فسفریک اسید ، با فرمول شیمیایی \( H_{3}PO_{4} \)یک اسید معدنی ضعیف و به اصطلاح سه ظرفیتی است یعنی این که در سه مرحله یونش سه هیدروژن خود را به صورت \( H^{+} \)از دست می دهد . البته یاد آور شوم که در محاسبه pH اسید ، با یک تقریب بالا فقط تفکیک یا یونش اوّل آن رادر نظر می گیریم . این اسید به صورت مایع بی رنگ و بی بو یافت می شود . این اسید به دلیل خاصیت اسیدی ملایم خود ، به عنوان تنطیم کننده pH ، مادّه نگهدارنده و افزودنی طعم دهنده در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی و نوشابه سازی کاربرد دارد . از آن جایی که این اسید توانایی جلوگیری از رشد باکتری ها و قارچ ها را دارد ، به طور گسترده ای در تولید نوشابه های گازدار ، آب نبات ها و محصولات غذایی دیگر استفاده می شود . همچنین فسفریک اسید به عنوان یک منبع فسفر در کودهای شیمیایی و محصولات بهداشتی و دارویی نیز کاربرد دارد . این اسید معدنی به نوشابه ها طعم تند و ترشی خاص می دهد و به تنظیم اسیدیته و افزایش ماندگاری نوشابه ها کمک می کند . مراحل یونش فسفریک اسید به صورت زیر است :
\( H_{3}PO_{4}(aq)\rightleftharpoons H^{+}(aq)+H_{2}PO_{4}^{-}(aq) \hspace{2cm}K_{1}=1\times 10^{-3}\\ H_{2}PO_{4}^{-}(aq)\rightleftharpoons H^{+}(aq)+HPO{4}^{2-}(aq)\hspace{2cm}K_{2}=1\times 10^{-8}\\ HPO_{4}^{2-}(aq)\rightleftharpoons H^{+}(aq)+PO_{4}^{3-}(aq)\hspace{2cm}K_{3}=1\times 10^{-13} \)
فرم خام این اسید ، از سنگ های فسفات استخراج می شود ، در حالی که شکل خالص تر ، از فسفر سفید به صورت صنعتی تولید می شود . این ماده قطبی است و در گرید خوراکی با غلظت 85 درصد در بازار موجود است ، که از تصفیه سنگ های فسفات دار و یا احتراق فسفر به دست می آید . این محصول شیمیایی برای از بین بردن زنگ و فسفات از قطعات فلزی ، خیلی مناسب است . البته عمده کاربرد این اسید در تولید کودهای فسفاته می باشد .
خواص فیزیکی فیفریک اسید
نقطه ذوب: حدود 42.35 درجه سانتی‌گراد (برای شکل خالص کریستالی).
نقطه جوش: حدود 158 درجه سانتی‌گراد (در این دما تجزیه می‌شود و به متافسفریک اسید تبدیل می‌شود).
چگالی: حدود 1.88 گرم بر سانتی‌متر مکعب (برای محلول 85٪).
خاصیت خورندگی: فسفریک اسید خورنده است، اما نسبت به اسیدهای قوی مانند نیتریک یا سولفوریک، خورندگی کمتری دارد.
خطرات سلامتی:
تماس با پوست یا چشم می‌تواند باعث تحریک یا سوختگی شود.استنشاق بخارات آن ممکن است باعث تحریک دستگاه تنفسی شود.بلعیدن آن خطرناک است و می‌تواند به دستگاه گوارش آسیب برساند.
تأثیرات زیست‌محیطی فسفریک اسید
آلودگی آب: تخلیه این اسید یا فسفات‌ها به آب‌های سطحی می‌تواند باعث پدیده اوتریفیکاسیون (رشد بیش از حد جلبک‌ها) شود که به اکوسیستم‌های آبی آسیب می‌رساند.
مدیریت پسماند: در فرآیند تولید، پسماندهایی مانند گچ فسفاتی (CaSO₄) تولید می‌شود که باید به درستی مدیریت شوند.
گریدهای مختلف
گرید غذایی: اسیدی که برای مصارف خوراکی تولید می‌شود باید خلوص بالایی داشته باشد و استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای را رعایت کند.
گرید صنعتی: برای کاربردهای غیرخوراکی مانند کودها و مواد شیمیایی.
گرید آزمایشگاهی: برای استفاده در تحقیقات و تجزیه و تحلیل شیمیایی.
جایگزین‌ها
در برخی کاربردها، اسیدهایی مانند سیتریک اسید یا لاکتیک اسید می‌توانند به عنوان جایگزین فسفریک اسید در صنایع غذایی استفاده شوند، اما خواص منحصربه‌فرد فسفریک اسید (مانند پایداری حرارتی و توانایی تشکیل فسفات‌ها) آن را غیرقابل جایگزین در بسیاری از موارد می‌کند.
وضعیت بازار فسفریک اسید
این اسید یکی از مواد شیمیایی پرمصرف در جهان است.کشورهای اصلی تولیدکننده شامل چین، ایالات متحده، و مراکش (به دلیل ذخایر بزرگ سنگ فسفات) هستند.قیمت آن به عوامل مختلفی مانند هزینه سنگ فسفات، انرژی، و تقاضای بازار بستگی دارد.
فسفریک اسید در نوشابه‌های گازدار مانند کولا نقش مهمی در ایجاد طعم ترش و متعادل کردن شیرینی دارد.
در بدن انسان، فسفات‌ها (مشتقات فسفریک اسید) در ساختار DNA، RNA و ATP (منبع انرژی سلولی) نقش کلیدی دارند.
فسفریک اسید به دلایل زیر به نوشابه‌ها (به‌ویژه نوشابه‌های گازدار مانند کولا) اضافه می‌شود:
تنظیم اسیدیته (pH):فسفریک اسید به‌عنوان یک تنظیم‌کننده اسیدیته عمل می‌کند و pH نوشابه را کاهش می‌دهد (معمولاً به حدود 2.5 تا 3.5). این اسیدیته به حفظ طعم تند و تیز نوشابه کمک می‌کند و از رشد میکروب‌ها و باکتری‌ها جلوگیری می‌کند، که باعث افزایش ماندگاری محصول می‌شود.
ایجاد طعم ترش:فسفریک اسید طعم ترش و ملایمی به نوشابه می‌دهد که با شیرینی بالای شکر یا شیرین‌کننده‌های مصنوعی متعادل می‌شود. این ترکیب طعم، حس تازگی و جذابیت خاصی به نوشابه می‌بخشد.
جلوگیری از فساد: به دلیل خاصیت اسیدی، این اسید محیطی ایجاد می‌کند که رشد میکروارگانیسم‌ها را محدود می‌کند، بنابراین به‌عنوان یک نگهدارنده طبیعی عمل می‌کند.
بهبود پایداری و ظاهر:فسفریک اسید به تثبیت رنگ و طعم نوشابه کمک می‌کند و از تغییرات شیمیایی ناخواسته در طول زمان جلوگیری می‌کند. همچنین می‌تواند به جلوگیری از تشکیل رسوبات در نوشابه کمک کند.
جایگزین مناسب برای سایر اسیدها:در مقایسه با اسیدهای دیگر مانند اسید سیتریک یا مالیک، این اسید طعمی متمایز ایجاد می‌کند که به‌ویژه برای نوشابه‌های کولا مناسب است. همچنین پایداری شیمیایی و حرارتی خوبی دارد.
مقدار استفاده: مقدار آن در نوشابه‌ها بسیار کم و در حد مجاز استانداردهای غذایی (مانند استانداردهای FDA یا سازمان بهداشت جهانی) است، بنابراین برای مصرف انسانی بی‌خطر تلقی می‌شود.
تأثیرات سلامتی: مصرف محدود فسفریک اسید در نوشابه‌ها معمولاً بی‌خطر است، اما مصرف بیش از حد نوشابه‌های حاوی فسفریک اسید ممکن است به مرور زمان به سلامت دندان‌ها (فرسایش مینای دندان) یا تعادل کلسیم-فسفر در بدن آسیب برساند.
روش های تولید فسفریک اسید: روش مرطوب ( دارای درجه خلوص کم و قابل استفاده در کشاورزی به عنوان کود ) ، روش حرارتی ( ایجاد خلوص بالا ) که در فاز صنعتی تولید می شود .
روش مرطوب : در این روش تهیه ، سنگ فسفات را با سولفوریک اسید واکنش می دهند . برای این واکنش ، سنگ فسفات خشک و خرد شده را داخل راکتور ریخته و سولفوریک اسید را به آن اضافه می کنند برای این که فراورده خروجی ، علاوه بر کلسیم سولفات ، محصولات دیگری چون فسفریک اسید ، سیلیس و فلوئور باشد ، باید ماده رقیق به دست آمده ار خرد شدن سنگ فسفات با فسفریک اسید 55 درصد را به همراه سولفوریک اسید وارد راکتور می کنیم . کلسیم سولفات را با کمک فیلتر از فسفریک اسید جدا می کنند . البته برای بالابردن غلظت فسفریک اسید از اپراتورهای خلاء استفاده می شود .
\( Ca_{3}(PO_{4})_{2}(s)+3H_{2}SO_{4}(aq)\to 2H_{3}PO_{4}(aq)+3CaSO_{4}(s) \)
روش حرارتی ( خشک ) : در این روش سنگ فسفات خرد شده را وارد خشک کن با دمای 450 تا 650 درجه سلسیوس می کنند . با رسیدن رطوبت آن به 1.5 درصد با مخلوطی از کربن و کوارتز ، وارد کوره های الکتریکی می کنند . فسفر سفید (\( P_{4} \)) به صورت محصول واکنش تولید می شود که به صورت گاز از کوره خارج شده و با سرد شدن به فسفرجامد تبدیل شده و همراه لجن و آب به قسمت تصفیه فرستاده می شود . فسفریک اسید تولید شده دارای درجه خلوصی بین 70 تا 85 درصد است و از این نوع اسید غلیظ برای تولیدبسیاری از مواد شیمیایی و کود ها استفاده می شود . از آن جایی که میزان حساسیت کاربرد فسفریک اسید خوراکی بیشتر است ، باید قیمت آن از نوع صنعتی این اسید بالاتر باشد . ازاین روش به دلیل مصرف زیاد انرژی چندان استفاده نمی شود .
\( Ca_{10}(PO_{4})_{6}F_{2}+8SiO_{2}+16C\to 8CaSiO_{3}+2CaF_{2}+16CO+6P\\ P_{2}+\frac{5}{2}O_{2} \to P_{2}O{5}\\ P_{2}O_{5}+3H_{2}O\to2H_{3}PO_{4} \)
از فسفریک اسید خوراکی در ترکیب مواد غذایی به عنوان تنظیم کننده میزان اسیدیته آن ها استفاده می شود . از این اسید در مواد غذایی مثل مربّا ، غلاّت ، گوشت فراوری شده لبنیات و …. استفاده می شود . از طرفی در تهیه انواع نوشابه ها ، این اسید به بهبود یافتن طعم آن کمک می کند . در صنعت داروسازی و دندان پزشکی برای تمیز کردن دندان به کار می رود . در ترکیب دهان شویه ها و داروهای ضد تهوّع نیز کاربرد دارد .
باید بدانیم که نزدیک به 80درصد فسفریک اسید تولید شده جهت تولید کود شیمیایی استفاده می شود . این اسید در خوراک دام و طیور به عنوان افزودنی و طعم دهنده کاربرد دارد . در شامپوها ، عطرها ، رنگ مو ، محصولات پاک کننده نیز از این اسید استفاده می شود . در تصفیه آب و فاضلاب ، از بین بردن لکّه های سیمانی و آب سخت نیز می توان از حضور این اسید استفاده کرد . دلیل محبوبیّت فسفریک اسید را می توان امتیاز آن به عنوان طعم دهنده ، بافر ، عامل ضد جوش و قارچ کُش دانست .
مصرف نوشابه های خوراکی که سرشار از فسفریک اسید هستند باعث تغییراتی در ادرار ، ابتلا به بیماری مزمن کلیه و سنگ کلیه می شود . کلیه های سالم ، بدن را از هرگونه فیفراضافی تخلیه می کنند ، اما فسفریک اسید اضافی می تواند بر کلیه تاثیر بگذارد بخصوص برای افراد مبتلا به بیماری مزمن کلیه ، که توصیه بر این است که تا حد امکان از مصرف غذاهای فسفردار دوری کنند عنصر فسفر برای افزایش سرعت رشد درختان پسته بسیار ضروری است . کشاورزان فسفر مورد نیاز درختان پسته را از طریق کودهای حاوی فسفر به آنها اعمال می کنند . فسفریک اسید منبعی عالی برای تامین فسفر است ؛ البته به دلیل خواص خورندگی نمی توان آن را به صورت مستقیم در قالب کود به خاک اضافه کرد ، به همین دلیل از این اسید در تولید سایر کودهای شیمیایی استفاده می کنند .
در شوینده ها می توان فسفریک اسید را برای نرم کردن ( آب سخت ) به کار برد . برای از بین بردن یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت می توان از نمک های فسفاتی که از فسفریک اسید گرفته می شوند ، استفاده کرد .
\( 2H_{3}PO_{4}(aq)+3Zn(OH)_{2}(s)\to Zn_{3}(PO_{4})_{2}(s)+6H_{2}O(l) \)
سنتز فسفریک اسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.