اسید فسفریک

اسید فسفریک

اسید فسفریک (H₃PO₄) که ساختار آن در شکل زیر نشان داده شده است،  یک اسید معدنی دارای ساختار مولکولی شامل یک اتم فسفر به‌همراه چهار اتم اکسیژن و سه اتم هیدروژن می‌باشد. 

این اسید یک اسید سه پروتونی است و می‌تواند در واکنش‌های شیمیایی به عنوان یک اسید قوی عمل کند. در محلول‌های آبی، این اسید به شکل یونی در آمده و به عنوان یک عامل تنظیم‌کننده pH کاربرد دارد. این ماده در صنایع غذایی، کشاورزی و شیمیایی برای تولید کود، افزودنی‌های غذایی و صنایع دارویی استفاده می‌شود. 

مشخصات عمومی و فنی اسید فسفریک

برخی از مهم‌ترین مشخصات عمومی و فنی این اسید در جدول زیر نشان داده شده است.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک

این اسید غالبا به صورت مایع بی‌رنگ و شفاف است، اما می‌تواند در دماهای پایین به شکل بلورهای سفید درآید. از نظر شیمیایی این اسید به خوبی در آب حل می‌شود و محلول‌های آبی آن خاصیت اسیدی قوی دارند زیرا pH محلول‌های آبی اسید فسفریک به شدت پایین و معمولاً بین 1 تا 2 است.
این اسید قوی می‌تواند با بازها (به خصوص بازهای قوی مانند NaOH) واکنش داده و نمک‌های فسفات را تشکیل دهد. ویژگی شیمیایی مهم دیگر این اسید این است که با فلزات قلیایی و برخی از فلزات دیگر مانند روی و آهن واکنش داده و گاز هیدروژن تولید می‌کند.

روش تولید اسید فسفریک

به طور کلی تولید این اسید با دو روش حرارتی و مرطوب انجام می‌شود که به صورت مختصر در این بخش توضیح داده شده است.

• روش حرارتی: در این روش، این اسید از حرارت دادن فسفات‌ها تولید می‌شود. مواد اولیه این روش شامل سنگ فسفات است. مطابق واکنش زیر مواد اولیه با اکسیژن هوا در کوره‌ای با دمای بالا (حدود 1500 درجه سانتی‌گراد) با هم ترکیب می‌شوند. مطابق واکنش زیر در این دما، واکنشی بین فسفات و هوا انجام می‌شود که دی‌اکسید فسفر (P₂O₅)  تولید می‌شود.

5 O2 (g) + P4 (l) → 2 P2O5 (g)

سپس مطابق واکنش زیر، دی‌اکسید فسفر با آب ترکیب شده و این ماده شیمیایی تولید می‌شودد.

P2O5 (g) + 3 H2O (l) → 2 H3PO4 (l)

• روش مرطوب: روش مرطوب یکی از رایج‌ترین و متدوال‌ترین روش‌ها برای تولید این اسید است. در این روش کانی فسفات خام (که شامل ترکیبات فسفری است) با اسید سولفوریک در دمای معمولی ترکیب می‌شود. به طور مثال واکنش زیر متداول‌ترین واکنش شیمیایی برای تولید اسید فسفریک با روش مرطوب است.

Ca(PO4)3OH + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + H2O

یکی از بزرگترین معایب این روش، وجود ناخالصی است زیرا علاوه بر تولید فسفریک اسید، ترکیبات ناخالص دیگری هم تولید می‌شود که مستلزم مراحل خالص سازی پیچیده و پر هزینه است. 

تفاوت اسید فسفریک صنعتی، شیمیایی و خوراکی

اسید فسفریک بر اساس روش تولید و کاربردهای آن به سه دسته‌ی، صنعتی، شیمیایی و خوراکی تقسیم می‌شود که به تفکیک به روش تولید و کاربرد هر دسته پرداخته شده است.

1. اسید فسفریک صنعتی: این اسید، عمدتاً از طریق روش مرطوب و با واکنش سنگ فسفات (هیدروکسی آپاتیت) با اسید سولفوریک تولید می‌شود.  این اسید نسبت به سایر اسیدهای موجود در این دسته دارای ناخالصی‌های بیشتری است و معمولاً شامل سولفات کلسیم (گچ) و دیگر مواد نامحلول می‌باشد. این اسید در صنایع مختلف مانند تولید کود، مواد شیمیایی و صنایع پاک‌کننده و آتش‌زا به کار می‌رود. 
2. اسید فسفریک شیمیایی: اسید فسفریک شیمیایی، معمولاً با استفاده از روش‌های پیشرفته‌تر از جمله روش حرارتی یا روش‌های تصفیه‌ای بیشتر به دست می‌آید. نوع اسید خلوص بالاتری دارد و با فرآیندهای تصفیه مانند شفاف‌سازی، حذف فلزات سنگین و همچنین استفاده از روش‌های فیزیکی-شیمیایی تصفیه می‌شود. این اسید در حوزه‌های پژوهشی و آزمایشگاه‌ها، تولید مواد شیمیایی، داروسازی و همچنین در تولید عصاره‌های غذایی استفاده می‌شود.
3. اسید فسفریک خوراکی: اسید فسفریک خوراکی برخلاف دو دسته دیگر دارای استاندارهایی است که برای سلامت انسان مضر نباشد. در تولید این اسید از فرایندهای تصفیه و خالص‌سازی خاصی استفاده می‌شود تا عاری از هرگونه ناخالصی مضر گردد. این اسید در مقایسه با سایر اسیدهای موجود در این دسته، دارای بالاترین درجه خلوص است و  به‌طور خاص برای مصرف انسانی و غذایی تولید می‌شود.

به طور کلی، تفاوت اصلی در روش تولید، خلوص و کاربرد این اسیدها است که اسید فسفریک خوراکی بالاترین خلوص و اسید فسفریک صنعتی به نسبت خلوص پایین‌تری دارد.

کاربرد عمومی اسید فسفریک

این اسید به عنوان یکی از مواد شیمیایی پر کاربرد است که در صنایع مختلف مورد به شدت کاربردی است. بخشی از مهم‌ترین کاربردهای اسید فسفریک شامل موارد زیر است.

1. کشاورزی: کاربرد این اسید در صنعت کشاورزی آن چنان چشم گیر بوده است که در بازار جهانی در دسته بندی انواع اسید فسفریک، نام اسید فسفریک کشاورزی به چشم می‌خورد. اسید فسفریک کشاورزی در تولید کودهای فسفاته مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کودها به رشد گیاهان کمک می‌کنند و سبب افزایش تولید محصولات کشاورزی می‌شوند.
2. صنعت غذایی: این اسید به عنوان یک افزودنی در صنایع غذایی برای کنترل pH و به عنوان منبع فسفر در غذاها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در تولید نوشیدنی‌های گازدار به عنوان طعم‌دهنده و عامل اسیدی‌کننده به کار می‌رود.
3. صنایع شیمیایی: در صنایع  شیمیایی این اسید به عنوان ماده اولیه در تولید ترکیبات شیمیایی مختلف مانند فسفات‌های آلی و معدنی، همچنین در تولید مواد آتش‌زا و مواد حمل و نقل استفاده می‌شود. همچنین این اسید در فرایند‌های مختلف صنعتی برای تنظیم و کنترل pH استفاده می‌شود و برای تولید پاک‌کننده‌های قوی و جرم‌گیری استفاده می‌شود.
4. داروسازی: اسید فسفریک در فرایند تولید داروها و مکمل‌های غذایی به عنوان یک ماده ضدعفونی‌کننده و همچنین برای تولید نمک‌های مورد نیاز دارویی استفاده می‌شود.

نکات ایمنی اسید فسفریک

این اسید یک اسید قوی است و در استفاده از آن رعایت نکات ایمنی زیر ضروری است.

1. استفاده از عینک‌های ایمنی برای حفاظت از چشمان در برابر پاشش اسید
2. استفاده از دستکش‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی (مانند نیتریل یا وینیل) برای جلوگیری از تماس مستقیم با پوست .
3. استفاده از کفش‌های مقاوم و ضد مواد شیمیایی برای حفاظت از پاها.
4. خودداری از کار با اسید فسفریک در محیط‌های بسته و بدون تهویه.

نحوه نگهداری اسید فسفریک

این اسید را در ظروف با برچسب‌های واضح و مناسب، معمولاً از جنس شیشه یا پلاستیک محکم باید نگهداری کرد. این اسید را در یک محل خنک، خشک و تهویه‌دار باید نگهداری کرد و از قرار دادن آن در نزدیکی مواد ناسازگار (مثل مواد قلیایی) خودداری کرد.

خرید و قیمت اسید فسفریک

اسید فسفریک خوراکی که برای مصارف غذایی و دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرد، معمولاً قیمت بالاتری دارد. اما به‌طور تقریبی، قیمت خرید هر تن اسید فسفریک از ۳۰۰ تا ۱۲۰۰ دلار است. 

معرفی برندهای مختلف اسید فسفریک

برخی از مهم‌ترین برندهای خارجی و داخلی که اقدام به فروش این اسید کردند عبارتند از سیگما آلدریچ، فلوکا، نوترون، قطران شیمی و دکتر مجللی. علی رغم قیمت فروش بالای اسید فسفریک برند مرک، با توجه به خلوص بالا و کیفیت مواد شیمیایی، خرید این اسید از این برند توصیه می‌شود.