Axit photphoric(H3PO4) là gì? H3PO4 là chất điện li mạnh hay yếu?

Axit photphoric là hóa chất độc hại nhưng lại đóng vai trò đặc biệt quan trọng  trong nhiều ngành công nghiệp hiện nay. Cùng tìm hiểu H₃PO₄ là gì, H₃PO₄ là chất điện li mạnh hay yếu? cũng như cách điều chế và ứng dụng cụ thể của axit này ngay bài viết sau đây!

H₃PO₄ là gì? Đặc điểm cấu tạo phân tử axit photphoric

H₃PO₄ là công thức hóa học của Axit photphoric, đây là loại axit có tham gia vào các phản ứng hóa học với nhiều chất, vì thế được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hiện nay.

H₃PO₄ đọc là gì? H₃PO₄ được gọi là Axit photphoric, hay còn được gọi với những tên gọi khác như: trihiđroxiđioxiđophotpho, axit phosphoric, Axit orthophotphoric. Đây là một axit trung bình có công thcs hóa học là H₃PO₄ .

H₃PO₄ là axit mấy nấc? H₃PO₄ là một axit 3 nấc không có tính oxi hóa bởi chúng có cấu trúc không gian tứ diện, với độ mạnh trung bình.

Cấu tạo phân tử: Axit photphoric có 3 nấc phân li với cấu tạo phân tử gồm 3 phân tử hidro liên kết với gốc PO₄.

Đặc điểm tính chất vật lý axit photphoric

Axit photphoric là chất tinh thể trong suốt, được tồn tại ở 2 dạng là chất rắn tinh thể không màu có thể tan vô hạn trong nước hoặc cồn với cấu trúc tứ diện đều và dạng thứ 2 là chất lỏng trong suốt không màu, có vị chua.

Thông thường, axit photphoric được dùng dưới dạng dung dịch đặc, sánh, không có màu, với nồng độ 85%. Đặc điểm tính chất vật lý khác của H₃PO₄ như sau:

• Axit photphoric háo nước, dễ chảy rữa và tan vô hạn trong nước theo bất kì tỉ lệ nào.
• Nhiệt độ nóng chảy: 42.5 độ C
• Nhiệt độ phân hủy: 213 độ C.
• Khối lượng riêng: 1.87 g/cm³

Tính chất hoá học của axit photphoric?

Phân li thuận nghịch

H₃PO₄ là axit mạnh hay yếu? Axit photphoric là một axit 3 nấc với độ mạnh trung bình. Trong dung dịch nước, H₃PO₄ phân li thuận nghịch theo 3 nấc cụ thể như sau:

Nấc 1: H₃PO₄ ↔ H+ + H₂PO₄^– (Sự phân li chủ yếu)

Nấc 2: H₂PO₄– ↔ H+ + HPO₄^2- (Sự phân li kém hơn)

Nấc 3: HPO₄^2- ↔ H+ + PO₄^3- (Sự phân li rất yếu)

Trong dung dịch Axit photphoric có các ion H⁺, H₂PO₄^–, HPO₄^2-, PO₄^3- và những phân tử H₃PO₄ không phân li. Mặc dù không phải là một axit mạnh, nhưng khi ở nồng độ 85% chúng vẫn có thể gây ra những kích ứng nghiêm trọng cho da khi tiếp xúc.

Axit photphoric sở hữu đầy đủ tính chất của 1 axit

Axit photphoric có đầy đủ các tính chất hóa học của một axit như sau:

• Khiến cho quỳ tím bị chuyển sang màu đỏ
• Tác dụng với oxit bazơ giúp tạo ra sản phẩm muối và nước:

2H₃PO₄ + 3Na₂O → 2Na₃PO₄ + 3H₂O

• Khi tác dụng với bazơ tạo ra muối và nước, các sản phẩm muối khác nhau tùy theo tỷ lệ phản ứng như muối axit, muối trung hòa hoặc hỗn hợp các loại muối đó.

Ví dụ:

H₃PO₄ + KOH → KH₂PO₄ + H₂O

2KOH + H₃PO₄ → K₂HPO₄ + 2H₂O

3KOH + H₃PO₄ → K₃PO₄ + 3H₂O

• Tác dụng với kim loại trước H₂, sản phẩm được tạo ra là muối và giải phóng H₂.

Ví dụ:

2H₃PO₄ + 3Mg → Mg₃(PO₄)₂ + 3H₂ ↑

• Tác dụng với muối tạo ra muối mới + axit mới.

Ví dụ:

H₃PO₄ + 3AgNO₃ → 3HNO₃ + Ag₃PO₄

• Phản ứng nhiệt phân: Ở nhiệt độ 200-250°C và 400-500°C, axit photphoric mang tính oxi hóa khử khi xảy ra phản ứng phân nhiệt:

2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O (nhiệt độ từ 200°C đến 250°C )

H₄P₂O₇ → 2HPO₃ + H₂O (nhiệt độ từ 400°C đến 500°C )

H₃PO₄ là chất điện li mạnh hay yếu?

Giải đáp: H₃PO₄ là chất điện li yếu. Ta có phương trình điện li H₃PO₄ như sau:

H₃PO₄ ⇋ H⁺ + H₂PO₄^– ⇒ k₁ = 7, 6.10^-3

H₂PO₄– ⇋ H⁺ + HPO₄^2- ⇒ k₂ = 6,2.10^-8

HPO₄^2- ⇋ H⁺ + PO₄^3- ⇒ k₃ = 4,4.10^-13

⇒ nấc 1 −> nấc 2 −> nấc 3.

Cách điều chế axit photphoric

Điều chế H₃PO₄ trong phòng thí nghiệm

Điều chế axit photphoric trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng HNO₃ ra H₃PO₄ thực hiện như sau:

Dùng HNO₃ đậm đặc để thực hiện oxy hóa photpho ở nhiệt độ cao:

P + 5HNO₃ → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

Xem thêm: ▶ Cho Si vào bình chứa F2 tạo ra phản ứng & các ứng dụng gì

Điều chế axit photphoric ở trong công nghiệp

Trong công nghiệp, H₃PO₄ sản xuất chủ yếu bằng 2 phương pháp là quá trình nhiệt phương pháp khô và quá trình ẩm ướt như sau:

• Quá trình nhiệt

Phương pháp quá nhiệt P₂O₅ ra H₃PO₄ được thực hiện như sau:

Nguyên liệu sử dụng là Photpho và không khí, P được phun vào lò đốt cháy trong không khí ở nhiệt độ từ 1527°C – 2726°C để thu được diphotpho pentaoxit P₂O_5.

Sau đó, P₂O₅ được hòa tan trong dung dịch axit phosphoric loãng. Các phản ứng được diễn ra theo quy trình:

P → P₂O₅ → H₃PO₄

Cụ thể như sau:

4P + 5O₂ → 2P₂O₅

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄

Phương pháp nhiệt thường giúp tạo ra axit photphoric đậm đặc, tinh khiết hơn, bởi vì khi đốt ở trong lò điện, hầu hết tạp chất đã được loại bỏ. Phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn rất nhiều năng lượng.

Phương pháp ướt

Với phương pháp ướt sẽ sử dụng axit sunfuric để nhằm thực hiện phân huỷ khoáng calcium phosphate, chủ yếu được tìm thấy ở trong quặng apatit bên ngoài tự nhiên.

Axit photphoric được sản xuất từ ​​fluorapatite Ca₃(PO₄)₂ (đá phốt phát) bằng cách thêm axit sunfuric đậm đặc với nồng độ 93% vào trong một loạt các lò phản ứng được khuấy trộn.

Florua bị loại bỏ ở dưới dạng hợp chất không hòa tan là Sodium silicofluoride Na₂SiF₆. Chúng có thể được cô đặc để sản xuất H₃PO₄ thương mại, chứa khoảng 62% P₂O₅ với H₃PO₄ nồng độ 85%.

Tiếp tục loại bỏ nước tạo ra được axit superphosphoric với P₂O₅ nồng độ lớn hơn 70%, tương ứng với H₃PO₄ nồng độ 100%. Quá trình ẩm ướt tạo ra H₃PO₄ và canxi sulfate CaSO₄ (thạch cao), cùng một số tạp chất không hòa tan khác.

CaSO₄ dưới dạng sản phẩm phụ được loại bỏ dưới dạng phosphogypsum với phương trình phản ứng diễn ra như sau:

Ca₅(PO₄)₃X + 5H₂SO₄ → 5CaSO₄ + 3H₃PO₄ + HX

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ đặc → 3CaSO₄ + 2H₃PO₄ (xúc tác nhiệt độ)

Axit thu được từ phương pháp trích ly mặc dù không tinh khiết nhưng vẫn sử dụng được mà không cần tinh chế thêm. Chúng thường được dùng để giúp sản xuất phân bón.

Ứng dụng của axit photphoric trong đời sống

Ứng dụng trong nông nghiệp

Khoảng 90% sản lượng axit photphoric trên thế giới dùng để thực hiện sản xuất phân bón. Chúng chủ yếu dùng để chuyển đổi thành ba loại muối phosphat sử dụng trong việc sản xuất phân bón superphosphat đơn và phân supephosphat kép. Ví dụ như: supe lân (TSP), diamonium hydrophosphate (DAP) và monoammonium dihydrogenphosphate (MAP),.. những loại phân này không chỉ được dùng để bón cho cây trồng, mà còn sử dụng để làm thành phẩm trong thức ăn gia súc.

Bên cạnh đó, H₃PO₄ cũng là chất được dùng trong việc sản xuất ra thuốc trừ sâu hiện nay.

Trong y tế

Axit photphoric chính là một thành phần cấu tạo trong xương và răng, chúng tham gia vào nhiều quá trình trao đổi chất. Axit photphoric có nồng độ dưới 35% thường dùng trong nha khoa và chỉnh hình răng, đóng vai trò là dung dịch khắc, giúp làm sạch và làm nhám cho bề mặt răng – nơi đặt thiết bị nha khoa hay các vật liệu trám răng. Bên cạnh đó, loại axit này cũng thường được sử dụng trong thuốc chống buồn nôn.

Trong mỹ phẩm

H₃PO₄ là một trong những thành phần có trong các sản phẩm làm sạch, thuốc nhuộm, nước hoa, cùng như một số sản phẩm trong làm móng, trang điểm, chăm sóc da,… chúng đóng vai trò là chất giúp thực hiện kiểm soát nồng độ pH.

Ứng dụng trong công nghiệp

H₃PO₄ ứng dụng trong công nghiệp với nhiều mục đích như:

Đây là chất phụ gia trong các loại đồ uống, mứt, thạch rau câu, pho mát hay chất tạo hương thơm cho thực phẩm bằng cách kết hợp với Hfcs (đã được xử lý enzyme) để nhằm tạo thêm vị ngọt.

Ứng dụng trong chất tẩm gỗ chống cháy, chất chống ăn mòn kim loại, là nguyên liệu trong việc sản xuất thuỷ tinh gạch men, xử lý nước, xi mạ, sản xuất các chất giặt tẩy.

Loại axit này giúp làm chậm sự phát triển của nấm mốc, vi khuẩn trong công thức đường, nên được ứng dụng để làm chất bảo quản.

Axit photphoric còn có tác dụng dùng để sản xuất các sản phẩm từ sữa. Muối của axit photphoric giúp thay đổi protein, độ pH, từ đó cải thiện chất lượng cho sản phẩm..

Xem thêm: Hóa trị là gì? Quy tắc xác định hóa trị các nguyên tố hóa học

Lưu ý quan trọng khi sử dụng axit photphoric

Axit photphoric có vai trò vô cùng quan trọng trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp. Tuy nhiên, Axit photphoric là một loại axit rất độc, nếu sử dụng sai cách sẽ gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng như:

• Axit photphoric rất dễ bay hơi, khi tiếp xúc trực tiếp với H₃PO₄ sẽ gây ra tình trạng như: cay mắt, bỏng giác mạc, suy hô hấp, kích ứng, gây cháy nổ,… Nên trong quá trình sử dụng axit photphoric, người dùng cần trang bị đầy đủ đồ bảo hộ an toàn , cũng như kiến thức cần biết khi sử dụng loại axit này.

• H₃PO₄ là nguyên liệu có trong nước ngọt, là một trong những nguy cơ làm giảm mật độ xương. Cho nên, bạn cần hạn chế tối đa việc sử dụng các loại đồ uống ngọt đóng chai có chứa loại axit này.
• H₃PO₄ khi phản ứng ở nhiệt độ cao rất dễ gây ra tình trạng cháy nổ. Cho nên khi đã sử dụng xong bạn cần phải đóng bình cẩn thận, bảo quản chúng ở những nơi khô ráo, tránh ánh nắng trực tiếp.
• H₃PO₄ được dùng trong nhiều loại thực phẩm khác nhau, lượng Photpho trong các loại thức ăn này sẽ làm tăng nguy cơ mắc các bệnh như sỏi thận, tiết niệu,.. Lời khuyên là nên hạn chế thấp nhất việc sử dụng chúng để đảm bảo an toàn cho sức khỏe.

Qua bài viết này đã giúp bạn đọc hiểu được H₃PO₄ là gì, cũng như trả lời được cho câu hỏi H₃PO₄ là chất điện li mạnh hay yếu. Từ đó áp dụng tốt vào những bài tập liên quan.