فسفریک اسید و کاربردهای آن

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 :

\[ ​ ​ H_{3}PO_{4}(aq)\rightleftharpoons H^{+}(aq)+H_{2}PO_{4}^{-}(aq) \hspace{2cm}K_{1}=1\times 10^{-3}\\ H_{2}PO_{4}^{-}(aq)\rightleftharpoons H^{+}(aq)+HPO{4}^{2-}(aq)\hspace{2cm}K_{1}=1\times 10^{-8}\\ HPO_{4}^{2-}(aq)\rightleftharpoons H^{+}(aq)+PO_{4}^{3-}(aq)\hspace{2cm}K_{1}=1\times 10^{-13} ​ \]

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 .

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 فسفریک اسید صنعتی 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 .

​\( 2H_{3}PO_{4}(aq)+3Zn(OH)_{2}(s)\to Zn_{3}(PO_{4})_{2}(s)+6H_{2}O(l) \)​