یکی از پرکاربردترین مواد شیمیایی در دنیا اسید فسفریک است که در این مطلب می خواهیم به آن بپردازیم. اسید فسفریک از ترکیب اکسید فسفر(P205) با آب به وجود می آید. اسید فسفریک دارای خاصیت اسیدی بسیاری قوی ای است و در فرآورده های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال کاربرد اسید فسفریک در صنعت کشاورزی به عنوان علف کش و کود است و در صنعت نساجی از آن برای مقاومت الیاف و رنگ بری استفاده می شود. کاربردهای اسید فسفریک صنعتی بسیار فراوان است که در این مقاله به شرح آنها می پردازیم.
اسید فسفریک چیست؟
اسید فسفریک یک ترکیب شیمیایی با فرمول H۳PO۴ است و جزو اسیدهای ضعیف و چند ظرفیتی محسوب می‌شود. هر سه اتم هیدروژن در ساختار این اسید دارای اسیدیته مختلفی هستند و می‌توانند به صورت یون +H یا پروتون از مولکول جدا شوند. زمانی که سه یون H+حذف می‌شوند، یون فسفات -PO4^3- باقی می‌ماند. حذف یک یا دو پروتون به ترتیب، یون‌های فسفات دی‌هیدروژن H۲PO–۴ و یون هیدروژن فسفات ۲-HPO۴ را تشکیل می‌دهد. این اسید همچنین به تشکیل استرهایی می‌پردازد که به نام ارگانوفسفرها شناخته می‌شوند. اسید فسفریک به صورت معمولی به‌صورت محلول آبی با ۸۵ درصد غلظت، که یک مایع بی‌رنگ و غیرفرار است، یافت می‌شود.
تاریخچه ی اسید فسفریک صنعتی
همانطور که اشاره کردیم یکی از مهم ترین مواد شیمیایی قابل استفاده در صنایع مختلف، اسید فسفریک است. پیدایش اسید فسفریک به سالهای ابتدایی قرن نوزدهم میلادی بر می گردد. در آن زمان این اسید به مقدار کمی تولید می شد و خلوص چندانی نداشت. در ابتدا اسید فسفریک از منابع طبیعی تولید میشد. منابعی مانند: سنگ های فسفات و همچنین سنگ هایی که در ترکیب آنها فسفر وجود داشت. در ابتدا تولید صنعتی این ماده، بسیار پیچیده و طولانی بود.
در سال ۱۸۷۰، شیمی دانی آلمانی به اسم یوهان نیکلاس ریشک(Johann Nikolaus von Ries) موفق شد اسید فسفریک با خلوص بالا را تولید کند. او این کار را از طریق اکسید کردن فسفر سفید انجام داد.وی اولین شخصی بود که موفق شد این نوع از اسید را تولید کند و روش تولید او به نام Ries مشهور شد.
در سال های بعد از اختراع این روش، تلاش ها برای تولید اسید فسفریک با روش های بهتر و جدیدتر ادامه پیدا کرد و شیوه های بهینه تری برای ساخت اسید فسفریک ایجاد شد. روش هایی مانند: فرآیند اسیدسازی تری کلسیم فسفات، اسید سازی وت و فرایند سولفاته کردن. در دهه های بعدی نیز، با پیشرفت های فناوری و علمی، روش های فراوانی برای ساخت اسید فسفریک ایجاد شد.
مشخصات و ویژگی های شیمیایی اسید فسفریک صنعتی
اسید فسفریک صنعتی نوعی اسید آلی است که فرمول شیمیایی آن H3PO4 است. این نوع از اسید از ترکیب شدن اکسید فسفر P2O5 به همراه آب تشکیل می شود. در ادامه ی این مقاله ویژگی ها و مشخصات فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک صنعتی را مورد بررسی قرار می دهیم:
مشخصات اسید فسفریک صنعتی
شکل ظاهری اسید فسفریک صنعتی محلولی بی رنگ و شفاف مایل به سفید است. وزن مولکولی اسید فسفریک تقریبا برابر است با ۹۸.۰۰ g/mol . فرمول شیمیایی اسید فسفریک همانطور که اشاره کردیم H3PO4 است. شماره ی این اسید نیز CAS: 7664-38-2 می باشد.
مشخصات فیزیکی اسید فسفریک صنعتی
دمای ذوب اسید فسفریک صنعتی تقریبا برابر با ۱.۸۳ g/cm³ درجه سلسیوس می باشد. همچنین دمای جوش اسید فسفریک نیز حدود ۱۵۸ درجه ی سلسیوس است. اسید فسفریک قابلیت تبخیر دارد و تحت تاثیر گرما تبخیر می شود. اسید فسفریک در آب و بعضی دیگر از حلال های آلی محلول می شود.
کاربرد اسید فسفریک صنعتی
اسید فسفریک صنعتی کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف داروسازی، غذایی، کشاورزی و … دارد که در این بخش از مقاله به مهم ترین کاربردهای اسید فسفریک صنعتی می پردازیم اگر قصد تهیه اسید فسفریک با کیفیت بالا را دارید میتوانید به صفحه خرید اسید فسفریک مراجعه کنید:
غذا و نوشیدنی
به عنوان یک ماده ی افزودنی در صنایع غذایی از اسید فسفریک صنعتی استفاده می شود. اسید فسفریک صنعتی با قدرت فراوانی که در مهار کردن رشد باکتری ها دارد، عمر مفید محصولات غذایی ای مانند: گوشت های فرآوری شده، پنیر، مربا و … را افزایش می دهد. همچنین نمک های اسید فسفریک نیز علاوه بر تنظیم اسیدیته، نقش مهمی در اصلاح پروتئین های شیر دارند. به همین خاطر است که از اسید فسفریک در تولید محصولات لبنی استفاده می شود. در نوشیدنی های گازدار نیز اسید فسفریک استفاده می شود. علت این امر این است که اسید فسفریک به تشکیل باکتری ها و قارچ ها کمک می کند.
برطرف کردن زنگ زدگی ها
معمولا از اسید فسفریک ۸۵ درصد برای از بین بردن زنگ زدگی فلزاتی مانند: فولاد و آهن استفاده می شد. اسید فسفریک با زنگ آهن واکنش نشان می دهد و رنگ قهوه ای مایل به قرمز آهن را به اکسید آهن تبدیل می کند. سپس ترکیبی سیاه رنگ شامل فسفات آهن به وجود می آید و در نهاد فسفات آهن سیاه که بر روی سطح آهن وجود دارد، به سادگی حذف می شود.
محصولات مراقبت شخصی
در تولید طیف گسترده ای از محصولات مراقبت شخصی از اسید فسفریک ۸۵ درصد استفاده می شود. اسید فسفریک ۸۵ درصد به خاطر کنترل کردن سطح PH محصولات مراقبت شخصی مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله ی محصولات مراقبت شخصی که در ساختار آنها از اسید فسفریک استفاده می شود، می توان به : انواع پاک کننده ها، عطرها، محصولات حمام، محصولات ناخن، مراقبت از مو و رنگ و محصولات آرایش و بهداشتی اشاره کرد.
صنایع داروسازی
در صنایع داروسازی از اسید فسفریک بیشتر به عنوان یک واسطه استفاده می شود. عمده ی استفاده از اسید فسفریک در دندانپزشکی است. برای تمیزتر شدن دندان ها معمولا از اسید فسفریک به عنوان محلول اچینگ استفاده می شود. همچنین اسید فسفریک در تهیه ی سفیدکننده های دندان و دهان شویه استفاده می شود. در داروهای ضد تهوع نیز از اسید فسفریک استفاده می شود.
کشاورزی
از اسید فسفریک به طور گسترده ای در کشاورزی استفاده می شود. بیش از ۹۰ درصد از تولیدات جهانی این ماده در تولید کودها می باشد. طراحی اسید فسفریک به نوعی است که نسبت های ایده آلی از عناصر لازمه برای رشد فسفر، پتاسیم و نیتروژن را برای محصولات آماده می کند. به علاوه ی این، از اسید فسفریک صنعتی به عنوان طعم دهنده ی خوراک دام نیز به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. از اسید فسفریک برای تولید کودهای فسفاتی نیز استفاده می شود. کودهای فسفاتی دارای فسفر هستند که باعث تولید محصولات زارعی با کیفیت بالا می شوند.
تصفیه ی آب
از اسید فسفریک برای تصفیه ی آب استفاده می شود. اسید فسفریک به عنوان نرم کننده ی آب، باعث جذب شدن یون های فلزی و نمک ها می شود.
سایر کاربردهای اسید فسفریک صنعتی:
- صنایع نساجی
- تولید قطعات الکترونیکی
- تولید مواد پوشش دهی
- باتری ها
- تولید مواد اصلاح کننده ی خاک
- لعاب های سرامیک
- تولید کاغذ
- تولید کائوچو مصنوعی
- کارهای آزمایشگاهی
روش های تولید اسید فسفریک صنعتی
تولید اسید فسفریک صنعتی از معدن فسفاتها به عنوان مواد اولیه صورت می‌گیرد. مراحل تولید اسید فسفریک صنعتی عموماً به شرح زیر است:
۱.استخراج معدن فسفاتها:معدن فسفاتها، که اغلب از سنگ‌های فسفاته مانند آپاتیت تشکیل شده‌اند، استخراج می‌شوند. این مواد حاوی فسفر هستند که در مرحله بعدی به اسید فسفریک تبدیل می‌شوند.
۲.فرآیند تحلیل:معدن فسفاتها به طور حرارتی یا با استفاده از اسیدها مورد تحلیل قرار می‌گیرند. در این مرحله، فسفر از معدن جدا شده و به صورت فسفات در آمیخته‌های مایع حلال قرار می‌گیرد.
۳.فرآیند تبدیل به اسید فسفریک:فسفات حاصل از مرحله قبلی، با استفاده از اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک تبدیل به اسید فسفریک می‌شود. این فرآیند شامل ترکیبات شیمیایی و تنظیم دما و فشار است.
۴.تصفیه و تصفیه نهایی:پس از تبدیل فسفات به اسید فسفریک، محصول به مراحل تصفیه و پالایش می‌رود تا از افزودنی‌ها و آلودگی‌های ممکن پاک شود.
۵.تصفیه نهایی و تولید اسید فسفریک صنعتی:اسید فسفریک حاصل از مراحل قبلی، پس از تصفیه نهایی و تنظیم خواص، به عنوان محصول نهایی به بازار عرضه می‌شود.
این فرآیند تولید اسید فسفریک صنعتی ممکن است به شکل‌ها و جزئیات مختلفی انجام شود و به نوع معدن فسفات، فناوری مورد استفاده و شرایط محیطی بستگی دارد.
نکات ایمنی و نگهداری اسید فسفریک صنعتی
برای استفاده از اسید فسفریک صنعتی بایستی یک سری از نکات ایمنی را رعایت کنید. زمانی که از اسید فسفریک صنعتی استفاده می کنید، لازم است از تجهیزات حفاظتی همانند کلاه و عینک محافظ، لباس های محافظ و دستکش های مناسب استفاده کنید. با رعایت نکات ایمنی، از تماس مستقیم اسید فسفریک با پوست و چشم جلوگیری می شود. محیطی که در آن اسید فسفریک مورد استفاده قرار می گیرد، بهتر است تهویه ی مناسبی داشته باشد. در صورت عدم وجود تهویه ی مناسب،گازهای تولید شده توسط اسید فسفریک صنعتی، در محیط انباشته می شود.
هنگام کار با اسید فسفریک صنعتی، مراقب باشید که پوست، چشم و سایر اعضای حساس بدن شما با اسید فسفریک، تماس مستقیم نداشته باشد. در صورت تماس اتفاقی اسید فسفریک با اعضای بدن شما، باید بلافاصله محل تماس را با آب شستشو دهید و در صورت لزوم به پزشک مراجعه نمایید.
اسید فسفریک به دلیل خواص اکسیدکنندگی ای که دارد می تواند باعث شعله ور شدن آتش شود. بنابراین بهتر است در مکانی که از اسید فسفریک استفاده می کنید، منابع آتش زا یا حرارتی وجود نداشته باشد. محیطی که در آن اسید فسفریک صنعتی استفاده می شود، باید کاملا خشک و خنک و به دور از مواد اشتعال زا باشد. همچنین نباید در چنین محیطی مواد غذایی را قرار داد.