磷酸

磷酸也称为原磷酸。它是一种弱无机酸，由矿物磷获得。原始形态可从磷酸盐岩石中获得，而纯净的磷酸则由工业上从白磷制得。纯净的磷酸呈固态结晶状态。液态时，它无色、无味、不挥发，浓度较低。此外，它还存在于各种食品和饮料中，如软饮料、乳制品、谷物棒、风味水和加工肉类。

磷酸的化学结构

磷酸的化学式或分子式为H₃PO₄。因此，它由一个磷原子、四个氧原子和三个氢原子组成。

它是一种含磷的含氧酸，由一个氧原子和三个羟基组成，这些原子通过共价键连接到磷原子上。中心的磷原子通过双键连接到氧原子，而通过单键连接到三个羟基（-OH）。因此，它可以给出最多三个 H⁺ 离子。

这三个氢原子呈酸性，可以从分子中分离出来，形成 H⁺ 离子，称为质子。当这种情况发生时，或者所有氢原子都离开分子，就会形成正磷酸根离子 (PO₄^3-)。这个离子称为磷酸根。如果移走一个质子，它会形成二氢磷酸根离子 H₂PO- ₄，同样，如果移走两个质子，它会形成一氢磷酸根离子 HPO₄^2-。

磷酸对儿童是安全的，并且不含转基因生物（GMOs）。它自1885年以来一直用于食品中。它最初用于制备后来称为可口可乐的饮料配方。

它于1770年由两位瑞典化学家独立发现，作为骨灰的一部分。四年后，舍勒发现通过将硝酸添加到磷中可以制得这种酸。

磷酸的物理性质

• 其分子量为 98.00 g/mol。
• 其熔点为 42.4 摄氏度。
• 其沸点为 158 摄氏度。
• 它高度溶于水和乙醇。
• 其密度为 1.88 g/cm³。
• 它以透明无色液体和透明结晶固体的形式存在。
• 当暴露在红热下然后冷却时，它会变成透明易碎的玻璃。

磷酸的化学性质

• 它是一种含磷的无机酸。
• 它是一种弱酸，有三个酸性和可取代的 H 原子。
• 当温度较高时，磷酸分子可以相互反应形成二聚体、三聚体，甚至长聚合链。
• 其盐是固态的，大多数在水中相对不溶，除非存在强矿物酸。

磷酸的制备

有两种不同的制备磷酸的工艺或方法，如下所述；

1. 湿法

在此方法中，它由天然存在的含磷矿物的氟磷灰石晶体岩制备。氟磷灰石与浓硫酸 H₂SO₄ 和水 H₂O 反应，生成磷酸和硫酸钙或石膏，并带有少量不溶性杂质。通过过滤和蒸发分离不需要的化学化合物和杂质。

随后通过真空蒸馏将酸浓缩至 56% 至 70% 的 P₂O₅。反应如下所示；

Ca₅ (PO₄)3Cl + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄.2H₂O + HCl

在此方法中形成的酸是不纯的酸。无需进一步纯化即可用于制造肥料。

2. 热法

这是生产磷酸的另一种方法。在此方法中，在高温下在空气氧气的存在下加热或燃烧磷。这导致形成五氧化二磷，五氧化二磷被冷凝成白色粉末状物质。然后通过单独的工艺对其进行水合以获得磷酸。

此外，在某些情况下，还会向燃烧器供应蒸汽以形成多聚磷酸的冷凝形式。然后让这种酸通过水合塔，在那里吸收气态的氧化磷，得到磷酸。

磷酸盐

它们称为磷酸盐，一些重要的磷酸盐如下所述；

1. 磷酸铵

磷酸氢二铵和磷酸二氢一铵通常用作肥料。这些磷酸盐通过将指定量的磷酸与无水氨在旋转滚筒中混合而获得。

2. 磷酸钙

它们被广泛用作肥料。它们是通过将硫酸与磷矿石反应制得的。发生的反应如下所示

Ca₃(PO₄)₂ + H₂SO₄ →Ca(H₂PO₄)2 + 2CaSO₄

这种磷酸盐是过磷酸盐，含 20% P₂O₅。当磷矿石与硫酸以外的磷酸反应时，会产生更浓缩的磷酸二氢钙形式，即含 55% P₂O₅。反应如下

Ca₃(PO4)2 + 4H₃PO₄ → 3Ca(H₂PO₂)2

三聚磷酸钙在上述反应中生产。在这种情况下，产品不与硫酸钙稀释，因此得到这种磷酸盐水平。

3. 磷酸钠

当磷酸与氢氧化钠浓溶液反应时，会形成这种类型的磷酸盐。磷酸盐以晶体固体的形式形成。一些例子是磷酸氢二钠、磷酸三钠、磷酸二氢一钠等。

磷酸的用途

磷酸提供了很多用途。它被用于多个行业、农业以及我们使用的产品中。以下是它的一些主要用途

除锈

它用于去除铁、钢等金属上的锈迹。当它应用于铁锈时，它会与铁锈反应，将红棕色的铁转化为黑色的磷酸铁，从而可以轻松去除。

食品和饮料行业

它被广泛用作食品添加剂。它调节果酱、奶酪、加工肉类等食品的酸度。此外，在饮料行业，它被用作酸化剂，赋予食品特定的风味。它还用于控制真菌和细菌的生长。

个人护理

它被广泛用于制备各种个人护理产品，如清洁产品、沐浴产品、护发产品、化妆品等。此外，它还用于控制这些产品的 pH 值。

在农业

它还用于生产肥料。此外，它还用作动物和家禽食品的调味剂。

制药

在制药行业，它被用作中间体。它还用于牙科清洁牙齿。它也存在于牙齿美白剂或漱口水中。此外，它还是抗恶心药物的成分。