همه چیز درباره فسفریک اسید (Phosphoric acid) و کاربردهای آن
از اسید فسفریک خوراکی و صنعتی چه می دانید؟
فسفریک اسید (Phosphoric acid) یک اسید بی رنگ و بو با فرمول شیمیایی H3PO4 است و به صورت گسترده ای در صنایع تجاری و غذایی کاربرد دارد. این ترکیب بسیار خورنده است و معمولا به علت خواصی که دارد به عنوان نگهدارنده و همچنین به علت داشتن طعم تند و تیز در نوشیدنی ها که معروف ترین آن ها نوشابه است، استفاده می شود.
اگرچه اسید فسفریک در دسته اسیدهای قوی قرار نمی گیرد اما تحریک کننده و خورنده پوست، چشم و سایر غشاهای مخاطی است در حالیکه نمک های آن خورندگی خیلی کمتری دارند. محصول مذکور به دو شکل مایع و جامد وجود دارد که شکل مایع دارای خلوص 85 درصد است، همچنین از نظر کاربرد می توان دو گرید صنعتی و خوراکی را برای آن نام برد. برای خرید اسید فسفریک خوراکی و اطلاع از قیمت فروش عمده این اسید با ما در تماس باشید.
خواص فیزیکی و شیمیایی فسفریک اسید:
این اسید معدنی مایع بی رنگ، بدون بو، غیرفرار و کریستالی و یک اسید تری پروتیک است که به صورت مایع با چگالی بالا وجود دارد، امتزاج پذیر با آب است و از آن چگال تر است. وقتی در آب باشد هیدرولیز می شود و حرارت زیادی ایجاد می کند. این اسید یک ترکیب کیلیت دهنده است و اگر روی فلزات قرار بگیرد می تواند باعث خوردگی آن ها بشود.
این ماده به دو صورت مایع و جامد وجود دارد که نوع مایع آن میزان خلوص 85 درصد دارد، اما نوع جامدش کاملا خالص و پودری شکل است. اسید فوق می تواند به عنوان یک جدا کننده عمل کند و به بسیاری از کاتیون های دوظرفیتی مانند Fe2+، Cu2+ و Mg2+ متصل شده و آن ها را از محیط مورد نظر جدا کند، بنابراین می توان آن را به عنوان یک نرم کننده در آب سخت در نظر گرفت. همانند خرید آب اکسیژنه، تقاضای خرید این ترکیب به علت ارزان و در دسترس بودن بالاست و کاربردهای بسیار زیادی در صنعت دارد.
در ادامه ساختار و برخی خواص فیزیکی آن را مشاهده می کنید:
خواص توضیحات
فرمول شیمیایی H3PO4
جرم مولی 994/97 گرم بر مول
چگالی (دمای 25 درجه سانتیگراد) مایع : 6845/1 گرم بر مترمکعب جامد: 834/1 گرم بر مترمکعب
نقطه ذوب 40-42 درجه سانتیگراد
نقطه جوش 212 درجه سانتیگراد
حلالیت محلول در آب، اتانول و مخلوط اتر-الکل
pH (در محلول 1/0 نرمال) 1.5
خواص اسیدی
ظرفیت اسید فسفریک نسبت به هیدروژن هایی که دارد متناسب با 3 می باشد. هرسه هیدروژن موجود در این اسید، خاصیت اسیدی دارند و به ترتیب دارای ثابت تفکیک pKa1=2.14، pKa2=7.20 و pKa3=12.37 هستند. در محلول های آب، این ماده بیشتر به ترکیبی از سه آنیون آن تفکیک می شود، به جز در pH بسیار پایین که معادلات تعادلی آن در زیر مشاهده می شود:
H3PO4 + H2O ⇌ H3O+ + H2PO4− Ka1= 7.25×10−3 [pKa1 = 2.14]
H2PO4−+ H2O ⇌ H3O+ + HPO42− Ka2= 6.31×10−8 [pKa2 = 7.20]
HPO42−+ H2O ⇌ H3O+ + PO43− Ka3= 3.98×10−13 [pKa3 = 12.37]
فرآیند تولید فسفریک اسید
این اسید ضعیف را می توان با سه روش تجاری: فرآیند مرطوب، فرآیند حرارتی و فرآیند کوره خشک تولید کرد که در ادامه به شرح آنها خواهیم پرداخت:
فرآیند مرطوب :
رایج ترین و مطلوب ترین روش فرآیند مرطوب است که بیشتر برای تولید کودهای فسفاته استفاده می شود. در این روش سنگ های معدنی حاوی فسفات مانند کلسیم هیدروکسی آپاتیت با اسید سولفوریک طبق معادله زیر واکنش می دهد که طی این واکنش اسید فسفریک تولید شده و رسوب سولفات کلسیم به عنوان محصول جانبی ته نشین می شود:
Ca (PO4)3OH + 5H2SO4 → 3H3PO4 + 5CaSO4 + H2O
فرآیند حرارتی :
در فرآیند حرارتی، محصول تولید شده خلوص بسیار بالایی دارد و در ساخت مواد شیمیایی با خلوص بالاتر مانند داروها، مواد شوینده، محصولات غذایی و سایر محصولات به غیر از کود استفاده می شود به این صورت که عنصر فسفر با اکسیژن ترکیب می شود و فسفروس پنتا اکسید تولید می شود. در ادامه فسفروس پنتا اکسید را هیدراته کرد و محصول اسید مورد نظر تهیه می شود. آلاینده اصلی حاصل از فرآیند حرارتی، ذرات معلق، به شکل غبار اسیدی است.
P4 + 5O2 → 2P2O5
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
روش کوره خشک :
به علت کاهش اثرات زیست محیطی و همچنین صرفه جویی بالا در هزینه تولید، یک روش امیدوار کننده محسوب می شود. در این روش سنگ معدن فسفات با ترکیب شدن با یک منبع کربن، سیلیکا و گرما احیا می شود. این فرایند از کنترل هوا برای کنترل میزان سوختن گازهای تولید شده از بستر کوره به منظور کنترل دمای بالای کوره استفاده می کند.
کاربرد های اسید فسفریک
این اسید در دو گرید استفاده می شود که شامل گرید خوراکی و صنعتی و کشاورزی هستند.شرح موارد کاربرد را در ادامه بررسی می کنیم :
کاربرد اسید فسفریک خوراکی :
این اسید با درجه غذایی (افزودنی E338) برای اسیدی کردن غذاها و نوشیدنی ها مانند نوشیدنی های کولا (نوشابه ها) استفاده می شود. از آنجا که این ماده ارزان است استفاده زیادی از آن می شود و به هر ماده غذایی اضافه می شود طعم آن را ترش می کند. همچنین به عنوان تقویت کننده طعم، ماده شفاف کننده، ماده نگهدارنده و ماده اسیدی به غذاها افزوده می شود. نوشابه ها از جمله محصولاتی هستند که حاوی این اسید در گرید خوراکی می باشند. اسید فسفریک در نوشابه در گرید خوراکی بیشترین استفاده را دارد.
کاربرد های صنعتی :
استفاده های صنعتی از این محصول در موارد متعددی همچون تولید کود کشاورزی، شوینده ها، محصولات آرایشی و بهداشتی و… می باشد.
- فسفات ها به طور گسترده در زیست شناسی به عنوان قندهای فسفریله شده مانند DNA ، RNA و ATP یافت می شوند.
- متافسفریک اسید و آنیدرید فسفریک یک نوع از اسید فسفریک بدون آب است و به عنوان جذب کننده رطوبت و خشک کننده استفاده می شود.
- از این اسید برای واکنش با هالیدهای مختلف برای تشکیل گاز هالید هیدروژن مانند HCl و HI استفاده می شود.
- به عنوان ماده ضد زنگ و برای اسید شویی استفاده می شود
- اسید فسفریک به طور گسترده در دندانپزشکی به عنوان سفید کننده دندان و جرم گیر برای تمیز کردن سطح دندان ها استفاده می شود.
- این ماده، واسطه ای شیمیایی در تولید خوراک های کشاورزی، واکس ها، جلا دهنده ها، صابون ها و مواد شوینده است.
- برای تنظیم pH در محصولات آرایشی و بهداشتی و مراقبت از پوست استفاده می شود
- استفاده به عنوان الکترولیت در پیل های سوختی
- افزودنی به آب مقطر به عنوان الکترولیت در ژنراتورهای اکسی هیدروژن
- به عنوان جز فاز متحرک در کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا
- عامل اکسید کننده شیمیایی برای تولید کربن فعال (فرآیند Wentworth)
اسید فسفریک در کشاورزی
کود اسید فسفریک یک ماده موثر برای رشد گیاهان استفاده است. این ماده شیمیایی از گیاه در برابر آلودگی های قارچی و کپکی جلوگیری می کند. این ماده شیمیایی در گیاهان شکسته و تجزیه نمی شود ولی میزان مصرف آن باید کنترل شود.
بازار فروش و خرید اسید فسفریک
بر اساس مطالعه تحقیقاتی ، بازار جهانی خرید فسفریک اسید در سال 2019 حدود 45/85 میلیارد دلار تخمین زده شد و انتظار می رود این رقم تا سال 2026 به 60 میلیارد دلار برسد. پیش بینی می شود میزان خرید این محصول با رشد ترکیبی سالانه (CAGR) 3/7% از سال 2020 تا 2027 رشد کند. گستردگی کاربرد این محصول در مواردی همچون تولید کودهای فسفاته ، مانند مونو آمونیوم فسفات (MAP) و دی آمونیوم فسفات (DAP) ، سطح تقاضا برای این اسید را افزایش داده است. در سطح جهانی ، این اسید بعد از اسید سولفوریک ، دومین اسید معدنی محسوب می شود. این ماده در سه غلظت متفاوت جهت استفاده های متفاوت تولید می شود.
بررسی بازار منطقه ای:
آسیا و اقیانوسیه در سال 2019 بزرگترین بازار خرید اسید فسفریک را داشته است که این مقدار بیش از 48% بوده است. تخمین زده می شود این منطقه به دلیل ذخایر بالای سنگ فسفات در چین، که همچنین تولید کننده عمده آن است، موقعیت غالب خود را در طول سالهای پیش بینی حفظ کند. این کشور همچنین دارای تولید زیاد کودهای فسفاته و فسفر زرد است. با این حال، در سال های اخیر چین به دلیل مقررات دقیق در استفاده از کودهای فسفاته شاهد کاهش تقاضای محصول بوده است.
Aditya Birla Grasun Chemicals Limited (ABGCL) پیشرو در تولید اسید فسفریک خوراکی است که به طور گسترده ای توسط فرآیند حرارتی تولید می شود. پیش بینی می شود تغییر سبک زندگی و رشد اقتصادی بازار محصولات غذایی بسته بندی شده را تغییر دهد و تقاضای phosphoric acid درجه یک افزایش دهد. علاوه بر این ، از نظر حجم ، پیش بینی می شود که APAC و کشورهای آفریقایی رشد قابل توجهی را به دلیل افزایش تقاضای غذا منعکس کنند. آفریقای جنوبی یکی از بازارهای کلیدی این محصول در منطقه آفریقا است ، زیرا مشاهده می شود که این کشور به دلیل نوسانات شرایط جوی با تلاطم در تولید محصولات مواجه است.
MSDS و خطرات اسید فسفریک
این ترکیب جزو مواد خورنده است و در برخورد با پوست و چشم منجر به آسیب و سوختگی می شود اما اشتعال پذیر نیست. در هنگام استفاده از آن باید از روپوش، دستکش و عینک استفاده شود. همچنین از نگهداری آن در کنار مواد اکسید کننده و بازها خودداری شود.
خطر آتش سوزی غیر قابل اشتعال
استنشاق تحریک دستگاه تنفسی و مسمومیت
پوست و چشم آسیب جدی به پوست و ایجاد قرمزی و درد و سوختگی
بلع و گوارش آسیب جدی به دستگاه گوارش، امکان سوراخ شدن مری و معده
آیا اسید فسفریک بطور طبیعی در بدن یافت میشود؟
اسید فسفریک از ماده معدنی فسفر ساخته می شود که به طور طبیعی در بدن یافت می شود. این ماده با کلسیم کار می کند تا استخوان ها و دندان های محکمی ایجاد کند. همچنین به پشتیبانی از عملکرد کلیه و نحوه استفاده و ذخیره انرژی بدن کمک می کند. فسفر به ماهیچه های شما کمک می کند تا پس از یک تمرین سخت بهبود یابند. این ماده معدنی نقش عمده ای در رشد بدن دارد و حتی برای تولید DNA و RNA ، کدهای ژنتیکی موجودات زنده مورد نیاز است.
تاریخچه کشف اسید فسفریک چیست؟
اسید فسفریک به طور مستقل به عنوان جزئی از خاکستر استخوان در سال 1770 توسط دو شیمیدان سوئدی ، یوهان گوتلیب گان (1845-1745) و کارل ویلهلم شیله (1742-1786) کشف شد. چهار سال بعد ، شیل کشف کرد که می توان اسید را با افزودن اسید نیتریک به فسفر تولید کرد.
تاریخچه کشف اسید فسفریک چیست؟
اسید فسفریک به طور مستقل به عنوان جزئی از خاکستر استخوان در سال 1770 توسط دو شیمیدان سوئدی ، یوهان گوتلیب گان (1845-1745) و کارل ویلهلم شیله (1742-1786) کشف شد. چهار سال بعد ، شیل کشف کرد که می توان اسید را با افزودن اسید نیتریک به فسفر تولید کرد.
پودر اسید فسفریک
پودر اسید فسفریک (H3PO4) یک محصول شیمیایی بسیار مهم است. مقدار زیادی از تولید کود در جهان بر اساس این اسید است. اسید فسفریک با دو روش مختلف تولید می شود. فرآیند حرارتی که در آن اسید فسفریک با احتراق فسفر با اکسیژن اتمسفر تولید می شود و به دنبال آن هیدراتاسیون اکسید بدست آمده تولید می شود. پودر اسید فسفریک به دلیل خلوص بالا عمدتا در صنایع غذایی استفاده می شود.
آنالیز اسید فسفریک
85.7 – 85.0 (Assay(acidimetric
passes test Identity
passes test Appearance of solution
passes test Alkali phosphates0
% 0.001=> (Volatile acids (as CH3COH
% 0.0005=> (Chloride (CL
% 0.001=> (Fluoride (F
% 0.0003=> (Nitrate (NO3
passed test (Nitrate (NO3
% 0.02=> (phosphite and Hypophosphite (as H3PO3
passed test Hypophosphite , phosphite
% 0.005=> (Sulphate (SO4
% 0.001=> (Heavy metals (as pb
% 0.0002=> (As (Arsenic
% 0.0001=> (Cb (Cadmium
% 0.002=> (Cu (Copper
% 0.0005=> (Fe (iron
% 0.0001=> (Hg (Mercury
% 0.0005=> (K (potassium
% 0.03=> (Na (Sodium
% 0.001=> (pb (lead
% 0.002=> (Zn (zinc
(Residual solvents (ph.Eur/ICH
passed test Matter precipitated by anmonia
مرجع: