Применение ортофосфорной кислоты в быту, сельском хозяйстве и пищевой промышленности — химические свойства

• Характеристики
• Сферы применения
• Правила работы
• Применение от ржавчины
• Применение для металла

Нередко металл и изделия из него подвергаются характерной «болезни», которая проявляется в виде рыжего налета, разъедающего металл. Речь идет о ржавчине. Ее образование происходит благодаря воздействию на поверхность металлического изделия углекислого газа, кислорода и воды. Безусловно, для того чтобы продлить срок службы изделия из металла необходимо как можно скорее начать борьбу с коррозией. Помочь в этом может обработка ортофосфорной кислотой.

Свойства фосфорной кислоты

Физические свойства

Фосфорная кислота самая устойчивая при комнатной температуре фосфорных кислот. Кроме ортофосфорной кислоты H3PO4 существует метафосфорная кислота HPO3, пирофосфорная H4P2O7, трифосфорная H3P3O9 и тетрафосфорная H4P4O12. Последние три намного сильнее ортофосфорной кислоты (K1 = 7 ⋅ \cdot ⋅ 10-3).

Химические свойства

В водных растворах фосфорная кислота диссоциирует на ионы:

H3PO4 ⇄ \rightleftarrows ⇄ H+ + H2PO4-, ⇄ \rightleftarrows ⇄ 2H+ + HPO42- ⇄ \rightleftarrows ⇄ 3H+ + PO43-.

Константы диссоциации

K1 = 7,1·10-3,

K2 = 6,2·10-8,

K3 = 5,0·10-13.

При комнатной температуре фосфорная кислота реагирует лишь с активными металлами, оксидами и гидроксидами:

6Li + 2H3PO4 = 2Li3PO4 + 3H2↑,

3CaO + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3H2O,

3KOH + H3PO4 = K3PO4 + 3H2O.

При нагревании она более активна:

3Zn + 2H3PO4 = 2Zn3(PO4)2 ↓+ 3H2↑,

Fe2O3 +2H3PO4 = 2FePO4↓+ 3H2O.

Фосфорная кислота разлагается при нагревании:

4H3PO4 = 2H4P2O7 + 2H2O.

Фосфорная кислота вступает в реакцию с хлорной кислотой, образуя соли фосфорила:

H3PO4 + HClO4= P(OH)4ClO4.

Поэтому можно считать фосфорную кислоту амфотерным гидроксидом фосфора (V) с преобладанием кислотных свойств.

Применение

Кислота ортофосфорная применяется во многих областях, начиная от промышленности до лечения зубов. Средство используется умельцами как флюс при пайке, для очистки поверхности металла от ржавчины. Жидкость применяется:

• для научных исследований в молекулярной биологии;
• как катализатор процессов органического синтеза;
• для создания антикоррозионных покрытий металлов;
• при производстве огнеупорных пропиток для дерева.

Вещество находит применение:

• в нефтяной промышленности;
• при изготовлении спичек;
• для производства кинопленки;
• с целью защиты от коррозии;
• для осветления сахарозы;
• при изготовлении лекарств;
• в холодильных установках как связующее вещество в составе фреона;
• при механической обработке для полировки, очистки металлов;
• в текстильной отрасли при производстве тканей, имеющих огнезащитную пропитку;
• как компонент при получении химических реактивов;
• в ветеринарии для лечения мочекаменной болезни у норок;
• как составляющая для грунтовки по металлу.

В пищевой промышленности

Широкое распространение получило применение фосфорной кислоты при изготовлении продуктов питания. Она зарегистрирована в реестре пищевых добавок под кодом Е338. При употреблении с допустимыми количествами вещество считается безопасным. Полезными являются такие свойства препарата:

• предотвращение прогоркания;
• регулирование кислотности;
• продление срока годности;
• сохранение вкусовых характеристик;
• усиление действия антиоксидантов.

Кислота ортофосфорная как подкислитель, разрыхлитель, антиоксидант находит применение в хлебопечении, мясной, молочной промышленности. Используется при производстве кондитерских изделий, сахара. Вещество придает продуктам кисловатый, горьковатый вкус. Добавка Е338 входит в состав:

• плавленых сыров;
• сдобы;
• газированных напитков – «Пепси-кола», «Спрайт»;
• колбас;
• булок;
• молока;
• детского питания;
• мармелада;
• тортов.

Исследования показали, что злоупотребление продуктами, содержащими ортофосфорные соединения, особенно газированными напитками, может привести к появлению проблем со здоровьем. Не исключено:

• вымывание из организма кальция, что может спровоцировать образование остеопороза;
• нарушение кислотно-щелочного баланса – добавка способна увеличивать его кислотность;
• появление заболеваний ЖКТ;
• обострение гастрита;
• разрушение эмали зубов;
• развитие кариеса;
• появление рвоты.

В непищевой промышленности

Применение ортофосфорной кислоты можно наблюдать во многих сферах производства. Часто это связано с химическими свойствами продукта. Препарат применяется для изготовления:

• комбинированных, фосфорных минеральных удобрений;
• активированного угля;
• фосфорных солей натрия, аммония, марганца;
• огнезащитных красок;
• стекла, керамики;
• синтетических моющих средств;
• огнеупорных связующих компонентов;
• негорючего фосфатного пенопласта;
• гидрожидкостей для авиационной промышленности.

• Причины отдышки у человека. Отдышка — причины появления и лечение
• Противогрибковые препараты для ног
• Катетер Фолея медицинский

В медицине

Стоматологи применяют ортофосфорный состав для обработки внутренней поверхности коронки. Это помогает во время протезирования улучшить ее сцепление с зубом. Вещество используется фармацевтами для приготовления лекарств, зубного цемента. В медицине применение ортофосфорного соединения связано со способностью протравливать эмаль зуба. Это необходимо при случае использования для пломбирования адгезивных материалов второго, третьего поколения. Важные моменты – после травления поверхность необходимо:

• промыть;
• просушить.

Получение

Лабораторные способы получения

Фосфорную кислоту в лабораторных условиях получают из оксида фосфора (V):

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.

Реакция протекает бурно, поэтому ее лучше получать таким способом в промышленности.

Можно получить фосфорную кислоту из фосфатов действием соляной или серной кислоты:

Na3PO4 + 3HCI = 3NaCI + H3PO4.

Наконец, можно подвергнуть гидролизу хлорид фосфора (V):

2PCl5+ 8H2O = 2H3PO4 + 10HCl.

Получение в промышленности

В промышленности наиболее чистую фосфорную кислоту получают термическим способом, для чего фосфор сжигают:

4P +5O2 = 2P2O5.

Фосфорный ангидрид взаимодействует с водой слишком бурно, поэтому фосфорный ангидрид смешивают с нагретой до 200°С фосфорной кислотой в концентрации 50-60%. Полученную кислоту разводят и частично запускают вновь в процесс.

Есть экстракционный метод получения фосфорной кислоты непосредственно из руд, например, из апатита:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + n H3PO4 + 3H2O = (n+3) H3PO4+ 5CaSO4·H2O + HF.

История открытия

Открытие фосфорной кислоты произошло в XVII веке сразу в нескольких независимых лабораториях.

Первые упоминания об открытии фосфора относятся к немецкому ученому Хенингу Брандту. Разорившийся предприниматель, увлекшись алхимическими опытами в поисках «философского камня», подверг тщательном у изучению продукты человеческой жизнедеятельности. Выпарив мочу, и нагрев оставшийся осадок, Брандт получил белое вещество. Дальнейшие опыты с этим веществом заключающиеся в нагревании без доступа кислорода, помогли выделить легкоплавкое вещество с неприятным запахами и парами, светящимися в темноте. Первое название этого вещества имело очень мистический характер. «Холодный огонь», ­ — именно так назвал свое открытие Хенинг Бранд.

В лаборатории англо-ирландского химика Роберта Бойля известного в научных кругах тем, что предпочитал опыт, а не домыслы в 1680 году фосфор был выделен при помощи опытов с индикаторами. Бойль (с подсказки Крафта) проведя ряд экспериментов с жидкостями, кровью, мочой, волосами и костями, поставил производство фосфора на коммерческую основу.

Производство фосфора в XVII веке имело очень успешный коммерческий характер, из-за связи с алхимическими поисками, но в XVIII веке в связи с обнаружением еще одного способа получения (ученым Маргграфам Андреасам Зигизмундом) и его всесторонним раскрытием, перестало иметь коммерческую привлекательность.

Средства для удаления коррозии с металла

Коррозийные процессы, поражающие металл, ухудшают его характеристики, а при непринятии никаких мер – способствуют разрушению. Справиться с проблемой в домашних условиях можно применением различных кислот.

Лимонная

Использование лимонной кислоты для устранения коррозии может помочь при незначительном поражении металла.

Применение:

1. Лимонную кислоту растворить в воде в пропорции 1:1.
2. Нанести на участок с коррозией. Можно пропитать жидкостью ветошь и приложить к поврежденному металлу.
3. Выдержать несколько часов, следя за тем, чтобы поверхность металла оставалась увлажненной.
4. Счистить отслоившуюся ржавчину щеткой или скребком.
5. Промыть участок металла, подвергавшийся воздействию кислоты, водой.

Лучший результат устранения ржавчины может быть достигнут при смешивании ее в равных пропорциях с уксусом. Подробнее о применении лимонной кислоты против ржавчины можно узнать здесь.

Серная

Серная кислота поможет решить проблему с коррозией быстро и эффективно. Для использования готовится водный раствор. Его плотность должна быть не более 1,15 г/см³, так как более высокая концентрация способна повредить металл.

Специалисты советуют сочетать кислоту с ингибитором. В раствор должны входить серная кислота (5%), 1 л воды и уротропин (500 мг).

Порядок воздействия включает окунание металла в раствор на полчаса. Если предмет большой, то применяется поверхностная обработка кистью. По окончанию воздействия металл рекомендуется обработать слабым раствором нашатыря для нейтрализации.

Ортофосфорная

Ортофосфорная кислота – один из часто используемых компонентов готовых средств устранения ржавчины и преобразователей. Применять ее можно в форме раствора.

Порядок работ:

• зачистить поверхность металла, механически счистив верхний слой ржавчины;
• подготовить раствор кислоты концентрацией 15-20%;
• обработать поверхность.

В результате применения на поверхности металла образуется пленка, которая способна защитить поверхность от дальнейшей коррозии. И она может служить грунтом перед покраской. Подробнее о применении ортофосфорной кислоты в борьбе против ржавчины можно узнать тут.

Щавелевая

Применение щавелевой кислоты требует обязательного использования респиратора, очков.

Алгоритм действий:

1. Участок металла, который требует очистки от ржавчины, необходимо промыть мыльным раствором или средством для мытья посуды.
2. Смыть водой.
3. Вытереть насухо.
4. В отдельную емкость налить 0,3 литра воды.
5. Добавить к воде 6 ч. л. кислоты.
6. Погрузить в емкость предмет.
7. Выдержать полчаса.
8. Счистить налет.
9. Промыть предмет горячей водой.
10. Вытереть салфеткой.

Если предмет нельзя очистить погружением в емкость, поврежденный участок следует увлажнить приготовленным раствором и оставить на 30-40 минут. После этого счистить налет, а металл промыть.

Уксусная

Столовый уксус может быть использован для устранения ржавчины за счет входящей в его состав уксусной кислоты.

Порядок проведения работ методом погружения:

• подготовить емкость, в которую металлический ржавый предмет может быть погружен целиком;
• заполнить емкость уксусом;
• поместить в раствор металлическое изделие;
• выдержать несколько часов (не менее 2-х);
• достать предмет;
• применяя металлическую щетку, счистить ржавчину;
• промыть предмет.

Если предметы очень маленькие, возможно после выдерживания изделий в уксусе, воспользоваться алюминиевой фольгой для снятия налета.

Предложенный способ удобен для обработки металлических предметов небольшого размера:

• монеты;
• болты;
• гайки;
• ключи и т.д.

Если необходимо обработать металлическое изделие большого размера (например, лопату, арматуру и т.д.), то придется воспользоваться таким способом:

1. Обильно смочить в уксусе ветошь.
2. Покрыть пропитанной в уксусе тряпкой пострадавший от коррозии участок.
3. Выдержать несколько часов (не менее 2-х), периодически увлажняя ветошь уксусом.
4. Счистить ржавчину.
5. Смыть с поверхности металла остатки уксуса.

Полезная информация о способе удаления ржавчины при помощи уксуса найдется в этой статье.

Применение от ржавчины

Преобразователь ржавчины на основе ортофосфорной кислоты создает на поверхности защитный слой, оберегающий от коррозии при дальнейшем использовании. Особенность применения соединения – безопасность для металла при нанесении. Существует несколько способов выполнить удаление ржавчины ортофосфорной кислотой, зависящих от размера повреждения:

• травление с погружением в ванну, иную емкость;
• многократное нанесение на металл состава пульверизатором, валиком;
• покрытие поверхности предварительно обработанной механической очисткой.

Ортофосфорное соединение производит преобразование ржавчины в фосфаты железа. Состав можно использовать для промывки и очистки:

• изделий металлопроката;
• скважин;
• поверхностей трубопроводов;
• парогенераторов;
• систем водоснабжения, отопления;
• змеевиков;
• бойлеров;
• водонагревателей;
• теплообменников;
• котлов;
• деталей машин и механизмов.

Советы специалистов

Очищать участки ржавчины нужно очень аккуратно, чтобы не появилось дыр, и метал не слишком истончился. Не рекомендуется во время работ использовать диски с очень крупными абразивными частицами, так как вместо того, чтобы удалять ржавчину, они могут нанести больше вреда, чем пользы.

Перед началом всех ремонтных работ по удалению ржавчины необходимо помнить о том, что это средство очень мощное и сильное. Ведь оно может удалить не только саму ржавчину, но и декоративное покрытие: хром, цинк. Поэтому обрабатывать детали автомобиля необходимо очень внимательно и аккуратно, чтобы не пришлось в дальнейшем тратиться на новые запчасти.

Если все работы по удалению ржавчины с помощью ортофосфорной кислоты были проведены по всем нормативам, то полученная поверхность будет отличаться прочностью и надежностью. И хотя применение преобразователей считается самым востребованным методом при кузовных работах, не стоит забывать и о других известных мастерам вариантах.

На очищенную от толстого слоя ржавчины поверхность наносят немного преобразователя и оставляют на пару минут или часов, в зависимости от концентрации раствора, а затем приступают к дальнейшим ремонтным работам.

Предыдущая МатериалыПрименение виниловой пленки под камуфляж для автомобиля Следующая МатериалыЛучший антикор для автомобиля на сегодняшний день: рейтинг средств для обработки кузова от коррозии

Экология и безопасность

Экстракционным способом, наименее энергозатратным, получается до 95% общего количества кислоты, а оставшиеся 5% приходятся на термический метод. Главный производитель и потребитель экстракционной H3PO4 — США (порядка 90% мировых объёмов), далее в этом списке — Россия и Марокко. Отвалы загрязнённого сульфата кальция, образующиеся при экстракционном способе, нуждаются в утилизации.

Сегодня они сваливаются на суше, затапливаются в водоёмах и лишь незначительная часть используется в качестве сырья для переработки. Сокращение производства в 80-х годах прошлого века было вызвано отказом от фосфорсодержащих растворителей и минеральных удобрений, загрязняющих грунтовые воды.

Ортофосфорная кислота не имеет специфического влияния, обладает слабой системной токсичностью и по степени воздействия на организм человека относится ко второму классу опасности по ГОСТ 12 .1.005. При увеличении концентрации её пары вызывают изменения слизистых оболочек и крошение зубов, а также кожные воспаления.

Контакт имеет раздражающее действие при концентрации растворов до 10%, а свыше 25% — коррозионное и ожоговое.

Работа с препаратом требует применения индивидуальные средства защиты (респиратора, резиновых перчаток, специальных очков) и соблюдения личных правил гигиены. Проглатывание больших количеств вызывает тошноту, диарею и рвоту. Для ликвидации последствий кожные покровы и глаза промывают тёплой водой или физраствором и внутривенно восполняют потери жидкости.

Структура

Соединение H3PO4 имеет в общей сложности 32 валентных электрона. Поскольку фосфор является наименее электроотрицательным, он помещается в центре. Атомы водорода присоединяются к внешней стороне атомов кислорода, образуя он-Группы.

В этой структуре каждый атом имеет полную внешнюю оболочку: атомы фосфора и кислорода имеют восемь валентных электронов, а атомы водорода имеют вокруг себя два валентных электрона.

Фосфор может иметь расширенный октет (более восьми валентных электронов), поэтому он получает формальный заряд +1, в то время как кислород (тот, который не присоединен к атому водорода) получает формальный заряд -1. Образуя двойную связь, фосфор и кислород теряют свои заряды.

В структуре все еще есть 32 валентных электрона, и каждый атом имеет формальный заряд, равный нулю. Таким образом, это наиболее вероятная или вероятная структура Льюиса для H3PO4.

Соединение содержит 3 одинарные связи ОН, 3 одинарные связи PO и 1 двойную связь P = O. Каждая одинарная связь является сигма-связью, а двойная связь состоит из сигма-связи и пи-связи.

Фосфорная кислота: шарообразная модель и размеры структурной формулы

Молекулярная геометрия PO (OH)3 является тетраэдрической, а кристаллическая структура-моноклинной. А поскольку распределение зарядов на центральных атомах асимметрично, то молекула считается полярной.

Последние в области нанотехнологий, включая методы поглощения рентгеновских лучей вблизи краев и методы рассеяния рентгеновских лучей под большим углом, позволили ученым точно определить структуру фосфорной кислоты. Расстояние связи P=O в структуре близко к 152 пикометрам, и расстояния P=O-O были уточнены до 309 пикометров, с углом связи близким к тетраэдрическому.

Содержание

• 1 Физические свойства
• 2 Химические свойства
• 3 Получение 3.1 Термический способ
• 3.2 Экстракционный способ
• 3.3 Концентрирование и очистка
• 3.4 Экономические и экологические аспекты

Цена

Кислоту ортофосфорную можно приобрести в аптеках, хозяйственных магазинах, заказать через интернет-сайты. Для промышленных целей приобретают оптом со скидками. Средняя стоимость для Москвы в рублях составляет:

Как работает

Процесс простой. Покупается преобразователь, обычно он идет в баллончиках с распрыскивателем. Далее распыляется на место очага, затем нам желательно оставить это место примерно на полчаса – час.

Средство не убирает ржавчину совсем, если можно грубо выразиться, оно ее замораживает и не дает ей расползаться дальше. На пораженной поверхности образуется железо-фосфатная пленка, которая и является защитным элементом. Срок работы примерно от года до двух, затем процедуру желательно повторить.

Хочется отметить из личного опыта, мой дядька водитель маршрутного такси, обрабатывает свою маршрутку практически каждый сезон перед зимой. И знаете, действительно меньше гниет, если сравнивать с необработанными соседними автомобилями по маршруту.

Но нам интересно, а можно ли произвести своими руками, какой примерный состав. Скажу сразу, есть два состава, тот который применяется на производствах, и тот который делается в домашних условиях.

Правила транспортировки

Существуют специальные ГОСТы, оговаривающие правила перевозки кислоты ортофосфорной, которая относится к опасным грузам. Вещество может доставляться любым видом транспорта. Химически активная жидкость перевозится в плотно закрытых:

• стальных автоцистернах;
• бутылях из полиэтилена, стекла;
• пластиковых кубах;
• бочках;
• канистрах;
• гуммированных железнодорожных цистернах.