Kwasy fosforowe – właściwości

Kwasy fosforowe to grupa tlenowych kwasów nieorganicznych, różniących się stopniami utlenienia, budujących je atomów fosforu. Fosfor może występować w nich na 3 różnych stopniach utlenienia: I, III i V.

Do kwasów fosforowych należą:

- kwas fosforowy (I) (kwas fosfinowy, kwas podfosforawy) – HPH2O2
- kwas ortofosforowy (III) (kwas fosfonowy, kwas fosforawy) – H3PO3
- kwas ortofosforowy (V) (kwas fosforowy) – H3PO4
- kwas pirofosforowy (V) – H4P2O7
- kwas metafosforowy (V) – HPO3

Najważniejszym kwasem fosforowym jest kwas ortofosforowy (V).

Kwas ortofosforowy (V) (kwas fosforowy, wzór sumaryczny – H3PO4) jest kwasem nieutleniającym o średniej mocy. Ma postać bezbarwnych kryształów o gęstości  1,87 g/cm3). Dobrze rozpuszcza się w wodzie (548 g/100 g) i etanolu. Masa molowa kwasu wynosi 98,00 g/mol.

Temperatura topnienia kwasu ortofosforowego (V) to 42,35 ºC. Jego temperatura wrzenia jest równa 407 ºC.

Bezwodnikiem kwasu ortofosforowego (V) jest dekatlenek tetrafosforu (P4O10) – rozpuszczenie go w gorącej wodzie prowadzi do powstania kwasu:

P4O10 + 6H2O → 4H3PO

W skali przemysłowej do produkcji kwasu ortofosforowego (V) wykorzystuje się reakcje kwasu siarkowego (VI) z fosforanem wapnia (silniejszy kwas wypiera słabszy z jego soli):

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4 + 2H3PO4

Kwas ortofosforowy (V), posiadając w cząsteczce  trzy atomy wodoru, ulega trzystopniowej dysocjacji:

H3PO4 + H2O ⇄ H2PO−4 + H3O+     K1 = 1,1×10−2
H2PO−4 + H2O ⇄ HPO2−4 + H3O+     K2 = 1,2×10−7
HPO2−4 + H2O ⇄ PO3−4 + H3O+     K3 = 1,8×10−12

Ogrzewanie kwasu fosforowego (V) powyżej 300 ºC skutkuje wytworzeniem kwasu metafosforowego (HPO3):

H3PO4 → HPO3 + H2O

W roztworze o niedostatecznej ilości wody kwas fosforowy może ulegać polimeryzacji. Powstają wtedy związki o wzorze ogólnym H2O•(HPO3)x, m.in. kwas pirofosforowy (H4P2O7). Polimeryzacja taka jest łatwo odwracalna – wystarczy dodać do roztworu odpowiednią ilość wody i całość podgrzać.

Kwas fosforowy (V) i jego sole odgrywają szereg istotnych ról w biochemii organizmów żywych. Są odpowiedzialne za buforowe właściwości płynów ustrojowych – zapobiegają zmianom pH. Są składnikami kwasów nukleinowych i nośników energii (np. ADP, ATP), a reakcje fosforylacji i defosforylacji kształtują aktywność biologiczną białek.

W przemyśle spożywczym kwas fosforowy (V) stosowany jest jako dodatek do napojów gazowanych typu cola oraz jako czynnik oczyszczający w produkcji cukru. Wykorzystuje się go również do produkcji nawozów sztucznych i środków farmaceutycznych.