Kyselina fosforečná

Kyselina fosforečná (přesněji kyselina trihydrogenfosforečná), je trojsytná kyselina, tzn. že v její struktuře jsou tři hydroxylové skupiny schopné odštěpit proton. Jeden atom kyslíku je vázaný přímo. Typ hybridizace atomových orbitalů je sp³; tvarem je pravidelný čtyřstěn neboli tetraedr.

Kyselina fosforečná
Obecné
Systematický název	Kyselina orto-fosforečná
Ostatní názvy	Kyselina trihydrogen(tetraoxo)fosforečná
Anglický název	Phosphoric acid
Německý název	Phosphorsäure
Sumární vzorec	H3PO4
Vzhled	Bezbarvá krystalická látka
Identifikace
Registrační číslo CAS	7664-38-2
EC-no (EINECS/ELINCS/NLP)	231-633-2
Indexové číslo	015-011-00-6
Vlastnosti
Molární hmotnost	97,996 g/mol
Molární koncentrace cM	18,55 mol/dm3 (100% roztok, 20 °C)
Teplota tání	213 °C 29,25 °C (hemihydrát)
Teplota varu	255,3 °C
Teplota rozkladu	213 °C (ztráta 1/2 molekuly vody, vznik kyseliny dihydrogenfosforečné)
Hustota	1,834 g/cm³ (18 °C) 1,825 g/cm³ (20 °C) 1,78 g/cm³ (hemihydrát)
Index lomu	1,455 (hrana a) 1,504 (hrana b) 1,505 (hrana c) 1,485 (hrana a, hemihydrát) 1,492 (hrana b, hemihydrát) 1,519 (hrana c, hemihydrát)
Disociační konstanta pKa	2,16 (první) 7,21 (druhá) 12,67 (třetí)
Rozpustnost ve vodě	Rozpustná v jakémkoliv poměru
Struktura
Krystalová struktura	jednoklonná (anhydrid i hemihydrát)
Hrana krystalové mřížky	a= 578 pm b= 484 pm c= 1 165 pm β= 95° 35´ a= 794 pm (hemihydrát) b= 1 294 pm (hemihydrát) c= 738 pm (hemihydrát) β= 109° 25´ (hemihydrát)
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°	−1 281,1 kJ/mol −1 436 kJ/mol (hemihydrát)
Entalpie tání ΔHt	108 J/g
Entalpie rozpouštění ΔHrozp	−112 J/g
Standardní molární entropie S°	110,5 J K−1 mol−1
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf°	−1 125 kJ/mol
Izobarické měrné teplo cp	1,083 J K−1 g−1
Bezpečnost
GHS05 [1] Nebezpečí[1]
H-věty	H314
R-věty	R34
S-věty	S1/2, S26, S45
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Vzorec kyseliny fosforečné je H₃PO₄. Další název je kyselina orthofosforečná. Je to středně silná kyselina. Za normálních podmínek ji tvoří bezbarvé tvrdé kosočtverečné hygroskopické krystalky. Tvoří tři řady solí: fosforečnany, hydrogenfosforečnany a dihydrogenfosforečnany. Na vzduchu rozplývavá látka. Na rozdíl od kyseliny dusičné nemá oxidační vlastnosti. Většinu kovů nerozpustí, protože se ve zředěné kyselině fosforečné vytváří na jejich povrchu vrstva nerozpustných fosforečnanů. Zahříváním uvolňuje kyselina trihydrogenfosforečná molekuly vody.

Příprava

Kyselina fosforečná se připravuje reakcí oxidu fosforečného s vodou:

${\displaystyle {\mathsf {P_{4}O_{10}+6\,H_{2}O\ \to \ 4\,H_{3}PO_{4}}}}$

Výroba

Kyselina fosforečná se vyrábí hlavně termickým procesem, který spočívá ve spalování roztaveného fosforu ve směsi vzduchu a vodní páry

${\displaystyle {\mathsf {P_{4}+5\,O_{2}\ \to \ P_{4}O_{10}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {P_{4}O_{10}+6\,H_{2}O\ \to \ 4\,H_{3}PO_{4}}}}$

Druhou možností její výroby je reakce kyseliny sírové s přírodním fosfátem:

${\displaystyle {\mathsf {Ca_{5}(PO_{4})_{3}F+5\,H_{2}SO_{4}+10\,H_{2}O\ \to \ 3\,H_{3}PO_{4}+5\,CaSO_{4}\cdot 2\,H_{2}O+HF}}}$

Další možnosti přípravy

Kyselina fosforečná se dá připravit ještě třemi metodami:

1. spalováním fosfanu (dříve fosfin):

${\displaystyle {\mathsf {PH_{3}+2\,O_{2}\ \to \ H_{3}PO_{4}}}}$

2. pyrolýzou (rozklad kyseliny fosforité):

${\displaystyle {\mathsf {4\,H_{3}PO_{3}\ \to \ PH_{3}+3\,H_{3}PO_{4}}}}$

3. reakcí s halogeny:

${\displaystyle {\mathsf {POX_{3}+H_{2}O\ \to \ H_{3}PO_{4}+HX}}}$

Disociace

Kyselina trihydrogenfosforečná disociuje do tří stupňů:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\mathsf {1.}}\quad &{\mathsf {H_{3}PO_{4}\,(s)+H_{2}O\,(l)\ \to \ H_{3}O^{+}\,(aq)+H_{2}PO_{4}^{-}\,(aq)}}\qquad &{\mathsf {K_{a1}}}&=\mathrm {6,91\cdot 10^{-3}} \\[10pt]{\mathsf {2.}}\quad &{\mathsf {H_{2}PO_{4}^{-}\,(aq)+H_{2}O\,(l)\ \to \ H_{3}O^{+}\,(aq)+HPO_{4}^{2-}\,(aq)}}\qquad &{\mathsf {K_{a2}}}&=\mathrm {6,17\cdot 10^{-8}} \\[10pt]{\mathsf {3.}}\quad &{\mathsf {HPO_{4}^{2-}\,(aq)+H_{2}O\,(l)\ \to \ H_{3}O^{+}\,(aq)+PO_{4}^{3-}\,(aq)}}\qquad &{\mathsf {K_{a3}}}&=\mathrm {2,14\cdot 10^{-13}} \end{aligned}}}$

Použití

Kyselina fosforečná se používá při zpracování ropy a při úpravě kovů. Využívá se také při výrobě nealkoholických nápojů (používá se označení E338; obsahuje ji například Coca-Cola) a při výrobě zubních tmelů. Také je důležitou surovinou pro výrobu směsi nazývané trojitý superfosfát, který vzniká reakcí kyseliny fosforečné s přírodními fosfáty. Dále je kyselina fosforečná hlavní složkou odrezovače.

Biologický význam

Kyselina fosforečná je zdrojem fosforu, stabilizuje v potravinách i v trávicím systému některé antioxidanty. Stabilizuje genetický kód DNA, protože tvoří esterové můstky, které drží šroubovici DNA, aby se nerozpadla. Další důležitou funkcí kyseliny fosforečné je její schopnost tvořit makroergické vazby v ATP, dále s glukózou, fruktózou a kyselinou pyrohroznovou. Při odštěpení molekul této kyseliny se uvolní energie 12 kcal/mol, která je okamžitě zpracována pro další funkce a reakce v buňce. ^[2]