Acide phosphorique

Définition

L'acide phosphorique est le principal acide oxygène du phosphore et l'un des acides inorganiques les plus importants. C'est un acide à trois branches qui réagit comme un acide moyennement fort en ce qui concerne la première déprotonation. Ses sels et esters sont appelés phosphates. En tant qu'additif alimentaire, l'acide phosphorique est déclaré E 338. Cet acide chimique (plus précisément un composé ternaire appartenant à la catégorie des oxyacides) a la formule H₃PO₄.

Structures de l'acide phosphorique :

L'acide phosphorique est un acide à triple proton, leurs protons en trois étapes de molécules d'eau pour former l'hydronium (H₃O⁺). La substance anhydre est très hygroscopique. L'acide phosphorique est généralement vendu sous forme de solution aqueuse à 83–90 %.

Explications

Le terme acide phosphorique se réfère généralement à l'acide orthophosphorique; le préfixe "ortho-" est utilisé pour le distinguer des autres acides phosphoriques et polyphosphoriques. Il est largement utilisé en agriculture comme engrais.

Le terme organophosphates est également courant pour les esters d'acide orthophosphorique. La phytine qui est un sel d'acide phytique est aussi un ester d'acide hexaphosphorique. Les condensats d'acide diphosphorique, méta et polyphosphorique sont également dérivés de l'acide phosphorique.

Propriétés chimiques

L'anion associé à l'acide phosphorique est appelé l'ion phosphate, très important en biologie, en particulier dans les composés dérivés de sucres phosphorylés, tels que l'ADN, l'ARN et l'adénosine triphosphate (ATP).

Dans sa forme pure, cet acide est un solide cristallin blanc, hygroscopique et déliquescent. Le plus souvent, l'acide phosphorique est stocké et distribué en solution : dans cette présentation, il a un aspect liquide clair et légèrement jaunâtre. L'acide orthophosphorique est un acide inorganique triprotique de force moyenne, corrosif mais non toxique. S'il est pur, en température et pression ambiante, c'est un solide et fond à 42,36 °C dans un liquide visqueux incolore et dans ces conditions a tendance à dégager une mauvaise odeur.

Il est obtenu en traitant des roches de phosphate de calcium avec de l'acide sulfurique, puis en filtrant le liquide résultant pour extraire le sulfate de calcium. Une autre façon de l'obtenir est de brûler les vapeurs de phosphore et de traiter l'oxyde résultant avec de la vapeur.

L'acide phosphorique est un acide triprotique. Cela signifie qu'il peut se dissocier dans l'eau jusqu'à trois fois, libérant à chaque fois un proton dans l'eau, comme le montrent les réactions suivantes :

• H₃PO_4(s) + H₂O_(l) ↔ H₃O⁺_(aq) + H₂PO₄^-_(aq); K_a1 = 7,25 × 10^-3 [pK_a1 = 2,14].
• H₂PO₄^-_(aq) + H₂O_(l) ↔ H₃O⁺_(aq) + HPO₄^2-_(aq); K_a2 = 6,31 × 10^-8 [pK_a2 = 7,21].
• HPO₄^2-_(aq) + H₂O_(l) ↔ H₃O⁺_(aq) + PO₄^3-_(aq); K_a3 = 3,98 × 10^-13 [pK_a3 = 12,67].

La molécule d'acide orthophosphorique est très polaire, donc l'acide orthophosphorique est hautement soluble dans l'eau. L'état d'oxydation du phosphore (P) est +5 (comme dans les autres acides phosphoriques), l'état d'oxydation de l'oxygène est -2 et celui des atomes d'hydrogène est +1.

Puisque l'acide orthophosphorique est triprotique et que ses phosphates couvrent une large gamme de pH, ils sont souvent utilisés comme agents tampons ou comme solutions tampons. Aussi pour les usages alimentaires étant donné leur non-toxicité. La valeur élevée du p K_a3 = 12,67 implique le fait que de l'acide orthophosphorique complètement dissocié est présent, même dans des solutions aqueuses extrêmement basiques, à des pourcentages pratiquement négligeables.

Applications

L'acide n'est pas très utile en laboratoire du fait de sa résistance à l'oxydation, à la réduction et à l'évaporation. Entre autres applications, l'acide phosphorique est utilisé comme ingrédient dans les boissons non alcoolisées telles que les boissons gazeuses (additif alimentaire E-338), en particulier dans le type cola; comme élément de conditionnement de la surface de l'émail dentaire, car en déminéralisant la surface de l'émail dentaire, il crée une micro-rétention dans sa structure qui facilite l'adhésion des matériaux de restauration dentaire; comme catalyseur, dans les métaux inoxydables et pour phosphates qui sont utilisés comme adoucisseurs d'eau, engrais et détergents. Largement utilisé dans les laboratoires de chimie dans la préparation de solutions tampons ou de régulateurs de pH.

La neutralisation de l'acide phosphorique avec de l'ammoniac produit du phosphate de monoammonium (MAP), un engrais complexe hautement concentré qui contient de l'azote et du phosphore utilisables. Également utilisé pour mélanger de l'urée, de la poix, du bitume, de la pierre avec du sable et de l'huile pour créer de l'asphalte pour le revêtement des sols des routes et pour réparer les ruptures dans le sol simplement en ajoutant de l'eau pour activer, faire fondre l'asphalte et compacter avec un rouleau compresseur.

Importance biologique

Les esters d'acide phosphorique et les polyphosphates jouent un rôle central dans le métabolisme, en particulier en tant que porteurs d'énergie (composés dérivant de sucres phosphorylés) et de groupe (voir par exemple ATP ou GTP). Entre autres, ils font partie intégrante de l'ADN, de l'ARN et de nombreuses coenzymes.

En médecine, l'enrichissement des aliments en acide phosphorique (E 338) est contre-indiqué dans certains tableaux cliniques. Des maladies telles que l'insuffisance rénale chronique (également avec un traitement de dialyse), l'ostéoporose et la lithiase urinaire (calculs de phosphate de calcium) nécessitent un régime pauvre en phosphate (hyperphosphatémie).

En raison de sa circulation dans l'environnement et dans l'organisme, la teneur en phosphate ne change pas de manière significative. Lorsque l'acide phosphorique est dissous dans l'eau à pH neutre, la solution contient principalement l'anion dihydrogénophosphate et le dianion hydrogénophosphate. Cependant, lorsqu'il est incorporé dans diverses fonctions biologiques, il se présente généralement sous la forme de l'ion phosphate lui-même, sans atomes d'hydrogène et sans trois charges négatives. Avec les ions calcium, il forme de l'hydroxyapatite dans le corps, à partir des os et dents existent. La partie inorganique des os est constituée d'environ 40 % de calcium et de près de 60 % de phosphate.

L'acide de l'ADN est en fait de l'acide phosphorique, mais il a remplacé deux protons par des atomes de carbone provenant de deux sucres différents, la partie ribose. C'est le squelette de l'ADN qui maintient la longue chaîne avec des liaisons covalentes, mais ne transmet aucune information génétique.

L'adénosine triphosphate se compose d'adénine, de ribose et de trois phosphates. Cette molécule est la monnaie énergétique universelle du monde biologique. Lorsqu'il réagit avec l'eau et perd un ion phosphate (hydrolyse), de l'énergie est libérée. Grâce à des mécanismes complexes dans nos enzymes, cette énergie peut être utilisée pour conduire d'innombrables processus chez tous les êtres vivants. La plupart des graisses, des sucres et des glucides sont utilisés pour fabriquer de l'adénosine triphosphate s'ils ne sont pas stockés sous une forme ou une autre.

L'acide phosphorique et les phosphates solubles peuvent être détectés par précipitation avec de l'heptamolybdate d'ammonium en phosphate de molybdate d'ammonium jaune, ou par précipitation avec des ions magnésium en solution ammoniacale en MgNH₄PO₄.

Usages

La plupart de l'acide phosphorique produit est destiné à la production d'engrais phosphatés; c'est aussi une matière première pour la production de détergents :

• Engrais : Le titre (P₂O₅) d'acide phosphorique pur est de 72,45 %; cependant il existe dans le commerce des produits en solution aqueuse, avec un titre généralement compris entre 52 et 60.
• Aliments : Il est utilisé comme additif dans l'industrie alimentaire, notamment dans les boissons gazeuses (notamment le cola) comme régulateur d'acidité, mais non sans controverse quant à ses effets sur la santé. L'additif, en fait, étant un composé chimique produit en masse, est disponible à des prix très bas et en grandes quantités. C'est pourquoi il se substitue souvent à l'acide citrique produit par le citron et le citron vert. Son code d'identification selon les normes de l'Union européenne est E 338.
• Médecine : L'acide phosphorique est utilisé en dentisterie comme solution pour nettoyer et rendre rugueuse la surface des dents, dans les zones où appliquer des obturations ou des appareils dentaires. Il est également utilisé dans de nombreux dentifrices ou traitements d'éclaircissement des dents. C'est également un ingrédient des médicaments anti-nauséeux.
• Production d'hydacide : Il est également utilisé pour produire des hydracides, en fait l'acide phosphorique réagit avec les sels de sodium pour former les hydracides correspondants.
• Antirouille : L'acide phosphorique tel quel, peut être utilisé pour éliminer la rouille (laissant le métal vierge). Les produits contenant de l'acide phosphorique peuvent être utilisés comme "convertisseur de rouille", par application directe sur la rouille, des objets ou des surfaces métalliques. L'acide phosphorique convertit l'oxyde de fer (III) (rouille) en phosphate de fer (III), FePO₄, de couleur noire. Le "convertisseur de rouille" est souvent un liquide verdâtre adapté à l'immersion des matériaux à traiter, mais il est plus fréquemment formulé sous forme de gel. Après le traitement, le phosphate ferrique (noir) peut être rayé, laissant une surface claire. Plusieurs applications d'acide phosphorique peuvent être nécessaires pour éliminer toute rouille. Le noir de phosphate ferrique peut être laissé, où il peut prolonger la durée de l'effet antirouille.

Il est vendu sous forme de solution aqueuse concentrée jusqu'à 80 %, car il est difficile de l'obtenir pur. Il se solubilise assez bien également dans l'éthanol.

Consignes de sécurité

Porter un équipement de protection (gants en néoprène, lunettes de protection et combinaison de protection en cas de transfert de grandes quantités). Éloignez les personnes non protégées. En cas de vapeurs / poussières / aérosols adopter une protection respiratoire.

Empêcher l'infiltration dans les égouts / eaux de surface / eaux souterraines. Fournir des sols résistants aux solutions acides. Fournir un lavabo au sol sans drain. Gardez les contenants bien fermés.

Évitez la formation d'aérosols. Tenir à l'écart de la nourriture, des boissons et du fourrage. Retirer immédiatement les vêtements contaminés. Lavez-vous les mains avant la pause ou après le travail. Eviter le contact avec les yeux et la peau.

Corrosif pour la peau et les muqueuses. Fortement corrosif pour les yeux. Aucun effet sensibilisant connu. Sur la base de la méthode de calcul de la directive communautaire générale sur la classification des préparations dans sa dernière version valide, le produit provoque une corrosion sévère de la cavité buccale et du pharynx avec risque de perforation de l'oesophage et de l'estomac.

Retirer immédiatement les vêtements contaminés par le produit. Si le sujet est inconscient, maintenez-le dans une position stable sur le côté pendant le transport :

• Contact avec la peau : laver immédiatement à l'eau et au savon et rincer abondamment.
• Contact avec les yeux : laver à l'eau courante pendant plusieurs minutes en gardant les paupières grandes ouvertes et consulter un médecin.
• ingestion : ne pas faire vomir, appeler immédiatement un médecin. Boire beaucoup d'eau et se tenir dans un endroit bien ventilé.

L'acide phosphorique n'est pas inflammable, les moyens d'extinction appropriés sont : CO2, poudre ou eau pulvérisée. Éteignez les grands incendies avec de l'eau pulvérisée ou de la mousse résistant à l'alcool.

⛔ Ne jetez pas le produit avec les ordures ménagères et ne le laissez pas pénétrer dans les égouts. Recyclez si possible sinon contactez une entreprise autorisée pour l'élimination des déchets industriels. Laver les emballages non nettoyés avec de l'eau, à envoyer pour purification et élimination. Élimination conformément aux dispositions administratives.

Il peut provoquer des changements de pH et endommager la vie aquatique. Ne laissez pas le produit non dilué ou de grandes quantités de celui-ci atteindre les eaux souterraines, les cours d'eau ou les égouts. Ne pas mettre le produit non dilué ou neutralisé dans les eaux usées et dans les canaux de collecte.

Autres acides "phosphoriques"

Après chauffage de l'acide orthophosphorique, la condensation des molécules peut être induite par élimination de l'eau. En chauffant à 213 °C, une molécule d'eau est extraite de deux molécules d'acide phosphorique; le résultat est l'acide pyrophosphorique (H₄P₂O₇) : 2H₃PO₄ → H₂O + H₄P₂O₇.

En chauffant à nouveau, en maintenant l'acide à ébullition et en l'amenant à 316 °C, la déshydratation maximale de l'acide pouvant être obtenue par voie thermique a lieu et le produit résultant est un solide vitreux appelé acide métaphosphorique (HPO₃), qui existe sous forme trimère, c'est-à-dire acide cyclotrimétaphosphorique (HPO₃)₃ : 3H₄P₂O₇ → 3H₂O + 2 (HPO₃)₃.

Il se solidifie en dessous de 316 °C pour former une masse solide de consistance vitreuse qui bout seulement à 600 °C.

L'acide métaphosphorique est une version anhydre de l'acide orthophosphorique et est parfois utilisé comme absorbant pour l'eau ou l'humidité. Cependant, la déshydratation est très difficile et s'accompagne souvent d'éléments fortement desséchants (pas seulement par chauffage). Ce procédé produit également de l'anhydride phosphorique (P₂O₅ ou P₄O₁₀), solide et habituellement utilisé comme dessiccateur.

✅ Voir aussi l'acide phosphonique, l'acide phosphinique et l'acide thiophosphorique.

En rapport avec "acide phosphorique"

• cycle du phosphore

  

  Le cycle du phosphore correspond aux diverses phases de solubilité du phosphore dans la nature.

• fixation du phosphore

  

  La fixation du phosphore (P) intervient lorsqu'il est appliqué au sol, quelle que soit la marque de l'engrais ou sa composition chimique.

• groupe phosphoryle

  

  Le groupe phosphoryle est un groupement phosphate de formule PO32-. L'addition d'un groupe phosphoryle à une molécule est une réaction de phosphorylation.

• minéralisation du phosphore

  

  La minéralisation du phosphore précise le passage du phosphore (P) d'un état organique à une forme inorganique en raison de la décomposition microbienne...