W chemii nieorganicznej kwasów zawierających fosfor jest sporo. Kwas fosforowy (V), zwany również kwasem ortofosforowym i wyrażany wzorem strukturalnym H3PO4, to charakterystyczny związek o bardzo szerokim zastosowaniu przemysłowym. Czy jego wykorzystanie jest jednak bezpieczne?
Skąd się bierze kwas fosforowy?
Istnieją dwie podstawowe metody pozyskiwania kwasu fosforowego. Pierwsza z nich, zwana mokrą, wykorzystuje fosforan wapnia naturalnie występujący w skałach pod postacią minerałów takich jak apatyty czy fosforyty. Poddany działaniu kwasu siarkowego przekształca się on w łatwy do odfiltrowania siarczan wapnia oraz przemysłowej jakości kwas fosforowy (V).
Alternatywnie, kwas o przeznaczeniu spożywczym i chemicznym produkuje się również poprzez izolację czystego fosforu w elektrycznym piecu łukowym, a następnie przekształcenie go w dekatlenek tetrafosforu. Związek poddaje się następnie działaniu gorącej wody, uzyskując w rezultacie czysty, wysokiej jakości kwas fosforowy (V).
Właściwości kwasu fosforowego (V)
Czysty kwas fosforowy jest krystalicznym ciałem stałym pozbawionym barwy i zapachu. Doskonale rozpuszczalny w wodzie, tworzy przeźroczysty roztwór, który w wysokim stężeniu jest silnie żrący. Roztwory o wyższych stężeniach charakteryzują się bardzo niskim pH – doskonale nadają się więc do zakwaszania.
Związek ma właściwości korozyjne i reaguje z aktywnymi metalami typu aluminium czy żelazo, uwalniając przy tym wodór. Ponadto ma charakter higroskopijny, dzięki czemu skutecznie pochłania wodę z otoczenia.
W temperaturze 42,35°C kryształy kwasu fosforowego ulegają stopieniu. Temperatura wrzenia wynosi przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym 212°C.
Nawozy sztuczne – główne zastosowanie kwasu fosforowego
Kwas fosforowy (V) wykorzystywany jest przede wszystkim do produkcji nawozów mineralnych. Substancje te stosowane w rolnictwie na szeroką skalę mają za zadanie dostarczać roślinom uprawnym idealnych proporcji niezbędnych dla wzrostu pierwiastków, zwłaszcza azotu, fosforu i potasu. Kluczowymi nawozami fosforowymi są przede wszystkim superfosfaty odznaczające się wysokim poziomem przyswajalności.
Niestety, konsekwencją wysokiego zużycia nawozów fosforowych jest przedostawanie się dużych ilości fosforu do środowiska naturalnego. W rezultacie dochodzi do eutrofizacji zbiorników wodnych, co dalej prowadzi do poważnego zaburzenia równowagi biologicznej.
Inne przykłady wykorzystania kwasu fosforowego
Nawet 90% globalnej produkcji kwasu fosforowego znajduje zastosowanie w produkcji chemicznych środków ochrony roślin. Pozostała część wykorzystywana jest przede wszystkim w przemyśle spożywczym. Jako dodatek do żywności E338, kwas fosforowy (V) pełni funkcję regulatora kwasowości i obecny jest w wielu popularnych napojach gazowanych – m.in. odpowiada za charakterystyczny smak Coca-Coli.
E338 jest również inhibitorem rozwoju bakterii i pleśni, przez co zwiększa bezpieczeństwo produktów spożywczych (np. dżemów) i przedłuża ich trwałość. Sole kwasu fosforowego nie tylko regulują kwaśność, ale także modyfikują proteiny mleczne, w związku z czym są wykorzystywane do produkcji nabiału.
Inne zastosowania kwasu fosforowego obejmują:
- przemysł chemiczny i farmaceutyczny,
- produkcję fosforanowych powłok ochronnych zapewniających metalom właściwości antykorozyjne,
- stomatologię i ortodoncję (związek służy do wytrawiania powierzchni zębów),
- produkcję ogniw paliwowych,
- sanityzację zakładów mleczarskich i browarniczych,
- procesy odrdzewiania elementów metalowych.
Ponadto sole kwasu fosforowego mają zastosowanie także w pracach laboratoryjnych, produkcji mydeł i detergentów oraz procesie oczyszczania wody.
Szeroka gama produktów bazujących na związkach fosforoorganicznych, również pochodzących od kwasu fosforowego (V), dostępna jest w ofercie Grupy PCC. Dostępne produkty min. z serii fosfonianów czy też fosforanów można znaleźć w Katalogu na Portalu Produktowym.
Czy kwas fosforowy jest niebezpieczny?
W organizmie ludzkim znajdują się ograniczone ilości kwasu fosforowego i jego soli. Odpowiadają one za prawidłowe pH płynów ustrojowych, ale także budują kwasy nukleinowe oraz molekularne nośniki energii – ATP i ADP. Związek obecny jest również w zębach i kościach.
Z drugiej strony, nadmierne ilości kwasu fosforowego (V) mogą być szkodliwe dla zdrowia. Podstawowym zagrożeniem jest oczywiście kontakt z wysoko stężonym roztworem H3PO4. Ten silnie żrący związek w kontakcie ze skórą i błonami śluzowymi wywołuje chemiczne oparzenia. Jego konsumpcja prowadzi do poważnych podrażnień układu pokarmowego, wymiotów, krwawych biegunek, trudności w oddychaniu, a nawet konwulsji i śmierci.
Niestety, również jako dodatek do żywności E338 w dużych dawkach powoduje negatywne skutki zdrowotne. Zdaniem naukowców nadmiar fosforu może prowadzić do rozwoju kamieni nerkowych oraz osteoporozy. Zaburza także przyswajanie wielu cennych minerałów i powoduje erozję szkliwa na zębach.