حمض هيبوفوسفوروس(H3PO2) هو أوكسي أسيد الفوسفور المثير للاهتمام إلى حد ما ومعروف بقدراته المتناقصة بشكل كبير. على الرغم من محدودية إنتاجه على نطاق واسع، توجد بعض الاستراتيجيات لتنسيق هذا المركب غير العضوي في منشأة الأبحاث والإعدادات الحديثة. تشتمل هذه الدورات التدريبية الموحدة على الاستجابة الخاضعة للرقابة لمركبات الفسفور مع وحدات التناقص لإنتاج حمض الفوسفور. على المستوى الحديث، يتم إنتاج الحمض عادة عن طريق التحلل المائي لثلاثي كلوريد الفوسفور أو عن طريق تفاعل الفوسفين مع الماء.
بسبب خصائصه المتناقصة،هيبوفوسفوروس حامضيتتبع التطبيقات في مجالات مختلفة، بما في ذلك التركيبات الاصطناعية، والطلاء المعدني، وكأخصائي موازنة لمخاليط محددة. إن صفاتها الجديدة تجعلها جزءًا مهمًا في الدورات الحديثة التي لا لبس فيها بغض النظر عن حجم الإنتاج المنخفض إلى حد ما.
كيف يمكن تحضير حمض الفوسفور عن طريق تحميض الفوسفيدات المعدنية؟
استراتيجية منتظمة للخلقحمض هيبوفوسفوروسيتضمن استجابة الفوسفيدات المعدنية للأحماض المعدنية السائلة. تمر فوسفيدات المعادن الأساسية القابلة للذوبان، مثل فوسفيد الصوديوم وفوسفيد البوتاسيوم، باستجابة مع حمض أو تآكل الكبريتيك لإنتاج H3PO2 كما هو موضح في قياس العناصر الكيميائية:
NaPH2 + 2HCl → NaCl + H3PO2
تبدأ الدورة بتعليق الفوسفيد المعدني بشكل مركزحمض هيبوفوسفوروسوإرجاع المزيج بدقة لبضع ساعات. أثناء هذه الاستجابة، يتحرر الحمض ويبقى متحللًا في الترتيب، بينما يتسارع كلوريد المعدن للخارج. تتضمن المرحلة اللاحقة الترشيح لعزل المادة المشجعة، وبعد ذلك يمكن فصل H3PO2 عن مادة الترشيح من خلال التبلور المجزأ بعد التبريد.
تشتمل المنهجية الاختيارية على استخدام هيبوفوسفيت الكالسيوم المؤطر مسبقًا (Ca(H2PO2)2) كمادة أولية بدلاً من فوسفيد الصوديوم. وهذا يتجنب الحاجة إلى التعامل مع فوسفيدات فلز الملح المستقبلة. استجابة هيبوفوسفيت الكالسيوم مع نتائج تآكل الكبريتيك في تغيير الملح إلىحمض هيبوفوسفوروسوالتي يمكن فصلها عن كبريتات الكالسيوم وتشجيع:
Ca(H2PO2)2 + H2SO4 → 2H3PO2 + CaSO4
باختصار، توفر المعالجة المسببة للتآكل للهيبوفوسفيت أو الفوسفيدات طريقًا مباشرًا للحصول عليهاحمض هيبوفوسفوروسفي إعدادات مركز الأبحاث. ومع ذلك، فإن ملاحظة أن التعامل مع الأحماض المدمرة على نطاق واسع يمثل تحديات خطيرة أمر مهم.
إن استخدام الفوسفيدات المعدنية أو هيبوفوسفيت الكالسيوم المؤطر مسبقًا يأخذ في الاعتبار تكوين الحمض من خلال استجابات خاضعة للرقابة مع الأحماض المعدنية. على الرغم من وضوح هذه الاستراتيجية، يجب الاهتمام بالأفكار القابلة للتطبيق فيما يتعلق بالمعالجة الآمنة للأحماض المدمرة، بالإضافة إلى إدارة الآثار الجانبية، بعناية أثناء زيادة دورة الإنتاج.
كيف يتم استخدام التحليل الكهربائي لحمض الفوسفور لإنتاج حمض الفوسفور؟
في الدورات الحديثةحمض هيبوفوسفوروسيتم إنشاؤه من خلال التخفيض الكهروكيميائي لمادة الفوسفور المسببة للتآكل (H3PO3). تشتمل هذه التقنية على سائل التحليل الكهربائي H3PO3 في خلية منفصلة بها كاثود الرصاص وأنود البلاتين:
H3PO3 + H2O + 2e-→ H3PO2 + 2OH-
أثناء هذا التحليل الكهربائي، يتم تقليل تآكل الفوسفور عند الكاثود بينما تحدث أكسدة الماء عند الأنود لمواكبة التوازن. الترتيب اللاحق يحتوي علىحمض هيبوفوسفوروسوهيدروكسيد الصوديوم. يؤدي التخمر اللاحق إلى ترسيب H3PO2، والذي يتم بعد ذلك تطهيره عن طريق التبلور.
يتم تبسيط حدود الدورة المختلفة مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة وسمك التيار واختيار الكاثودات بعناية لتحسين الإنتاجية والكفاءة. يُفضل مادة تآكل الفوسفور على مادة تآكل الفوسفوريك كمادة أولية بسبب انخفاض جهدها كشرط مسبق للانخفاض.
توفر هذه المنهجية الكهروكيميائية إنتاجًا مستمرًا لحمض هيبوفوسفوروس عالي النقاء دون الحاجة إلى أحماض مدمرة. يُنظر إليه على نطاق واسع على أنه الإستراتيجية المفضلة للإنتاج الحديث على نطاق واسع نظرًا لقدرته على إنتاج حمض عالي النقاء باستمرار، مما يلبي المتطلبات العالية للتطبيقات الحديثة. علاوة على ذلك، تضمن هذه التقنية الصحة والكفاءة في إنتاج الحمض، بما يتوافق مع استراتيجية اتخاذ القرار للإنتاج على نطاق واسع.
كيف يمكن لأكسدة المعادن إنتاج حمض الفوسفور؟
يمكن الحصول على حمض الهيبوفوسفوروس نتيجة أكسدة معادن معينة، مثل الحديد أو الزنك في مرمى حمض الفوسفوريك أو أملاح الفوسفات، مستفيدا من حركة الأكسدة والاختزال لهذه المعادن.
على سبيل المثال، عندما يتم تسخين مسحوق الزنك باستخدام مادة أكالة الفوسفوريك، فإن الاستجابة تنتج فجأة فوسفات الزنك والحمض:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
بالإضافة إلى ذلك، يتفاعل الحديد أيضًا مع حمض الفوسفوريك لإنتاج حمض الفوسفور. يمكن تحقيق فك ارتباط H3PO2 من مجموعة العناصر من خلال الاستفادة من قابليته المنخفضة للذوبان في H3PO4 المركز.
يأخذ هذا النهج القائم على الأكسدة والاختزال في الاعتبار استخدام معادن اقتصادية مثل الحديد والزنك بدلاً من الاعتماد على مواد الفوسفور الأولية باهظة الثمن. على أية حال، فإن إنتاج الحمض باستخدام هذه التقنية منخفض إلى حد ما، ودورة الفصل تفشل بسبب الاستجابات الجانبية المتعارضة. على أية حال، يقدم هذا النهج طريقة مباشرة للحصول على كميات قليلة من الحمض في إعدادات المختبر.
خاتمة
Hحمض اليبوفوسفوروسيتضمن الاتحاد ثلاث استراتيجيات أساسية: معالجة تآكل الفوسفيدات، والاختزال الكهربي لمواد تآكل الفوسفور، وأكسدة المعادن مع تآكل الفوسفوريك. في البيئات الحديثة، يتم استخدام الأساليب الكهروكيميائية بشكل كبير لإنشاء الأعمال بسبب كفاءتها وقدرتها على التكيف. بدلاً من ذلك، في منهجية المختبر محدودة النطاق، يختار المحللون في كثير من الأحيان الاستجابات المسببة للتآكل بما في ذلك الفوسفيدات أو عمر الأكسدة والاختزال من المعادن وأملاح الفوسفات لمزج الحمض.
تتضمن المعالجة المسببة للتآكل للفوسفيدات استجابة الفوسفيدات المعدنية للأحماض المعدنية لإنتاجهاحمض هيبوفوسفوروسوهي دورة تتطلب ظروفًا خاضعة للرقابة لمنع الاستجابات الجانبية وضمان العائد المثالي. يتضمن الاختزال الكهربي لحمض الفوسفور استخدام الطاقة لتحويل حمض الفوسفور إلى حمض، مما يوفر طريقة أكثر وضوحًا وفعالية لإنشاء نطاق واسع. أكسدة المعادن مع تآكل الفوسفوريك تعطي دورة اختيارية لإنتاج حمض باستخدام خصائص الأكسدة والاختزال للمعادن في مرمى تآكل الفوسفوريك.
مراجع
1. بيكر، غيغاواط (1983). الفوسفات وحمض الفوسفوريك. شركة مارسيل ديكر
2. هولمان، إيه إف، ويبيرج، إي، وويبيرج، إن (2001). الكيمياء غير العضوية. الصحافة الأكاديمية.
3. كينغ، ر.ب (1998). موسوعة الكيمياء غير العضوية، المجلد 6. جون وايلي وأولاده.
4. ني، واي، تو، كيو، دينغ، إتش، فو، جيه، ووانغ، جيه (2012). عملية محسنة للتخليق الكهربائي لحمض الفوسفور في مفاعل ضغط الترشيح المستمر. أبحاث وتصميم الهندسة الكيميائية، 90(4)، 563-569.
5. ستيشر، هـ. (1968). مؤشر ميرك للمواد الكيميائية والأدوية. شركة ميرك وشركاه إنكوربوريتد.