กรดฟอสฟอริก

ชื่อ
ชื่อ IUPAC กรดฟอสฟอริก
ชื่ออื่นๆ กรดออร์โธฟอสฟอริก, ไฮโดรเจนฟอสเฟต
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	7664-38-2 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
ชอีบี	เชบี:26078 วาย
เคมีเอ็มบีแอล	เคมีเอ็มบีแอล1187 วาย
เคมสไปเดอร์	979 วาย
ดรักแบงค์	DB09394
บัตรข้อมูล ECHA	100.028.758
หมายเลข EC	231-633-2
หมายเลข E	E338 (สารต้านอนุมูลอิสระ, ...)
อ้างอิง Gmelin	2000
เคกก์	D05467 วาย
PubChem CID	1004
หมายเลข RTECS	ทีบี6300000
มหาวิทยาลัย	E4GA8884NN วาย
หมายเลข UN	1805
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	อิอิอิอิอิอิอิอิอิ DTXSID5024263 อิอิอิอิอิอิอิอิ
อินชิ นิ้วChI=1S/H3O4P/c1-5(2,3)4/ชม.(H3,1,2,3,4) วาย คีย์: NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N วาย นิ้วChI=1/H3O4P/c1-5(2,3)4/ชม.(H3,1,2,3,4) รหัส: NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYAI
รอยยิ้ม OP(=O)(O)O
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	H PO
มวลโมลาร์	97.994  กรัม·โมล−1
รูปร่าง	ของแข็งไม่มีสี
กลิ่น	ไม่มีกลิ่น
ความหนาแน่น	1.6845 กรัม/ซม³ (25 °C, 85%), [ 1 ] 1.834 กรัม/ซม³ (ของแข็ง) [ 2 ]
จุดหลอมเหลว	42.35 °C (108.23 °F; 315.50 K) ปราศจากน้ำ[ 12 ] 29.32 °C (84.78 °F; 302.47 K) เฮมิไฮเดรต[ 13 ]
จุดเดือด	100 °C (212 °F) [ 3 ] (มีเพียงน้ำเท่านั้นที่ระเหย) [ 4 ]
ความสามารถในการละลายในน้ำ	392.2 กรัม/(100 กรัม) (−16.3 °C) 369.4  กรัม/(100 มิลลิลิตร) (0.5 °C) 446 กรัม/(100 มล.) (15 °C) [ 5 ] 548  กรัม/(100 มล.) (20 °C) [ 6 ]
ความสามารถในการละลาย	ละลายได้ในเอทานอล
บันทึกP	−2.15 [ 7 ]
ความดันไอ	0.03  มม.ปรอท (20  °C) [ 8 ]
ฐานคู่ควบ	ไดไฮโดรเจนฟอสเฟต
ความไวต่อสนามแม่เหล็ก (χ)	−43.8·10 −6  cm 3 /mol [ 10 ]
ดัชนีหักเห ( n )	1.3420 (8.8% w/w aq. soln. ) [ 11 ] 1.4320 (สารละลายในน้ำ 85%) 25 °C
ความหนืด	2.4–9.4 cP (85% ละลายน้ำ ) 147 cP (100%)
โครงสร้าง
โครงสร้างผลึก	โมโนคลินิก
รูปร่างโมเลกุล	ทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า
เทอร์โมเคมี[ 14 ]
ความจุความร้อน( C )	145.0 จูล/(โมล⋅เคลวิน)
เอนโทรปีโมลาร์มาตรฐาน( S ⦵ )	150.8 จูล/(โมล⋅เคลวิน)
เอนทาลปีมาตรฐานของการเกิด(Δ H ⦵ )	−1271.7 กิโลจูล/โมล
พลังงานอิสระของกิบส์(Δ G ⦵ )	−1123.6 กิโลจูล/โมล
อันตราย
การติดฉลากGHS :
ภาพสัญลักษณ์	[ 15 ]
คำสัญญาณ	อันตราย
คำเตือนเกี่ยวกับอันตราย	H290 , H314 [ 15 ]
คำเตือน	P280 , P305+P351+P338 , P310 [ 15 ]
มาตรฐาน NFPA 704 (สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ)	3 0 0
จุดวาบไฟ	ไม่ติดไฟ
ปริมาณหรือความเข้มข้นที่ทำให้เสียชีวิต (LD, LC):
LD ( ขนาดยาเฉลี่ย )	1530 มก./กก. (หนู, ทางปาก) [ 16 ]
NIOSH (ขีดจำกัดการสัมผัสต่อสุขภาพในสหรัฐอเมริกา):
PEL (อนุญาต)	TWA 1 มก./ ตร.ม. [ 8 ]
REL (แนะนำ)	TWA 1 มก./ตร.ม. ST 3 มก./ ตร.ม. [ 8 ]
IDLH (อันตรายทันที)	1000 มก./ม. 3 [ 8 ]
เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS)	ไอเอสซี 1008
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
กรดออกโซฟอสฟอรัส ที่เกี่ยวข้อง	กรดไฮโปฟอสฟอรัส กรดฟอสฟอรัส กรดไพโรฟอสฟอริก กรดไตรฟอสฟอริก กรดเพอร์ออกโซโมโนฟอสฟอริก กรดเพอร์ออกโซไดฟอสฟอริก
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) เอ็น ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

กรดฟอสฟอริก( กรดออร์โธฟอ สฟอริก, กรดโมโนฟอสฟอริก หรือกรดฟอสฟอริก(V)) เป็นอนินทรีย์ที่มีฟอสฟอรัส เป็นองค์ประกอบ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และมีสูตรเคมีH₃PO₄โดยทั่วไปมักพบในรูปสารละลายในน้ำ 85 ซึ่งเป็นของเหลวข้นเหนียว ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และไม่ระเหยเป็นสารเคมีอุตสาหกรรมที่สำคัญ โดยเป็นส่วนประกอบของปุ๋ยหลายชนิด

สารประกอบนี้เป็นกรด การกำจัด ไอออนH ⁺ทั้งสามตัว จะให้ ไอออนฟอสเฟตPO43-3−4การกำจัดโปรตอนหนึ่งหรือสองตัวจะให้ไอออนไฮโดรเจนฟอสเฟตH₂PO₄⁻−4และไอออนไฮโดรเจนฟอสเฟตHPO₄²⁻2−4ตามลำดับ กรดฟอสฟอริกก่อตัวเป็นเอสเทอร์ที่เรียกว่าออร์กาโนฟอสเฟต^{[ 17 ]}

ชื่อ "กรดออร์โธฟอสฟอริก" สามารถใช้เพื่อแยกแยะกรดชนิดนี้ออกจาก " กรดฟอสฟอริก " อื่นๆ เช่นกรดไพโรฟอสฟอริกได้อย่างไรก็ตาม คำว่า "กรดฟอสฟอริก" มักหมายถึงสารประกอบชนิดนี้โดยเฉพาะ และนั่นคือหลักการตั้งชื่อของ IUPAC ใน ปัจจุบัน

กรดฟอสฟอริกผลิตในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้วิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธี คือ วิธีเปียกและวิธีแห้ง^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

ในกระบวนการเปียก แร่ธาตุที่มีฟอสเฟต เช่น แคลเซียมไฮดรอกซีอะพาไทต์หรือฟลูอออะพาไทต์จะได้รับการบำบัดด้วยกรดซัลฟิวริก^{[ 21 ]}

Ca (PO ) OH + 5 H SO → 3 H PO + 5 CaSO + H O

Ca (PO ) F + 5 H SO → 3 H PO + 5 CaSO + HF

ผลิตภัณฑ์พลอยได้ ได้แก่แคลเซียมซัลเฟต ( CaSO₄ ) และไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) ก๊าซ HF สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยการปล่อยเข้าไปใน เครื่องดักจับแบบเปียก ( น้ำ)เพื่อผลิตกรดไฮโดรฟลูออริก CaSO₄ ที่รู้จักกันดีในชื่อยิปซัม ซึ่งนิยมใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง อย่างไรก็ตามCaSO₄ ที่ได้จากการผลิตกรดฟ สฟอริกอาจมีธาตุกัมมันตรังสีในปริมาณเล็กน้อย เช่นเรเดียมทำให้ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ และจึงเรียกว่าฟอสโฟยิปซัมเพื่อแยกแยะความแตกต่าง โดยทั่วไปจะเก็บรักษาไว้ได้นานโดยไม่มีกำหนด

ในทั้งสองกรณี สารละลายกรดฟอสฟอริกมักมี P₂O₅ อยู่ 23–33% H₃PO₄ 32–46 ) สามารถเข้มข้นเพื่อผลิต ฟ อสฟอริกเกรดเชิงพาณิชย์หรือเกรดสำหรับผู้ค้า ซึ่งมี P₂O₅ ประมาณ 54–62% (H₃PO₄ )การกำจัดน้ำเพิ่มเติมจะได้ซูเปอร์ฟอสฟอริกมีความเข้มข้นของ P₂O₅ มากกว่า 70% (เทียบเท่ากับ H₃PO₄ เกือบ % )กรดฟ สฟอริกจากทั้ง สอง กระบวนการสามารถทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติม โดยการกำจัดสารประกอบของสารหนูและสิ่งเจือปนที่เป็นพิษอื่นๆ

ในการผลิตกรดฟอสฟอริกเกรดอาหาร แร่ฟอสเฟตจะถูกรีดิวซ์ด้วยโค้กในเตาหลอมไฟฟ้า ก่อน เพื่อให้ได้ฟอสฟอรัส ธาตุ กระบวนการนี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อกระบวนการความร้อนหรือกระบวนการเตาหลอมไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีการเติมซิลิกา ทำให้เกิด ตะกรัน แคลเซียมซิลิเกต ฟอสฟอรัส ธาตุจะถูกกลั่นออกจากเตาหลอมและเผาไหม้ด้วยอากาศเพื่อผลิต ฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งจะถูกละลายในน้ำเพื่อทำกรดฟอสฟอริก^{[ 22 ]}กระบวนการความร้อนจะผลิตกรดฟอสฟอริกที่มีความเข้มข้นของP O สูงมาก (ประมาณ 85%) และมีสิ่งเจือปนในระดับต่ำ

อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีราคาแพงกว่าและใช้พลังงานมากกว่ากระบวนการเปียก ซึ่งผลิตกรดฟอสฟอริกที่มีความเข้มข้นของ P2O5 ต่ำกว่าประมาณ % ) และมีสิ่งเจือปนในระดับที่สูงกว่า กระบวนการเปียกเป็นวิธีการผลิตกรดฟอสฟอริกที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับการทำปุ๋ย^{[ 23 ]}แม้แต่ในประเทศจีน ซึ่งกระบวนการความร้อนยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากถ่านหินมีราคาค่อนข้างถูกเมื่อเทียบกับกรดซัลฟิวริก กรดฟอสฟอริกกว่า 7/8 ก็ผลิตด้วยกระบวนการเปียก^{[ 24 ]}

กรดฟอสฟอริกที่ผลิตจากหินฟอสเฟตหรือกระบวนการทางความร้อนมักต้องได้รับการทำให้บริสุทธิ์ วิธีการทำให้บริสุทธิ์ที่ใช้กันทั่วไปคือการสกัดของเหลว-ของเหลวซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกกรดฟอสฟอริกออกจากน้ำและสิ่งเจือปนอื่นๆ โดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ เช่นไตรบิวทิลฟอสเฟต (TBP) เมทิลไอโซบิวทิลคีโตน (MIBK) หรือn-ออกทานอลการ กรอง ระดับนาโนเกี่ยวข้องกับการใช้เมมเบรนกรองระดับนาโนที่ดัดแปลงไว้ล่วงหน้า ซึ่งได้รับการปรับแต่งโดยการสะสมของพอลิเมอร์โพลีแคทไอออนิกที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงของโพลีเอทิลีนอิมิน การกรองระดับนาโนแสดงให้เห็นว่าสามารถลดความเข้มข้นของสิ่งเจือปนต่างๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ รวมถึงแคดเมียม อะลูมิเนียม เหล็กและธาตุหายากผลลัพธ์ในห้องปฏิบัติการและระดับนำร่องอุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้ช่วยให้สามารถผลิตกรดฟอสฟอริกเกรดอาหารได้^{[ 25 ]}

การตกผลึกแบบเศษส่วนสามารถให้ความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้นซึ่งมักใช้สำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์ โดยปกติจะใช้เครื่องตกผลึกแบบคงที่ เครื่องตกผลึกแบบคงที่ใช้แผ่นแนวตั้งซึ่งแขวนอยู่ในสารป้อนที่หลอมเหลวและถูกทำให้เย็นและร้อนสลับกันโดยตัวกลางถ่ายเทความร้อน กระบวนการเริ่มต้นด้วยการทำให้ตัวกลางถ่ายเทความร้อนเย็นลงอย่างช้าๆ ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของสารหลอมเหลวที่หยุดนิ่ง การเย็นตัวนี้ทำให้เกิดชั้นของผลึกขึ้นบนแผ่น สิ่งเจือปนจะถูกขับออกจากผลึกที่กำลังเติบโตและเข้มข้นอยู่ในสารหลอมเหลวที่เหลืออยู่ หลังจากที่ได้เศษส่วนที่ต้องการแล้ว สารหลอมเหลวที่เหลืออยู่จะถูกระบายออกจากเครื่องตกผลึก ชั้นผลึกที่บริสุทธิ์กว่าจะยังคงเกาะติดอยู่กับแผ่น ในขั้นตอนต่อไป แผ่นจะถูกทำให้ร้อนอีกครั้งเพื่อทำให้ผลึกกลายเป็นของเหลวและกรดฟอสฟอริกที่บริสุทธิ์จะถูกระบายลงในภาชนะบรรจุผลิตภัณฑ์ เครื่องตกผลึกจะถูกเติมด้วยสารป้อนอีกครั้งและเริ่มรอบการทำความเย็นครั้งต่อไป^{[ 26 ]}

ในสารละลายในน้ำ กรดฟอสฟอริกมีพฤติกรรมเหมือนกรดไตรโปรติก

H₃PO₄ H₂PO​​−4+ H ⁺ , p K = 2.14

เอชพีโอ−4⇌ HPO2−4+ H ⁺ , p K = 7.20

เอชพีโอ2−4⇌ PO3−4+ H ⁺ , p K = 12.37

ความแตกต่างระหว่างค่า pKaที่ ต่อเนื่องกันนั้น มีขนาดใหญ่พอสมควร ดังนั้นเกลือของโมโนไฮโดรเจนฟอสเฟตหรือHPO จึง 2−4ไฮโดรเจนฟอสเฟต, H₂PO₄−4สามารถเตรียมได้จากสารละลายกรดฟอสฟอริกโดยปรับค่า pHให้อยู่กึ่งกลางระหว่างpKaที่ เกี่ยวข้อง

H₃PO₄สูงถึง 62.5% ถือเป็นยูเทคติกโดยมีจุดเยือกแข็งลดลงต่ำถึง −85 °C เมื่อความเข้มข้นของกรดสูงกว่า 62.5% จุดเยือกแข็งจะเพิ่มขึ้น โดยสูงถึง 21 °C ที่ H₃PO₄ 85% ( w /w; ไฮเดรต ) เกินกว่านี้แผนภาพเฟส จะซับซ้อนขึ้น โดยมีจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดเฉพาะที่ที่สำคัญ ด้วยเหตุนี้ กรดฟอ ส ฟอริกจึงไม่ค่อยถูกจำหน่ายที่ เข้มข้นสูงกว่า 85% เพราะเกินกว่านี้ การเพิ่มหรือลดความชื้นเพียงเล็กน้อยอาจทำให้มวลทั้งหมดแข็งตัว ซึ่งจะเป็นปัญหาใหญ่ในระดับใหญ่ มีจุดสูงสุดเฉพาะที่ 91.6% ซึ่งสอดคล้องกับเฮมิไฮเดรต • H₂O มีจุดเยือกแข็งที่ 29.32 °C ^{[ 27 ] [ 28ของ}ยูเทคติกครั้งที่สองที่เล็กกว่าที่ความเข้มข้น 94.75% โดยมีจุดเยือกแข็งที่ 23.5 °C ที่ความเข้มข้นสูงขึ้น จุดเยือกแข็งจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว กรดฟอสฟอริกเข้มข้นมีแนวโน้มที่จะเย็นตัวลงก่อนที่จะเกิดการตกผลึก และอาจทนต่อการตกผลึกได้ค่อนข้างดีแม้ว่าจะเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งก็ตาม^{[ 13 ]}

กรดฟอสฟอริกมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในรูปสารละลายในน้ำที่มีความเข้มข้นต่างๆ กัน โดยปกติจะไม่เกิน 85% หากมีความเข้มข้นสูงกว่านี้ จะเกิดการควบแน่นเองอย่างช้าๆ จนเกิดสมดุลกับกรดไพโรฟอสฟอริก

2 H PO ⇌ H O + H P O

แม้ที่ความเข้มข้น 90% ปริมาณกรดไพโรฟอสฟอริกที่มีอยู่ก็แทบจะไม่มีเลย แต่เมื่อเกิน 95% ปริมาณกรดไพโรฟอสฟอริกจะเริ่มเพิ่มขึ้น โดยจะอยู่ที่ 15% ซึ่งปกติแล้วจะเป็นกรดออร์โธฟอสฟอริก 100% ^{[ 29 ]}

เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น จะเกิด กรดที่มีโมเลกุลใหญ่ขึ้นจนกระทั่งเกิดเป็นกรดโพลีฟอสฟอริก [ ^{30 ] ไม่}สามารถกำจัดน้ำออกจากกรดฟอสฟอริกจนกลายเป็นฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ได้อย่างสมบูรณ์ แต่กรดโพลีฟอสฟอริกจะกลายเป็นพอลิเมอร์และมีความหนืดมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากการควบแน่นด้วยตนเอง จึงสามารถได้กรดออร์โธฟอสฟอริกบริสุทธิ์โดยกระบวนการแช่แข็ง/หลอมเหลวแบบแยกส่วนอย่างระมัดระวังเท่านั้น^{[ 13 ] [ 12 ]}

The dominant use of phosphoric acid is for fertilizers, consuming approximately 90% of production.^[31]

The remaining 10% is primarily used in soaps and detergents:

Food-grade phosphoric acid (additive E338^[32]) is used to acidify foods and beverages such as various colas and jams, providing a tangy or sour taste. The phosphoric acid also serves as a preservative.^[33] Soft drinks containing phosphoric acid, which would include Coca-Cola, are sometimes called phosphate sodas or phosphates. Phosphoric acid in soft drinks has the potential to cause dental erosion.^[34] Phosphoric acid also has the potential to contribute to the formation of kidney stones, especially in those who have had kidney stones previously.^[35]

Specific applications of phosphoric acid include:

• in anti-rust (iron and steeloxidation) treatment by phosphate conversion coating or passivation,^[36] including the Parkerization process
• as an external standard for phosphorus-31 nuclear magnetic resonance
• in phosphoric acid fuel cells
• in activated carbon production^[37]
• ใน การประมวลผล สารกึ่งตัวนำแบบผสมเพื่อกัดอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์อย่างเลือกสรรเมื่อเทียบกับอินเดียมฟอสไฟด์^{[ 38 ]}
• ในการผลิตไมโครเพื่อกัดซิลิคอนไนไตรด์แบบเลือกโดยสัมพันธ์กับซิลิคอนไดออกไซด์^{[ 39 ]}
• ในกระบวนการผลิตระดับไมโครเพื่อกัดอะลูมิเนียม
• ในฐานะตัวปรับค่า pH ในเครื่องสำอางและผลิตภัณฑ์ดูแลผิว^{[ 40 ]}
• ในฐานะสารฆ่าเชื้อในอุตสาหกรรมนม อาหาร และการผลิตเบียร์^{[ 41 ]}
• ในกระบวนการขัดเงาทางเคมี ( การกัดกรด ) ของโลหะ เช่น อะลูมิเนียม

กรดฟอสฟอริกไม่ใช่กรดแก่อย่างไรก็ตาม สารละลายกรดฟอสฟอริกที่มีความเข้มข้นปานกลางจะระคายเคืองต่อผิวหนัง การสัมผัสกับสารละลายเข้มข้นอาจทำให้เกิดแผลไหม้ที่ผิวหนังอย่างรุนแรงและทำให้ดวงตาเสียหายอย่างถาวร^{[ 42 ]}

• ปุ๋ยฟอสเฟตเช่นปุ๋ยแอมโมเนียมฟอสเฟต
• กรดฟอสฟอริกไครัล

• เฮนส์, วิลเลียม เอ็ม., บรรณาธิการ (2011). คู่มือเคมีและฟิสิกส์ CRC (ฉบับที่ 92). สำนักพิมพ์ CRC . ISBN 978-1439855119.

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับกรดฟอสฟอริก

• บัญชีรายชื่อสารมลพิษระดับชาติ – เอกสารข้อเท็จจริงเกี่ยวกับกรดฟอสฟอริก
• คู่มือพกพา NIOSH เกี่ยวกับอันตรายจากสารเคมี