O ácido fosfórico (ácido ortofosfórico, ácido monofosfórico ou ácido fosfórico(V)) é um sólido incolor, inodoro contendo fósforo, e composto inorgânico com a fórmula química . É comumente encontrado como uma solução aquosa a 85%, que é um líquido xaroposo incolor, inodoro e não volátil. É um importante produto químico industrial, sendo componente de muitos fertilizantes.
O composto é um ácido. A remoção dos três íons dá o íon fosfato . A remoção de um ou dois prótons dá o íon dihidrogenofosfato , e o íon hidrogenofosfato , respectivamente. O ácido fosfórico forma ésteres, chamados organofosfatos.
O nome "ácido ortofosfórico" pode ser usado para distinguir este ácido específico de outros "ácidos fosfóricos", como o ácido pirofosfórico. No entanto, o termo "ácido fosfórico" frequentemente significa este composto específico; e essa é a atual nomenclatura IUPAC.
Produção O ácido fosfórico é produzido industrialmente por uma de duas rotas, processos úmidos e secos.
Processo úmido No processo úmido, minerais contendo fosfato, como hidroxiapatita de cálcio ou fluorapatita, são tratados com ácido sulfúrico.
Subprodutos incluem sulfato de cálcio () e fluoreto de hidrogênio (HF). O gás HF pode ser recuperado ao passá-lo por um lavador úmido (água) produzindo ácido fluorídrico. é mais conhecido como gesso, comumente usado na indústria da construção, no entanto o produzido a partir da produção de ácido fosfórico pode conter níveis traço de elementos radioativos como rádio. Isso o torna inadequado para uso comercial, e é chamado fosfogesso para distingui-lo. Geralmente é armazenado indefinidamente.
Em ambos os casos, a solução de ácido fosfórico geralmente contém 23–33% (32–46% ). Pode ser concentrada para produzir ácido fosfórico comercial ou de grau mercantil, que contém cerca de 54–62% (75–85% ). A remoção adicional de água produz ácido superfosfórico com concentração de acima de 70% (correspondendo a quase 100% ). O ácido fosfórico de ambos os processos pode ser purificado ainda mais removendo compostos de arsênio e outras impurezas potencialmente tóxicas.
Processo seco Para produzir ácido fosfórico de grau alimentício, o minério de fosfato é primeiro reduzido com coque em um forno de arco elétrico, para dar fósforo elementar. Esse processo também é conhecido como processo térmico ou processo de forno elétrico. Também é adicionada sílica, resultando na produção de escória de silicato de cálcio. O fósforo elementar é destilado do forno e queimado com ar para produzir pentóxido de fósforo de alta pureza, que é dissolvido em água para produzir ácido fosfórico. O processo térmico produz ácido fosfórico com uma concentração muito alta de (cerca de 85%) e baixo nível de impurezas.
No entanto, esse processo é mais caro e intensivo em energia do que o processo úmido, que produz ácido fosfórico com uma concentração menor de (cerca de 26–52%) e maior nível de impurezas. O processo úmido é o método mais comum de produção de ácido fosfórico para uso em fertilizantes.Phosphoric Acid and Phosphatic Fertilizers: A profile Mesmo na China, onde o processo térmico ainda é usado bastante devido ao carvão relativamente barato em oposição ao ácido sulfúrico, mais de 7/8 do ácido fosfórico é produzido com processo úmido.
Purificação O ácido fosfórico produzido a partir de rocha fosfática ou processos térmicos frequentemente requer purificação. Um método comum de purificação é a extração líquido-líquido, que envolve a separação do ácido fosfórico da água e outras impurezas usando solventes orgânicos, como fosfato de tributila (TBP), metil isobutil cetona (MIBK) ou n-octanol. A nanofiltração envolve o uso de uma membrana de nanofiltração pré-modificada, funcionalizada por um depósito de um polímero policatiônico de alto peso molecular de polietilenominas. A nanofiltração demonstrou reduzir significativamente as concentrações de várias impurezas, incluindo cádmio, alumínio, ferro e elementos terras-raras. Os resultados em escala laboratorial e piloto industrial mostraram que esse processo permite a produção de ácido fosfórico de grau alimentício.
A cristalização fracionada pode alcançar purezas mais altas tipicamente usadas para aplicações em semicondutores. Geralmente é usado um cristalizador estático. Um cristalizador estático usa placas verticais, suspensas no fundido alimentado e alternadamente resfriadas e aquecidas por um meio de transferência de calor. O processo começa com o resfriamento lento do meio de transferência de calor abaixo do ponto de congelamento do fundido estagnado. Esse resfriamento causa o crescimento de uma camada de cristais nas placas. Impurezas são rejeitadas dos cristais em crescimento e concentradas no fundido restante. Após a fração desejada ter sido cristalizada, o fundido restante é drenado do cristalizador. A camada cristalina mais pura permanece aderida às placas. Em uma etapa subsequente, as placas são aquecidas novamente para liquefazer os cristais e o ácido fosfórico purificado drenado para o recipiente de produto. O cristalizador é preenchido com alimentação novamente e o próximo ciclo de resfriamento é iniciado.Fractional Crystallization
Propriedades Propriedades ácidas Em solução aquosa, o ácido fosfórico comporta-se como um ácido triprótico. , pKa1 = 2,14 , pKa2 = 7,20 , pKa3 = 12,37
A diferença entre valores sucessivos de pKa é suficientemente grande para que sais de monohidrogenofosfato, ou dihidrogenofosfato, , possam ser preparados a partir de uma solução de ácido fosfórico ajustando o pH para o meio-termo entre os respectivos valores de pKa.
Soluções aquosas Soluções aquosas até 62,5% são eutéticos, exibindo depressão do ponto de congelamento tão baixa quanto −85 °C. Quando a concentração do ácido sobe acima de 62,5%, o ponto de congelamento aumenta, alcançando 21 °C a 85% (p/p; o monohidrato). Além disso, o diagrama de fases torna-se complicado, com máximos e mínimos locais significativos. Por essa razão, o ácido fosfórico raramente é vendido acima de 85%, pois além disso adicionar ou remover pequenas quantidades de umidade arrisca congelar toda a massa em sólido, o que seria um grande problema em larga escala. Um máximo local a 91,6% corresponde ao hemi-hidrato 2H3PO4•H2O, congelando a 29,32 °C. Há uma segunda depressão eutética menor a uma concentração de 94,75% com ponto de congelamento de 23,5 °C. Em concentrações mais altas, o ponto de congelamento aumenta rapidamente. O ácido fosfórico concentrado tende a super-resfriar antes que a cristalização ocorra, e pode ser relativamente resistente à cristalização mesmo quando armazenado abaixo do ponto de congelamento.
Autocondensação O ácido fosfórico está comercialmente disponível como soluções aquosas de várias concentrações, geralmente não excedendo 85%. Se concentrado ainda mais, sofre lenta autocondensação, formando um equilíbrio com ácido pirofosfórico:
Mesmo a 90% de concentração, a quantidade de ácido pirofosfórico presente é insignificante, mas acima de 95% começa a aumentar, alcançando 15% no que seria de outra forma 100% de ácido ortofosfórico.
À medida que a concentração aumenta, ácidos superiores são formados, culminando na formação de ácidos polifosfóricos. Não é possível desidratar completamente o ácido fosfórico para pentóxido de fósforo, em vez disso o ácido polifosfórico torna-se cada vez mais polimérico e viscoso. Devido à autocondensação, o ácido ortofosfórico puro só pode ser obtido por um cuidadoso processo de congelamento/fusão fracionada.
Usos
O uso dominante do ácido fosfórico é em fertilizantes, consumindo aproximadamente 90% da produção.
Aplicação Demanda (2006) em milhares de toneladas Principais derivados de fosfato Sabões e detergentes 1836 STPP Indústria alimentícia 309 STPP (), SHMP, TSP, SAPP, SAlP, MCP, DSP (), Tratamento de água 164 SHMP, STPP, TSPP, MSP (), DSP Pasta de dentes 68 DCP (), IMP, SMFP Outras aplicações 287 STPP (), TCP, APP, DAP, fosfato de zinco (), fosfato de alumínio (),
O ácido fosfórico de grau alimentício (aditivo E338) é usado para acidificar alimentos e bebidas como várias colas e geleias, proporcionando um sabor picante ou azedo. O ácido fosfórico também serve como conservante. Bebidas gaseificadas contendo ácido fosfórico, que incluiriam Coca-Cola, são às vezes chamadas de refrigerante de fosfatos ou fosfatos. O ácido fosfórico em bebidas tem potencial para causar erosão dentária. O ácido fosfórico também tem potencial para contribuir para a formação de cálculos renais, especialmente naqueles que já tiveram cálculos renais anteriormente.
Aplicações específicas do ácido fosfórico incluem: no tratamento antirrust por revestimento de conversão de fosfato ou passivação para prevenir ferro oxidação por meio do processo de Parkerização como padrão externo para ressonância magnética nuclear de fósforo-31 em célula de combustível de ácido fosfóricos na produção de carvão ativado no processamento de semicondutor composto, para gravar arseniato de índio e gálio seletivamente em relação ao fosfeto de índioWet chemical etching. umd.edu. na microfabricação para gravar nitreto de silício seletivamente em relação ao dióxido de silício na microfabricação para gravar alumínio como ajustador de pH em cosméticos e produtos de cuidados com a pele como agente sanitizante nas indústrias de laticínios, alimentos e cervejeira
O ácido fosfórico também pode ser usado para polimento químico (gravura) de metais como alumínio ou para passivação de produtos de aço em um processo chamado fosfatização.
Segurança O ácido fosfórico não é um ácido forte. No entanto, em concentrações moderadas, as soluções de ácido fosfórico são irritantes para a pele. O contato com soluções concentradas pode causar queimaduras graves na pele e danos permanentes aos olhos.
Foi demonstrada uma ligação entre a ingestão regular e prolongada de cola e osteoporose em mulheres na meia-idade tardia (mas não em homens).
Ver também Fertilizantes de fosfato, como fertilizantes de fosfato de amônio Ácido fosfórico quiral
Fontes citadas
Ligações externas
National pollutant inventory – Phosphoric acid fact sheet NIOSH Pocket guide to chemical hazards
Categoria:Ácidos minerais Categoria:Fosfatos