מגיב חומצה זרחתית CAS 7664-38-2

מגיב חומצה זרחתית, הידועה גם בשם חומצה אורתופוספורית, היא חומצה אנאורגנית רבת פנים עם הנוסחה הכימית H₃PO₄. הוא קיים באופן טבעי במינרלים שונים וניתן לסנתז אותו באופן תעשייתי באמצעות מספר תהליכים. הנוזל חסר הצבע והסירופ הזה הוא מאכל מאוד ובעל ריח אופייני המזכיר חומץ.

הוא ממלא תפקיד מכריע בתעשיות רבות. בחקלאות, הוא משמש כמרכיב מרכזי בדשנים, ומספק לצמחים חומרי הזנה זרחן חיוניים, החיוניים לצמיחתם ולהתפתחותם. תעשיית המזון משתמשת בו באופן נרחב כחומר חומצה, משמר ומשפר טעם במשקאות, בשרים מעובדים ומוצרי חלב, מה שמשפר את הטעם ומאריך את חיי המדף.

יתרה מכך, הוא מוצא יישומים בייצור חומרי ניקוי וחומרי ניקוי בשל יכולתו לרכך מים ולהסיר כתמים. הוא משמש גם בייצור של קרמיקה, זכוכית ואמייל, שם הוא משמש כשטף להורדת טמפרטורת ההיתוך ולשיפור איכות המוצר המוגמר.

בתעשייה הכימית, הוא משמש כחומר גלם לייצור תרכובות אחרות המכילות זרחן-, כגון פוספטים, אסטרים ותרכובות זרחן אורגניות. בנוסף, יש לו יישומים רפואיים, כולל שימוש בג'לים לחריטת שיניים להכנת אמייל השן להדבקה.

עם זאת, יש לאזן את השימוש הנרחב בו בזהירות, שכן חשיפה מוגזמת עלולה לגרות את העור, העיניים ומערכת הנשימה. נוהלי טיפול וסילוק נכונים חיוניים כדי למזער סיכונים סביבתיים ובריאותיים הקשורים לחומצה זרחתית.

הכימאי הקדום ביותר שלמדמגיב חומצה זרחתיתהיה הכימאי הצרפתי Lavoisier. ב-1772 הוא עשה ניסוי כזה: הכניס זרחן לצנצנת פעמון אטומה בכספית כדי לגרום לו לשרוף. בהתבסס על תוצאות הניסוי, המסקנה היא שניתן לשרוף כמות מסוימת של זרחן בנפח מסוים של אוויר; כאשר הזרחן נשרף, הוא מייצר פתיתים לבנים של זרחן נטול מים, כמו שלג דק; לאחר הבעירה, האוויר בבקבוק נשאר כ-80% מהקיבולת המקורית; זרחן כבד בערך פי 2.5 לאחר הבעירה מאשר לפני הבעירה; האבקה הלבנה מומסת במים ליצירת המוצר. Lavoisier גם הוכיח שניתן להכין אותו על ידי תגובה של חומצה חנקתית מרוכזת וזרחן.

כמאה שנים מאוחר יותר, הכימאי הגרמני לי בישי ערך ניסויים רבים בכימיה חקלאית כדי לחשוף את הערך של זרחן וחומצה זרחתית לחיי הצומח. תפקידה של הכימיה האורגנית בחקלאות ובפיזיולוגיה, שנכתב על ידי ליביץ' ב-1840, הדגים מדעית את בעיית פוריות הקרקע והצביע על תפקידו של הזרחן בצמחים. במקביל, הוא גם חקר עוד יותר את היישום והפוספט כדשן, ומכאן ואילך, הייצור נכנס לעידן של ייצור-בקנה מידה גדול.

חומצה אורתופוספורית היא חומצה זרחתית המורכבת מטטרהדרון חמצן זרחני יחיד. במולקולה, אטום P הוא SP3 היברידי, ובין שלושת האורביטלים ההיברידיים נוצרים בין שלושת האורביטלים ההיברידיים ואטום החמצן σ Bond, הקשר P-O השני נוצר מקשר מזרחן לחמצן σ ושני קשרי D-P מחמצן לזרחן. σ הקשר נוצר על ידי תיאום של זוג אלקטרונים זוג בודדים על אטום הזרחן למסלול הריק של אטום החמצן. D ← קשר קואורדינציה P נוצר על ידי חפיפה של שני זוגות של אלקטרונים זוג בודדים על האורביטלים PY ו-PZ של אטום חמצן ו-dxz ו-dyz אורביטלים ריקים של אטום זרחן. מכיוון שרמת האנרגיה התלת-ממדית של אטום זרחן גבוהה בהרבה מרמת האנרגיה 2p של אטום חמצן, האורביטל המולקולרי הנוצר אינו יעיל במיוחד, ולכן הקשר P-O הוא קשר משולש מבחינת מספר, אבל הוא נמצא בין קשר יחיד לקשר כפול מבחינת אנרגיית הקשר ואורך הקשר. קשרי מימן קיימים גם ב-H3PO4 הטהור וגם בהידרט הגבישי שלו, וזו עשויה להיות הסיבה לצמיגות של התמיסה המרוכזת.

חומצה זרחתית, כחומצה אנאורגנית חשובה, ממלאת תפקיד שאין לו תחליף בתחומים שונים כגון ריפוי וליטוש, צביעת טקסטיל ותהליכים ביוכימיים בשל תכונותיה הכימיות הייחודיות. שלוש קבוצות ההידרוקסיל (- OH) במבנה המולקולרי שלו מעניקות לו תכונות חומצה פוליאונית, מה שמאפשר לו ליצור פוספטים יציבים ולהשיג תפקוד חציצה על ידי התאמת pH, מה שהופך אותו לחומר מפתח בייצור תעשייתי ובחילוף חומרים ביולוגי.

תעשיית ריצוף וליטוש: חרטים מדויקים לטיפול במשטחי מתכת

 

1. רכיבי ליבה של תמיסת אלקטרופוליש
מגיב חומצה זרחתיתתופסת עמדת ליבה בתהליך הליטוש החשמלי, וצמיגותו הגבוהה, המסיסות הכימית הנמוכה והיווצרות קלה של סרט מגן הופכים אותו לבחירה אידיאלית עבור ליטוש מתכות כגון פלדה ופלדת אל חלד. אם לוקחים דוגמה ליטוש אלקטרו מנירוסטה, ריכוז החומצה הזרחתית נשלט בדרך כלל בטווח של 60% -85%, והוא מעורבב עם חומצה גופרתית, חומצה כרומית וכו' ביחס ספציפי ליצירת אלקטרוליט צמיג. מנגנון הפעולה שלו הוא כדלקמן:

 

בקרת שכבת דיפוזיה: חומצה זרחתית בעלת צמיגות גבוהה יוצרת שכבת דיפוזיה על פני המתכת, מאטה את קצב הדיפוזיה של יוני מתכת, מונעת קורוזיה מקומית מוגזמת ומבטיחה פירוק משטח אחיד.
הגנה מסרט דק: סרט הפוספט שנוצר מתגובה עם מתכת מכסה את פני השטח, מעכב פירוק כימי, מאפשר פירוק מיקרו אלקטרוכימי בלבד ומשיג אפקט "פילוס וליטוש".
ויסות צפיפות זרם: תחת מערכת זו, צפיפות זרם הגבלת הליטוש נמוכה יחסית (כ-10-50A/dm ²), תוך שמירה על תהליך ליטוש יציב ומניעת אבלציה או חספוס מוגזם.

 

2. ביצועי אופטימיזציה של נוסחה מורכבת
ביישומים מעשיים, הוא מתחבר לעתים קרובות עם חומצות אחרות:
חומצה גופרתית: הוספת חומצה גופרתית של 5% -15% יכולה לשפר את מהירות הליטוש והבהירות, אך כמות מוגזמת עלולה להוביל לקורוזיה מוגברת. לדוגמה, תמיסת ליטוש פלדת אל-חלד מסויימת מורכבת עם 70% חומצה זרחתית, 10% חומצה גופרתית, 5% גליצרול ו-15% מים. לאחר ליטוש ב-60 מעלות למשך 10 דקות, ניתן להפחית את חספוס פני השטח מ-Ra1.2 מיקרומטר ל-Ra0.2 מיקרומטר.

 

חומצה כרומית: כמות קטנה של חומצה כרומית (2% -5%) מקדמת יצירת סרט תחמוצת ומשפרת את אפקט הפילוס. עם זאת, עקב לחצים סביבתיים, תהליכים מודרניים מחליפים בהדרגה חומצות אורגניות כמו חומצת לימון וחומצה טרטרית.
תוספים: חומרים אורגניים כגון גליצרול וג'לטין יכולים לשפר את איכות פני השטח ולהפחית את הגלעין; תיאוריאה ומעכבי קורוזיה אחרים מגנים על אזורים לא מלוטשים.

 

3. נקודות מפתח של בקרת פרמטרים של תהליך
טמפרטורה: נשלטת בדרך כלל בין 50-80 מעלות. הגדלת הטמפרטורה יכולה להאיץ את קצב הפירוק, אך מעבר ל-85 מעלות יכולה להוביל לאידוי מהיר של התמיסה ולעלויות גבוהות יותר.
צפיפות זרם: התאם בהתאם לחומר המתכת, עם פלדת פחמן בטווח של 10-30A/dm ² ופלדת אל חלד בטווח של 20-50A/dm ². צפיפות זרם מופרזת עלולה לגרום בקלות לקורוזיה בבור.
זמן: יש לשלוט בקפדנות על זמן הליטוש, למשל, מספיק ליטוש סגסוגת אלומיניום למשך 3-5 דקות. אם הוא ארוך מדי, זה יגרום לחספוס פני השטח.

תעשיית הטקסטיל והצביעה: 'השומר הבלתי נראה' של צבע ואיכות

 

1. צביעה והדפסה של חומרי חומר וזרזים
ממלא תפקידים מרובים בצביעת טקסטיל:
שדכן: יוצר קומפלקסים עם יוני מתכת (כגון אלומיניום וברזל) כדי לשתק את מולקולות הצבע. לדוגמה, כאשר צובעים אינדיגו, חומר חומר מעורב אלומיניום פוספט יכול לשפר את יציבות הצבע ב-1-2 רמות.
זרז: מאיץ את התגובה בין צבע לסיבים. בצביעה תגובתית, ניתן להפחית את אנרגיית ההפעלה של התגובה, מה שמאפשר לקבע את הצבע תוך 30 דקות ב-60 מעלות, שזה קצר ב-50% מהתהליך ללא זרז.
ווסת PH: שומר על יציבות ה-pH של תמיסת הצבע. בעת צביעת סיבי כותנה, מערכת חיץ פוספט (pH 6-7) יכולה למנוע הידרוליזה של צבע ולהגביר את ספיגת הצבע ב-10% -15%.

 

2. חומר מבריק משי וחומר נגד עכירות
שיפור ברק: העיבוד יכול ליצור מבנה מיקרו-גבישי על פני השטח של המשי, לשפר את האור המוחזר ולהגדיל את הברק ב-20% -30%. לאחר טיפול בתערובת של חומצה זרחתית (5 גרם/ליטר) ונתרן סולפט (20 גרם/ליטר), גדלה הברק של בד משי מסוים מ-75 ל-92 (מכשיר בדיקה: Datacolor 650).
הגנה נגד עכירות: מגיבה עם סיבים ליצירת אסטרים של פוספט, הפחתת אנרגיית פני השטח ומזעור זיהום שמן. הניסוי הראה כי זווית המגע של בד כותנה שטופל בחומצה זרחתית עם שמן מאכל עלתה מ-65 מעלות ל-110 מעלות, ורמת הנטייה למניעת זיהום הגיעה לרמה 4 (GB/T 30159-2013).

 

3. אופטימיזציה של חומר תיקון ותהליכי צביעה
מנגנון צבע אחיד: יוצר קשרי מימן או קשרים יוניים עם מולקולות צבע כדי לשפר את חוזק הקישור. לדוגמה, לאחר צביעה ישירה עם צבעים, טיפול בתערובת של חומצה זרחתית (3%) וחומר קיבוע Y (2%) יכול לשפר את יציבות הצבע (שפשוף/כביסה) ב-0.5-1 רמה.
פרמטרי תהליך: טמפרטורת הצביעה נשלטת בדרך כלל על 80-95 מעלות, הזמן הוא 60-90 דקות, והמינון מותאם לפי סוג הצבע (צבע פעיל 1% -3%, צבע חומצי 3% -5%).

תהליכים ביוכימיים: 'מרכז האנרגיה' של פעילויות החיים

 

1. שלד ביומולקולרי ונשא אנרגיה
זהו מרכיב ליבה של מערכת החיים:
מבנה חומצת גרעין: בסליל הכפול של ה-DNA, קבוצות פוספט מתחלפות עם דאוקסיריבוז ליצירת שרשרת עמוד שדרה, הצורכת 10 מולקולות פוספט לכל 10 זוגות בסיסים. חומצה זרחתית ב-RNA משתתפת גם היא בבניית השלד, אך המבנה החד-גדילי מקל על הפירוק.
מטבע אנרגיה ATP: במולקולות ATP, שלוש קבוצות פוספט מחוברות בקשרי פוספט באנרגיה גבוהה- ומשחררות אנרגיה בהידרוליזה (Δ G דרגת '=-30.5 kJ/mol). גוף האדם מסנתז כ-50 ק"ג ATP ליום כדי לענות על צורכי אנרגיה כגון כיווץ שרירים והולכה עצבית.

 

קרום פוספוליפידים: קרום התא מורכב משכבות דו-שכבות של פוספוליפידים, כל מולקולת פוספוליפיד מכילה קבוצת פוספט, ויוצרת ראש הידרופילי וזנב הידרופובי כדי לבנות יחד מחסום תאים.

2. ויסות מטבולי והעברת אותות
מטבוליזם של סוכר: זרחון הוא שלב מרכזי במטבוליזם של סוכר. לדוגמה, גלוקוז, המזרז על ידי הקסוקינאז, צורך מולקולה אחת של ATP כדי ליצור גלוקוז-6-פוספט, אשר נכנס למסלול הגליקוליזה. כל מולקולה של גלוקוז יכולה ליצור 2 מולקולות של ATP באמצעות גליקוליזה.

 

שינוי חלבון: זרחון חלבון הוא מנגנון הליבה של העברת אותות תאית. כ-5% מהגנים בגנום האנושי מקודדים לקינאזות חלבון, שיכולות לזרז את הזרחון של חומצות אמינו ספציפיות (סרין, תראונין, טירוזין) בחלבונים, לווסת את פעילות האנזים, מחזור התא ותהליכים נוספים.
מערכת חוצץ: מי מלח מאוחסן בפוספט (PBS) הוא מגיב נפוץ בניסויים ביוכימיים, עם ערכי pKa (pKa 1=2.15, pKa 2=7.20, pKa 3=12.35) המכסים את טווח ה-pH הפיזיולוגי (6.8-7.4), שיכול לשמור על יציבות פעילות האנזים. לדוגמה, שטיפת תאים עם PBS (pH 7.4) במהלך מיצוי DNA יכולה למנוע פירוק DNA.

 

3. יישומים ביוכימיים תעשייתיים
מדיום תסיסה: פוספטים הם חומרים מזינים חיוניים לצמיחת חיידקים, המעורבים בסינתזה של ATP ומטבוליזם של חומצות גרעין. לדוגמה, כאשר מייצרים אינסולין באמצעות תסיסה של Escherichia coli, יש לשלוט בריכוז האשלגן פוספט במצע התרבות ב-5-20mM, שכן ריכוז נמוך מדי עלול להוביל להאטה בצמיחה של חיידקים.
תגובה מזורזת אנזים: פוספטים יכולים לשמש כקופקטורים או מפעילים של אנזים. לדוגמה, כאשר פוספטאז אלקליין מזרז את ההידרוליזה של מונו-אסטרים של פוספט, נדרשת ההשפעה הסינרגטית של Mg ² ⁺ ויוני פוספט, מה שיכול להגביר את קצב התגובה פי 10 ³.

מגיב חומצה זרחתיתממלא תפקיד שאין לו תחליף בציפוי אלקטרוני וליטוש, צביעת טקסטיל ותהליכים ביוכימיים בשל תכונותיו הכימיות הייחודיות. מגילוף מדויק על משטחי מתכת ועד להעברת אנרגיה בפעילויות החיים, מטקסטיל צבעוני לייצור תעשייתי ירוק ובר קיימא, הנוכחות של חומצה זרחתית נמצאת בכל מקום.

תגיות פופולריות: מגיב חומצה זרחתית cas 7664-38-2, ספקים, יצרנים, מפעל, סיטונאי, קנייה, מחיר, בתפזורת, למכירה