인산 (H3PO4) : 구조, 특성, 용도 - 화학 - 2026

인산은 화학식 H 갖는 인 옥소 산의 인 ₃ PO ₄ . 3 개의 산성 양성자가 인산 음이온 (PO ₄ ^3– )에 결합 된 무기산으로 구성됩니다 . 강산으로 간주되지는 않지만 부적절한 사용은 건강 위험을 초래할 수 있습니다.

두 가지 상태에서 찾을 수 있습니다. 두꺼운 사방 정계 결정 형태의 고체 또는 시럽 같은 결정 액체입니다. 가장 일반적인 상업적 프리젠 테이션은 85 % w / w의 농도와 1.685 g / cm ³ 의 밀도를 가지고 있습니다. 이 밀도는 집중력에서 비롯됩니다.

위의 이미지는 단일 분자의 인산을 보여줍니다. Wikimedia Commons의 Leyo 작성

세 개의 OH 그룹은 산성 수소를 기부하는 역할을합니다. 구조에 존재하기 때문에 다양한 수산화물과 반응하여 다양한 염을 생성 할 수 있습니다.

수산화 나트륨의 경우, 1 염기성 인산 나트륨 (NaH ₂ PO ₄ ), 이염 기성 인산 나트륨 (Na ₂ HPO ₄ ), 3 염기성 인산 나트륨 (Na ₃ PO ₄ )의 ₃ 가지를 형성 할 수 있습니다 .

그러나 중화에 사용되는 염기 또는 양이온과 매우 가까운 양이온에 따라 다른 인산염을 형성 할 수 있습니다. 그중에는 인산 칼슘 (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ), 인산 리튬 (Li ₃ PO ₄ ), 인산 철 (FePO ₄ ) 등이 있습니다. 인산 음이온의 양성자 화 정도가 각각 다릅니다.

반면에 인산은 Fe ²⁺ , Cu ²⁺ , Ca ²⁺ 및 Mg ²⁺ 와 같은 2가 양이온을 "격리"할 수 있습니다 . 고온에서 그것은 H의 손실 자체와 반응 할 수있는 ₂ O 분자 이량 체, 삼량 체와 인산의 중합체를 형성한다.

이러한 유형의 반응으로 인해이 화합물은 인 및 산소 골격을 가진 많은 구조를 설정할 수 있으며, 이로부터 폴리 인산염으로 알려진 광범위한 염도 얻을 수 있습니다.

그 발견과 관련하여, 이는 P 용해 로버트 보일 의해 1694 합성 ₂ O ₅ 물 (오산화 인을). 가장 유용한 무기산 중 하나이며 비료로서의 기능이 가장 중요합니다. 인은 칼륨 및 질소와 함께 식물의 세 가지 주요 영양소입니다.

화학 구조

작성자가 제공하지 않습니다. H Padleckas가 가정했습니다 (저작권 주장에 근거). , Wikimedia Commons를 통해

인산은 P = O 결합과 3 개의 P – OH로 구성되며, 후자는 용해 매질에서 방출되는 산성 수소의 운반체입니다. 인 원자를 중심으로 산소는 일종의 분자 사면체를 그립니다.

이러한 방식으로 인산은 4 면체로 시각화 될 수 있습니다. 이러한 관점에서, 상기 사면체 (H ₃ PO ₄ 단위에 의해 )는 수소 결합을 통해 서로 상호 작용한다. 즉, 정점이 거의 비슷합니다.

이러한 분자간 상호 작용은 인산 이 단사 정계 결정 시스템을 사용 하여 무수물과 반 수화물 (H ₃ PO ₄ · 1 / 2H ₂ O)의 두 가지 고체로 결정화되도록 합니다. 그것의 무수 형태는 또한 3H ₂ O · P ₂ O ₅ 공식으로 설명 될 수 있습니다. 이것은 3 수화 된 오산화 인과 같습니다.

사면체는 공유 적으로 연결될 수도 있지만이를 위해서는 탈수를 통해 물 분자를 제거해야합니다. 이것은 H ₃ PO ₄ 가 가열 될 때 발생 하고 결과적으로 폴리 인산 (PA)의 형성을 생성합니다.

이 인산 (H

모든 PA 중 가장 간단한 것은 피로 인산으로도 알려진이 인산 (H ₄ P ₂ O ₇ )입니다. 그 형성의 화학 방정식은 다음과 같습니다.

2H ₃ PO ₄ <=> H ₄ P ₂ O ₇ + H ₂ O

균형은 물의 양과 온도에 따라 다릅니다. 그 구조는 무엇입니까? 섹션의 이미지에서 오르토 인산과 피로 인산의 구조는 왼쪽 상단 모서리에 표시됩니다.

물 분자가 제거되면 두 단위가 공유 결합되어 두 단위 사이에 P – O – P 산소 브리지를 형성합니다. 이제 그들은 3 개의 산성 수소가 아니라 4 개 (4 개의 -OH 그룹)입니다. 이 때문에 H ₄ P ₂ O ₇ 에는 4 개의 이온화 상수 k _a가 있습니다.

폴리 인산

가열이 계속되면 피로 인산으로 탈수를 진행할 수 있습니다. 왜? 분자의 각 끝에는 물 분자처럼 제거 될 수있는 OH 기가 있기 때문에 P – O – P – O – P 골격의 후속 성장을 촉진합니다.

이러한 산의 예로는 트리폴리 인산과 테트라 폴리 인산이 있습니다 (둘 다 이미지에 나와 있음). P – O – P 백본이 사면체로 구성된 일종의 사슬에서 어떻게 늘어나는 지 관찰 할 수 있습니다.

이러한 화합물은 화학식 HO (PO ₂ OH) _x H 로 나타낼 수 있으며 , 여기서 HO는 탈수 될 수있는 왼쪽 끝입니다. PO ₂ OH는 P = O 및 OH 결합을 갖는 인 골격입니다. x는 상기 사슬을 얻기 위해 필요한 인산 단위 또는 분자이다.

이러한 화합물이 염기로 완전히 중화되면 소위 폴리 인산염이 생성됩니다. 어떤 양이온이 그들을 둘러싸고 있는지에 따라 다양한 폴리 인산염을 형성합니다.

반면에 ROH 알코올과 반응하면 백본의 수소가 R- 알킬 치환기로 대체됩니다. 따라서 인산 에스테르 (또는 폴리 포스페이트)가 발생합니다 : RO (PO ₂ OR) _x R. 섹션 이미지의 모든 구조에서 H를 R로 대체하면 충분합니다.

고리 형 폴리 인산

P – O – P 체인은 인산 고리 나 순환에서도 닫힐 수 있습니다. 이러한 유형의 화합물 중 가장 간단한 것은 트리 메타 인산 (이미지의 오른쪽 상단 모서리)입니다. 따라서 AP는 선형, 순환적일 수 있습니다. 또는 구조가 두 가지 유형을 모두 나타내는 경우 분기됩니다.

명명법

출처 : commons.wikimedia.org

인산의 명명법은 IUPAC와 옥소 산의 삼원 염이 어떻게 명명되는지에 의해 결정됩니다.

H ₃ PO ₄ 에서 P 원자는 원자가 +5 (가장 높은 값)를 갖기 때문에 산은 접두사 인광체-에 접미사 -ico가 할당됩니다.

직교

그러나 인산은 일반적으로 오르토 인산이라고도합니다. 왜? 'ortho'라는 단어는 그리스어이고 'true'를 의미하기 때문입니다. 그것은 그것의 "진정한 형태"또는 "더 촉촉한"으로 번역 될 것입니다.

인산 무수물이 과량의 물 (P ₄ O ₁₀ , 상단 이미지의 형광체 "캡" )으로 수화 되면 H ₃ PO ₄ (3H ₂ O · P ₂ O ₅ )가 생성됩니다. 따라서 접두사 ortho는 충분한 물로 형성된 산에 할당됩니다.

파이로

접두사 pyro는 열을 가한 후 발생하는 모든 화합물을 나타냅니다. 따라서 피로 인산 (2H ₂ O · P ₂ O ₅ )이라고합니다.

골

그리스어이기도 한 접두사 메타는 '이후'를 의미합니다. 공식이 분자를 제거한 물질,이 경우 물의 물질에 추가됩니다.

H ₃ PO ₄ => HPO ₃ + H ₂ O

이번에는 두 개의 인산 단위의 첨가가 발생하여이 인산을 형성하지 않고 대신 메타 인산이 얻어진다는 점에 유의하십시오 (그 존재의 증거가 없음).

이 산은 H ₂ O · P ₂ O ₅ (헤미 드레이트와 유사하며 HPO ₃ 에 2 를 곱함) 로 설명 할 수 있다는 점도 중요합니다 . 메타 접두사는 고리 형 PA와 완벽하게 일치합니다. 삼인산이 탈수되지만 또 다른 H ₃ PO _{4 단위} 를 추가 하여 ₄ 인산이된다면 고리를 형성해야하기 때문입니다.

IUPAC가 해당 PA의 고리 화합물이라고 부르도록 권장하지만 이것은 다른 폴리 메타 인산과 동일합니다.

속성

분자식

고 ₃ PO ₄

분자 무게

97.994g / 몰

외모

고체 형태로 사방 정계, 흡습성 및 투명한 결정을 나타냅니다. 액체 형태에서는 점성 시럽 모양의 결정질입니다.

85 % w / w 농도의 수용액으로 시판됩니다. 이 모든 프레젠테이션에서는 냄새가 없습니다.

끓는점과 녹는 점

158 ° C (760mmHg에서 316 ° F).

42.2 ° C (108 ° F).

수용성

548g의 H / 100g ₂ 20 ° C에서 O; 0.5 ° C에서 369.4g / 100ml; 14.95ºC에서 446g / 100m

밀도

1.892 g / cm ³ (고체); 1.841 g / cm ³ (100 % 용액); 1.685 g / cm ³ (85 % 용액); 1.334 g / cm ³ 25 ℃에서 50 % 수용액)

증기 밀도

공기 3,4 (공기 = 1)에 상대적입니다.

자동 점화

가연성이 아닙니다.

점도

3.86 mPoise (20 ° C에서 40 % 용액).

신맛

pH : 1.5 (0.1N 물 용액)

pKa : pKa1 = 2.148; pKa2 = 7.198 및 pKa3 = 12.319. 따라서 가장 산성 인 수소가 먼저입니다.

분해

가열되면 인 산화물을 방출합니다. 온도가 213ºC 이상으로 상승하면 피로 인산 (H ₄ P ₂ O ₇ )이됩니다.

부식성

철 금속 및 알루미늄에 부식성이 있습니다. 이러한 금속과 반응하면 수소 연료 가스가 발생합니다.

중합

아조 화합물, 에폭시 드 및 중합 성 화합물과 격렬하게 중합합니다.

응용

인산염 및 일반 용도

-인은 식물의 주요 영양소이기 때문에 비료로 사용되는 인산을 만드는 기초가됩니다.

-납 중독 및 상당한 양의 인산염이 필요한 기타 상태의 치료 및 경증 산증의 생성에 사용되었습니다.

-요로 밍크의 pH를 조절하고 신장 결석의 형성을 방지하기 위해 사용합니다.

-인산은 pKa가 6.8 인 pH 버퍼 시스템을 구성하는 Na ₂ HPO ₄ 및 NaH ₂ PO ₄ 염에서 유래합니다 . 이 pH 조절 시스템은 사람에게 존재하며 세포 내 pH 조절뿐만 아니라 말단의 수소 농도 관리 및 네프론의 세관 수집에 중요합니다.

-이 금속에 축적되는 산화철의 곰팡이 제거에 사용됩니다. 인산은 금속 표면에서 쉽게 제거 될 수있는 인산 철을 형성합니다. 또한 알루미늄의 전기 연마에 사용되며 알루미나 및 마그네시아와 같은 내화 제품의 결합제입니다.

산업

-인산은 나일론과 가솔린 생산에 촉매제로 사용됩니다. 리소그래피 조각, 섬유 산업에 사용되는 염료 생산, 고무 산업의 라텍스 응고 공정 및 과산화수소 정제에서 탈수 제로 사용됩니다.

-산은 청량 음료의 첨가제로 사용되어 맛에 기여합니다. 희석은 설탕 정제 공정에 적용됩니다. 또한 햄, 젤라틴 및 항생제를 준비 할 때 완충 시스템 역할을합니다.

-아세틸렌 생산의 산 촉매 작용에서 세제의 정교화에 참여합니다.

-축산업 및 반려 동물의 균형 잡힌 식품에 산미료로 사용됩니다. 제약 산업에서는 구토 제 제조에 사용합니다. 또한 흙을 포장하고 균열을 수리하기 위해 아스팔트를 만드는 데 사용됩니다.

-인산은 알켄의 수화 반응에서 촉매 역할을하여 알코올, 주로 에탄올을 생성합니다. 또한 토양의 유기 탄소를 측정하는 데 사용됩니다.

이의

치과 용 브래킷을 배치하기 전에 치과 의사가 치아 표면을 청소하고 컨디셔닝하는 데 사용됩니다. 또한 치아 미백 및 치석 제거에도 사용됩니다. 또한 치과 보철 용 접착제 제조에도 사용됩니다.

화장품

인산은 화장품 및 스킨 케어 제품의 pH를 조정하는 데 사용됩니다. 활성탄 생산을위한 화학 산화제로 사용됩니다.

인산의 형성

-인산은 인회석 유형의 인산염 암석에서 농축 황산으로 분해하여 제조됩니다.

Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 3 H ₂ SO ₄ + 6 H ₂ O => 2 H ₃ PO ₄ + 3 ( CaSO ₄ .2H ₂ O)

이 반응에서 얻은 인산은 순도가 낮기 때문에 침전, 용매 추출, 결정화 및 이온 교환 기술을 포함하는 정제 공정을 거칩니다.

-오산화 인을 끓는 물에 녹여 인산을 생산할 수 있습니다.

-공기와 수증기의 혼합물로 인을 가열하여 얻을 수도 있습니다.

P ₄ (l) + 5 O ₂ (g) => P ₄ O ₁₀ (초)

P ₄ O ₁₀ (s) + H ₂ O (g) => 4H ₃ PO ₄ (l)

위험

-상온에서 증기압이 낮기 때문에 산을 분사하지 않으면 증기가 흡입되지 않습니다. 그렇다면 흡입 증상에는 기침, 인후통, 숨가쁨, 호흡 곤란이 포함됩니다.

-문헌에는 인산 연기에 장기간 노출 된 선원의 사례가 언급되어 있습니다. 그는 전반적인 쇠약, 마른 기침, 흉통 및 호흡 문제를 겪었습니다. 노출 후 1 년 이내에 반응성기도 기능 장애가 관찰되었습니다.

-인산과의 피부 접촉은 피부의 발적, 통증, 물집 및 화상을 유발할 수 있습니다.

-산과 눈의 접촉은 그 농도와 접촉 시간에 따라 눈에 영구적 인 눈 손상과 함께 부식성 조직 손상 또는 심한 화상을 일으킬 수 있습니다.

-산을 섭취하면 입과 목이 타는듯한 느낌, 흉골 너머로 타는듯한 느낌, 복통, 구토, 쇼크, 쓰러짐이 발생합니다.

참고 문헌

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