फॉस्फोरिक एसिड

फॉस्फोरिक एसिड (ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड, मोनोफोस्फोरिक एसिड या फॉस्फोरिक (वी) एसिड) रासायनिक सूत्र के साथ एक रंगहीन, गंधहीन फास्फोरस युक्त ठोस और अकार्बनिक यौगिक है। H3PO4. यह सामान्यतः 85% जलीय घोल के रूप में सामने आता है, जो एक रंगहीन, गंधहीन और गैर-वाष्पशील (रसायन विज्ञान) सिरप तरल है। यह एक प्रमुख औद्योगिक रसायन है, जो कई उर्वरकों का एक घटक है।

यौगिक एक अम्ल है। तीनों को हटाना H+ आयन फास्फेट  आयन देते हैं PO4(3−). एक या दो प्रोटॉन को हटाने से फॉस्फेट आयन प्राप्त होता है H2PO4−, और फॉस्फेट आयन HPO4(2−), क्रमश। फॉस्फोरिक एसिड एस्टर बनाता है, जिसे ऑर्गनोफॉस्फेट कहा जाता है। इस विशिष्ट एसिड को अन्य फॉस्फोरिक एसिड और फॉस्फेट, जैसे पायरोफॉस्फोरिक एसिड  से अलग करने के लिए ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड नाम का उपयोग किया जा सकता है। फिर भी, फॉस्फोरिक एसिड शब्द का अर्थ अधिकांशतः इस विशिष्ट यौगिक से होता है; और वह वर्तमान आईयूपीएसी नामकरण है।

उत्पादन
फॉस्फोरिक एसिड औद्योगिक रूप से दो मार्गों में से एक, गीली प्रक्रियाओं और शुष्क द्वारा उत्पादित किया जाता है।

गीली प्रक्रिया
गीली प्रक्रिया में, फॉस्फेट युक्त खनिज जैसे कैल्शियम हाइड्रॉक्सियापटाइट और फ्लोरोपाटाइट्स को सल्फ्यूरिक एसिड के साथ उपचारित किया जाता है।
 * Ca5(PO4)3OH + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + H2O
 * Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + HF

कैल्शियम सल्फेट (जिप्सम, CaSO4) एक उप-उत्पाद है, जिसे फॉस्फोजिप्सम के रूप में निकाला जाता है। हाइड्रोजिन फ्लोराइड  (एचएफ) गैस को  गीला स्क्रबर  | वेट (पानी) स्क्रबर में प्रवाहित किया जाता है जिससे हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल बनता है। दोनों ही स्थितियों में फॉस्फोरिक एसिड के घोल में सामान्यतः 23-33% P2O5 (32-46%) होता है H3PO4). यह वाणिज्यिक- या व्यापारी-ग्रेड फॉस्फोरिक एसिड का उत्पादन करने के लिए केंद्रित हो सकता है, जिसमें लगभग 54-62% फॉस्फोरस पेंटोक्साइड होता है|P2O5 (75–85% H3PO4). पानी को और हटाने से सुपरफॉस्फोरिक एसिड बनता है जिसके साथ a P2O5 70% से ऊपर एकाग्रता (लगभग 100% के अनुरूप) H3PO4). आर्सेनिक और अन्य संभावित विषाक्त अशुद्धियों के यौगिकों को हटाकर दोनों प्रक्रियाओं से फॉस्फोरिक एसिड को और शुद्ध किया जा सकता है।

शुष्क प्रक्रिया
खाद्य-ग्रेड फॉस्फोरिक एसिड का उत्पादन करने के लिए, फॉस्फेट अयस्क को पहले कोक (ईंधन) के साथ एक इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में कम किया जाता है, जिससे एलिमेंटल फॉस्फोरस दिया जा सके। सिलिका भी मिलाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कैल्शियम सिलिकेट स्लैग का उत्पादन होता है। एलिमेंटल फॉस्फोरस को भट्टी से बाहर निकाला जाता है और उच्च शुद्धता वाले फास्फोरस पेंटाक्साइड का उत्पादन करने के लिए हवा के साथ जलाया जाता है, जो फॉस्फोरिक एसिड बनाने के लिए पानी में घुल जाता है।

अम्लीय गुण
जलीय घोल में फॉस्फोरिक एसिड ट्राइप्रोटिक एसिड के रूप में व्यवहार करता है।
 * H3PO4 ⇌ H2PO4- + H+, pKa1 = 2.14
 * H2PO4- ⇌ HPO4(2-) + H+, pKa2 = 7.20
 * HPO4(2-) ⇌ PO4(3-) + H+, pKa3 = 12.37

लगातार pKa के बीच का अंतर मान पर्याप्त रूप से बड़ा है जिससे या तो मोनोहाइड्रोजन फॉस्फेट के लवण, HPO4(2-) या डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट, H2PO4-, पीएच को संबंधित पीके मानों के बीच मध्य-मार्ग में समायोजित करके फॉस्फोरिक एसिड के समाधान से तैयार किया जा सकता है।

यूटेक्टिक सिस्टम
के चरण आरेख H3PO4*H2O प्रणाली जटिल है। 62.5% तक समाधान H3PO4 गलनक्रांतिक हैं, -85 डिग्री सेल्सियस के रूप में हिमांक-बिंदु अवसाद का प्रदर्शन करते हैं। इस हिमांक बिंदु से परे, 21°C तक 85% तक बढ़ जाता है H3PO4 (w/w) और एक स्थानीय अधिकतम 91.6% जो हेमीहाइड्रेट 2H3PO4•H2O के अनुरूप, 29.32 डिग्री सेल्सियस पर जमा होता है। 94.75% की सांद्रता पर एक दूसरा छोटा गलनक्रांतिक अवसाद है जो 23.5 डिग्री सेल्सियस तक नहीं जमेगा। उच्च सांद्रता पर हिमांक तेजी से बढ़ता है। क्रिस्टलीकरण होने से पहले केंद्रित फॉस्फोरिक एसिड सुपरकूलिंग की ओर जाता है, और हिमांक बिंदु से नीचे संग्रहीत होने पर भी क्रिस्टलीकरण के लिए अपेक्षाकृत प्रतिरोधी हो सकता है। कई औद्योगिक उपयोगों के लिए 85% एक व्यावहारिक ऊपरी सीमा का प्रतिनिधित्व करता है, जहां उच्च सांद्रता पूरे द्रव्यमान को टैंकरों के अंदर ले जाने और पिघल जाने पर जमने का जोखिम उठाती है, चूंकि कुछ क्रिस्टलीकरण अभी भी उप-शून्य तापमान में हो सकता है।

स्व संघनन
फॉस्फोरिक एसिड व्यावसायिक रूप से विभिन्न सांद्रता के जलीय घोल के रूप में उपलब्ध है, जो सामान्यतः 85% से अधिक नहीं होता है। अगर आगे केंद्रित किया जाता है तो यह धीमी गति से आत्म-संक्षेपण से गुजरता है, पायरोफोस्फोरिक एसिड के साथ एक संतुलन बना रहा है:


 * 2 H3PO4 <-> H2O  +  H4P2O7

90% सांद्रता पर भी पाइरोफॉस्फोरिक एसिड की मात्रा नगण्य है, किन्तु 95% से अधिक यह बढ़ना प्रारंभ हो जाता है, जो 15% तक पहुंच जाता है जो अन्यथा 100% ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड होता। स्व-संक्षेपण के कारण, शुद्ध ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड केवल आंशिक ठंड/पिघलने की सावधानीपूर्वक आंशिक प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। जैसे ही एकाग्रता में वृद्धि होती है, फॉस्फोरिक एसिड और फॉस्फेट बनते हैं, पॉलीफॉस्फोरिक एसिड के निर्माण में समापन होता है। फॉस्फोरिक एसिड को फॉस्फोरस पेंटोक्साइड में पूरी तरह से निर्जलित करना संभव नहीं है, इसके अतिरिक्त पॉलीफॉस्फोरिक एसिड तेजी से बहुलक और चिपचिपा हो जाता है।

उपयोग करता है
फॉस्फोरिक एसिड का प्रमुख उपयोग उर्वरक के लिए होता है, जो लगभग 90% उत्पादन की खपत करता है। खाद्य-ग्रेड फॉस्फोरिक एसिड (एडिटिव ई संख्या  ) का उपयोग विभिन्न कोला और जैम जैसे खाद्य पदार्थों और पेय पदार्थों को अम्लीकृत करने के लिए किया जाता है, जो एक तीखा या खट्टा स्वाद प्रदान करता है। फॉस्फोरिक एसिड परिरक्षक के रूप में भी कार्य करता है। फॉस्फोरिक एसिड युक्त शीतल पेय, जिसमें  कोका कोला  सम्मिलित  होगा, को कभी-कभी फॉस्फेट सोडा या फॉस्फेट कहा जाता है। शीतल पेय में फॉस्फोरिक एसिड में दांतों का क्षरण होने की क्षमता होती है। फॉस्फोरिक एसिड में गुर्दे की पथरी की बीमारी के निर्माण में योगदान करने की भी क्षमता होती है, खासकर उन लोगों में जिन्हें पहले गुर्दे की पथरी हो चुकी है।

फॉस्फोरिक एसिड के विशिष्ट अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं:
 * फॉस्फेट रूपांतरण कोटिंग या पैसिवेशन (रसायन विज्ञान) द्वारा जंग-रोधी उपचार में
 * पार्कराइजेशन (धातु विज्ञान) प्रक्रिया के माध्यम से लोहे के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए
 * फास्फोरस -31 परमाणु चुंबकीय अनुनाद के लिए बाहरी मानक के रूप में
 * फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं में
 * सक्रिय कार्बन उत्पादन में
 * यौगिक अर्धचालक प्रसंस्करण में, इंडियम फास्फाइड के संबंध में श्रेष्ठ रूप से इंडियम गैलियम आर्सेनाइड को खोदने के लिए
 * सिलिकॉन डाइऑक्साइड के संबंध में श्रेष्ठ रूप से सिलिकॉन नाइट्राइड बनाने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन में
 * अल्युमीनियम को खोदने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन में
 * सौंदर्य प्रसाधन और त्वचा देखभाल उत्पादों में पीएच समायोजक के रूप में
 * डेयरी, भोजन और शराब बनाने वाले उद्योगों में एक स्वच्छता एजेंट के रूप में

सुरक्षा
फॉस्फोरिक एसिड एक शक्तिशाली एसिड नहीं है। चूंकि, मध्यम सांद्रता में फॉस्फोरिक एसिड समाधान त्वचा को परेशान कर रहे हैं। केंद्रित समाधानों के संपर्क में गंभीर त्वचा की जलन और आंखों की स्थायी क्षति हो सकती है।

महिलाओं (किन्तु पुरुषों में नहीं) में लंबे समय तक नियमित कोला सेवन और बाद में मध्य आयु में ऑस्टियोपोरोसिस के बीच एक लिंक दिखाया गया है।

यह भी देखें

 * फॉस्फेट उर्वरक, जैसे अमोनियम फॉस्फेट उर्वरक

बाहरी संबंध

 * National pollutant inventory – Phosphoric acid fact sheet
 * NIOSH Pocket guide to chemical hazards