные пути и очки для защиты глаз. Если нет под рукой этих защитных средств, то следует воспользоваться маской. Обязательно следует надевать перчатки и защищать открытую поверхность кожи от попадания на нее вещества, т. к. это может привести к ожогам. При попадании ее на кожные покровы следует тщательно промыть их под проточной водой, после чего обратиться за медицинской помощью.
Перевозка реагента должна осуществляться в специальном транспорте, оборудованном железными цистернами, не поддающимися ее разрушительному влиянию. Ее можно перевозить и при помощи других транспортных средств, как сухопутных, так и водных. Но при этом должны быть соблюдены все правила техники безопасности.
Хранить ее следует в месте, защищенном от прямого попадания солнечных лучей. Срок хранения при таких условиях составляет не больше 1 года.
Процесс производства
В лабораторных условиях её получают:
- Растворением оксида фосфора (V) в воде при нагревании.
- Гидролизом пятихлористого фосфора в горячей воде.
- При реакции концентрированной азотной кислоты с белым фосфором.
В промышленности используют термический и экстракционный (сернокислотный) методы. Термический способ, позволяющий достичь наибольшей чистоты продукта, включает такие стадии:
- Окисление элементного фосфора при сжигании в избытке воздуха с получением декаоксида тетрафосфора (фосфорного ангидрида).
- Гидратация и абсорбция его паров в специальных башнях.
- Конденсация полученной кислоты с улавливанием тумана из газовой фазы.
При экстракционном способе используют реакцию сернокислотного разложения природных солей с выходом до 95%. Этапы технологического процесса:
- Смесь из серной кислоты и природного фосфата, т. н. пульпа, из бункера подаётся в экстрактор — стальной футерованный чан с мешалкой.
- За 4 часа нагретая до 90 °C пульпа последовательно проходит несколько таких реакторов. В результате образуется фосфорная кислота и кристаллизуется сульфат кальция.
- Для разделения пульпа поступает на перфорированную ленту с фильтрующим полотном, и через её отверстия в вакуум-камеры собирается готовый продукт.
Использование кислоты
Применение фосфорной кислоты достаточно широкое. Стоит рассмотреть наиболее популярные методы ее использования.
В медицине
Ее применяют в стоматологии во время пломбирования зубов для протравливания эмали непосредственно перед началом процесса. Эта процедура имеет свои негативные стороны, т. к. контролировать глубину и стадию расщепления эмали невозможно, как и их полное удаление перед пломбированием. Оставшееся после такой процедуры вещество может уменьшить прочность защиты и привести к образованию кислотных остатков на эмали зуба. Эта кислота добавляется в малых дозах в зубные отбеливатели.
Удаление ржавчины с поверхности металла погружным методом и поверхностным нанесением. Преобразователь ржавчины
Преимущество удаления ржавчины ортофосфорной кислотой состоит в том, что она убирает коррозию с металла и создает тонкую пленку на них, защищая от разных внешних воздействий. После покрытия этим веществом металлической поверхности начинается активный процесс разъедания и поглощения оксида железа. Затем на плоскости металла образуется серая пленка маслянистой консистенции.
Существуют различные методы удаления окислов, среди которых можно выделить следующие:
- с полным опусканием элемента в кислотный раствор;
- поверхностная обработка с использованием распылителя, кисти или валика;
- покрытие раствором предварительно обработанного механическим способом верхнего слоя металла.
Преобразователь коррозии – это кислотный раствор с различными добавками. Существуют такие виды растворов, в зависимости от используемых в их составе добавок:
- грунтовки;
- модификаторы-стабилизаторы;
- преобразователи ржавчины.
К 1 типу относится грунтовка ЭВА-0112, состоящая из основного компонента и 85% раствора вещества. Она выступает основой под покраску.
В состав преобразователя «Цинкарь» входит кислота и соли марганца и цинка. При его применении ржавчина трансформируется в плотный защитный слой. Происходит процесс легирования.
Ортофосфорная кислота для металла
Для очистки или для пайки металлических элементов необходимо проделать следующие операции. Перед полным погружением металлического элемента в ортофосфорный состав, его вначале зачищают от разных видов налета на поверхности, в частности от жиров. Для этого следует промыть деталь с использованием чистящего средства. После этого необходимо растворить 150 мл вещества в 1 л воды и опустить в этот раствор металлический элемент на 1 час, время от времени размешивая жидкость для большей эффективности.
Затем необходимо смыть смесь раствором, который состоит из 50% воды, 2% нашатырного спирта и 48% этанола. После этого элемент нужно ополоснуть под струей водой и хорошо высушить.
Перед тем как нанести распылитель на поверхность валиком или кистью, следует предварительно зачистить поверхность от ржавчины. После нанесения следует немного подождать, а затем смыть смесь нейтрализующим раствором и высушить деталь.
Такие процедуры можно проводить с разными металлами, в т. ч. и алюминием.
Применение в сельском хозяйстве
В сельском хозяйстве используют фосфорную кислоту, добытую из руды, в качестве удобрения. При попадании в грунт, а затем в растения, она помогает им перенести засуху и морозы. При этом почва становится более плодородной и благоприятной для выращивания овощных культур и зелени.
Применение кислоты в быту и пищевой промышленности
Применение кислоты в быту подразумевает ее использование для удаления коррозии с различных поверхностей (за исключением акриловых). Он подходит для обработки эмалированных и фаянсовых поверхностей. Перед нанесением раствора ортофосфорной кислоты металлическую поверхность необходимо обработать моющим средством. Для приготовления раствора следует смешать 1 л воды и 200 г действующего вещества, а затем нанести смесь на обрабатываемую плоскость на 1-12 часов. По прошествии времени смесь необходимо погасить содовым раствором и смыть.
В пищевом производстве применяется как регулятор кислотности.
Техника безопасности при работе с кислотой
Во время работы с этим химическим элементом нужно соблюдать меры безопасности, т. к. она представляет угрозу для здоровья человека. В помещении должна быть хорошая вентиляция. Спровоцировать пожар или взрыв. Перед тем как начать работать, нужно одеть респиратор, перчатки и очки, а также спецодежду и обувь.
При попадании жидкости на слизистые оболочки и кожные покровы может возникнуть головокружение, кашель, рвота, химический ожог. В таком случае следует вызвать врача, промыть пораженный участок, сделать свободную повязку и осуществить нейтрализацию фосфорной кислоты щелочью.
Как правильно хранить и перевозить кислоту
При хранении и транспортировке кислоты следует соблюдать необходимые условия. Хранить ее разрешено только в специальных емкостях:
- стеклянных;
- полимерных сосудах;
- сосудах из нержавеющей стали.
Фосфорная кислота – агрессивное вещество, в связи с чем порошок следует содержать в изолированной таре. В кислоту не должно попадать инородных веществ. Тара для перевозки и хранения должна быть сухой и чистой.
Чтобы раствор имел нужные свойства, следует соблюдать все условия. При некачественном составе возможно выделение токсичных паров. Помимо всего прочего, такой раствор не сможет защитить поверхность металла от негативного влияния окружающих факторов.
Наиболее подходящее для хранения место – сухое и теплое. Не подойдут для этой цели сырые места, в которых образуется большое количество конденсата. Нежелательно пересыпать порошкообразное средство в другие емкости. Лучше всего хранить его в первоначальной упаковке.
Т. к. это вещество принадлежит к разряду опасных, то при его перевозке на дальние расстояния требуется заполнение сопроводительной документации.
Срок хранения фосфорной кислоты составляет 1 год с момента изготовления.
Температура замерзания 85% раствора составляет – 21°С. Температура плавления + 42°С.
