مادة الفوسفوريك المسببة للتآكل (H3PO4) عبارة عن مادة فسفورية صناعية سريعة الفتح وذكية ولها العديد من التطبيقات الحديثة. ومع ذلك، فإن تحويله إلى حمض الفوسفور الناقص الرئيسي (H3PO2) يمكن أن يكون مهمة صعبة. على الرغم من المشكلات، فقد تم تطوير بعض الأساليب المعملية لإنتاج حمض هيبوفوسفور يستخدم حمض الفوسفوريك كمادة أولية.
تتضمن إحدى الاستراتيجيات المستخدمة بانتظام تقليلحمض هيبوفوسفوروستآكل مع متخصص تقليل معقول، مثل هيدريد المعدن أو مركب الكبريتيت. على سبيل المثال، فإن استجابة مادة أكالة الفوسفوريك مع هيبوفوسفيت الصوديوم (NaH2PO2) على مرأى من قوة دافعة مثل البلاديوم أو البلاتين يمكن أن تنتج مادة أكالة هيبوفوسفورية. هناك طريقة أخرى وهي التحلل الحراري لمادة الفوسفوريك المسببة للتآكل، والتي يمكن تحقيقها عن طريق تسخينها عند درجات حرارة عالية.
من ناحية أخرى، يمكن استخدام التقنيات الكهروكيميائية لتحويل مادة أكالة الفوسفوريك إلى مادة أكالة هيبوفوسفورية. يمكن أن يعمل التحليل الكهربائي لتآكل الفوسفوريك باستخدام مادة كاثود معقولة، مثل الجرافيت أو البلاتين، مع التفاعل الأقل وينتج حمض الفوسفور.
علاوة على ذلك، هناك طرق تستخدم عوامل التخفيض الطبيعية، مثل الفورمالديهايد أو حمض الفورميك، لتحويل حمض الفوسفوريك إلى حمض هيبوفوسفور. تتضمن هذه الاستراتيجيات في كثير من الأحيان استجابات متعددة الخطوات وتتطلب تحكمًا حذرًا في ظروف الاستجابة.
من المهم أن نلاحظ أن إنتاج مادة تآكل الفوسفور من مادة تآكل الفوسفور يتم بشكل أساسي في إعدادات منشآت الأبحاث وليس على نطاق حديث. يشتمل الخلق الحديث بانتظام على دورات اختيارية أكثر إنتاجية وذكاء.
مع أخذ كل شيء في الاعتبار، في حين أن تحويل مادة أكالة الفوسفوريك بالكامل إلى مادة أكالة هيبوفوسفورية يمثل صعوبات، فقد تم إنتاج عدد قليل من الاستراتيجيات المعملية لهذا السبب. وتشمل هذه الاستراتيجيات استخدام متخصصي التخفيض، أو الدورات الكهروكيميائية، أو المخاليط الطبيعية. على أية حال، من الضروري الحذر من الممارسة والالتزام بالاتفاقيات الأمنية المناسبة أثناء العمل مع هذه المركبات الاصطناعية.
كيف يقوم الاختزال الكهربائي بتحويل حمض الفوسفوريك إلى حمض الفوسفور؟
Hحمض اليبوفوسفوروسهو أحد الطرق لتحويل حمض الفوسفوريك إليه. يتم التحليل الكهربائي لـ H3PO4 المائي للحصول على إلكترونين ويولد H3PO2:
H3PO٪7b٪7b1٪7d٪7de- ٪e2٪86٪92 H3PO٪7b٪7b4٪7d٪7d H2O
يمكن إجراء هذا التحليل الكهربائي في خلية مقسمة باستخدام كاثود الرصاص وأنود البلاتين. عندما يتم تقليل حمض الفوسفوريك عند الكاثود، تحدث أكسدة الماء عند الأنود لموازنة التفاعل.
تحتاج العديد من المعلمات إلى التحسين لتحقيق أقصى عائد:
- يفضل تركيز 85-90% H3PO4 لضمان التوصيلية.
- يتم الحفاظ على درجة الحرارة بين 60-80 درجة لتسهيل عملية التخفيض.
- كثافة التيار 100-300 مللي أمبير/سم2 تعطي أفضل النتائج.
- الرصاص مناسب ككاثود خامل ولكن كاثودات النيكل ذات النقاء العالي تعمل على تحسين الكفاءة.
- الحموضة العالية تحتاج إلى أنود مقاوم للتآكل مثل البلاتين.
من خلال التحكم الدقيق، يمكن الحصول على ناتج H3PO2 بحوالي 60-70% كهروكيميائيًا من حمض الفوسفوريك. الحمض هيبوفوسفوروسثم يتم عزله عن الكاثولايت عن طريق التبريد لبلورته.
كيف يمكن أن يؤدي انخفاض المعدن إلى تحويل حمض الفوسفوريك بالكامل إلى حمض هيبوفوسفور؟
يمكن لبعض المعادن أن تقلل بشكل مصطنع من تآكل الفوسفوريك إلى تآكل نقص الفوسفور عن طريق أكسدة نفسها. تتفاعل معادن الأكسدة والاختزال الديناميكية مثل الزنك والحديد والمغنيسيوم مع H3PO4 المركز لتكوين H3PO2.
على سبيل المثال، يستجيب مسحوق الزنك والمواد المسببة للتآكل الفوسفوريك كما هو موضح في قياس العناصر الكيميائية:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
يعمل الزنك كعامل تناقص، حيث يتأكسد إلى فوسفات الزنك بينما يتحول حمض الفوسفوريك إلى حمض الفوسفور. يحدث تفاعل مماثل مع مسحوق الحديد.
لاستمرار الاستجابة، مطلوب تسخين مركز بنسبة 85%+ H3PO4 إلى 60-80 درجة. يكون إنتاج H3PO2 منخفضًا عند حوالي 30% بسبب الاستجابات الجانبية المختلفة. الفصل عن طريق التبلور الجزئي أمر مزعج.
على الرغم من العيوب، فإن استخدام معادن متواضعة يجعل هذا مسارًا حكيمًا محدود النطاق للوصول إلى مادة تآكل الفوسفور في المختبر دون التحليل الكهربائي.
كيف يمكن للمساعدة في التآكل المائي أن تنتج مادة تآكل الفوسفور من مادة تآكل الفوسفوريك؟
يمكن لأخصائيي التقطيع الصلب مثل حمض الهيدرويديك (Hello) تقليل حمض الفوسفوريك إلى حمض نقص الفوسفور وفقًا لاستجابة الأكسدة والاختزال:
2HI ٪2b H3PO4 ٪e2٪86٪92 H3PO٪7b٪7b5٪7d٪7d I٪7b٪7b6٪7d٪7d H2O
يستخدم هذا الأسلوب مجالات القوة الرئيسية لقوة التآكل الهيدرويدي للحصول على الإلكترونات اللازمة لتقليل H3PO4.
مبدئيًا، يتم دمج الترتيبات المركزة لـ Hello وH3PO4 كواحدة تحت الاحترار والبيئة الكامنة. يتم تكرير اليود والماء الناتج، مما يسمح بعزل H3PO2.
يمكن أيضًا أن يحل الفسفور الأحمر محل الحمض المائي في هذه الاستجابة. يعمل Red P كعامل متناقص.
يتطلب وسط الاستجابة الحمضية للغاية مجموعات أطباق محددة ولكنه يسمح بالوصول إلى H3PO2 في خطوة واحدة. يبقى تعزيز العائد بمثابة اختبار.
خاتمة
في حين أن مادة تآكل الفوسفوريك قد لا تكون أفضل مادة بداية لإنتاج مادة أكالة نقص الفوسفور، فقد تم إنشاء بعض التقنيات المعملية لتوصيلها. تتضمن هذه الاستراتيجيات الاختزال الكهربائي، أو استجابات الأكسدة والاختزال المعدني، أو عوامل التناقص مثل التآكل الهيدرويودي (تحية). ومع ذلك، فإن كل استراتيجية لها قيودها المتعلقة بالإنتاجية والقدرة على التكيف والتطهير.
في تقنية الاختزال الكهربائي، يتم استخدام مادة الكاثود المعقولة للعمل مع دورة تقليل تآكل الفوسفوريك. يمكن أن يوفر هذا النهج نتائج معقولة من مادة تآكل الفوسفور، ولكنه قد لا يكون قابلاً للتكيف لإنشاء نطاق واسع بسبب عوائق الأجهزة.
تعد استجابات الأكسدة والاختزال المعدنية إحدى التقنيات الأخرى التي يمكن استخدامها لإنتاج مادة أكالة هيبوفوسفور من مادة أكالة الفوسفوريك. تتضمن هذه التقنية استخدام قوة دفع معدنية متناقصة، مثل البلاديوم أو البلاتين، لتقليل تآكل الفوسفوريك. يمكن أن تتمثل الاستجابة في محاولة التبسيط، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية ومشاكل في التعقيم.
يمكن أيضًا استخدام المتخصصين المتناقصين مثل Hello There لتحويل حمض الفوسفوريك إلى حمض هيبوفوسفور. هذه التقنية واضحة وفعالة إلى حد ما، وتعطي عوائد أفضل مقارنة بالاستراتيجيات المختلفة. ومع ذلك، فإن التعامل مع Howdy يمكن أن يكون محفوفًا بالمخاطر، ويتطلب اتخاذ تدابير أمنية حذرة.
وبغض النظر عن هذه القيود، فإن تقنيات منشأة الأبحاث هذه توفر وصولًا كبيرًا ومحدود النطاق لمادة الفوسفور المسببة للتآكل دون الحاجة إلى دورات حديثة معقدة. من خلال العمل على إنتاجية هذه التقنيات ومعالجتها، يمكن توسيع المنفعة الهندسية لـ H3PO4 للوصول إلى الفوسفور المفيد مثل H3PO2.
ولتحقيق هذا الهدف، يعد إجراء مزيد من الاستكشاف حول ظروف الاستجابة المحسنة وإجراءات التطهير والتنوع أمرًا أساسيًا. علاوة على ذلك، فإن إنشاء استراتيجيات أكثر أمانًا واقتصادية لدمج مركبات الفوسفور في تطبيقات مختلفة يعد أمرًا أساسيًا لدفع هذا المجال.
بشكل عام، في حين أن التخطيط المعملي لتآكل الفوسفور من مادة تآكل الفوسفور يمثل صعوبات، فقد تم إنشاء استراتيجيات مختلفة للوصول إليه. كل تقنية لها قيودها، إلا أنها تعطي فهمًا كبيرًا للفائدة الهندسية لـ H3PO4. مزيد من الاستكشاف والتحسين يمكن أن يؤدي إلى تقنيات أكثر كفاءة وممكنة لدمج مركب الفوسفور.
مراجع
1. هولمان، إيه إف، ويبيرج، إي، وويبيرج، إن. (2001). الكيمياء غير العضوية. الصحافة الأكاديمية.
2. كينغ، ر.ب (1998). موسوعة الكيمياء غير العضوية، المجلد 6. جون وايلي وأولاده.
3. ني، واي، تو، كيو، دينغ، إتش، فو، جيه، ووانغ، جيه (2012). عملية محسنة للتخليق الكهربائي الحمضي في مفاعل ضغط الترشيح المستمر. أبحاث وتصميم الهندسة الكيميائية، 90(4)، 563-569.
4. ستيشر، هـ. (1968). مؤشر ميرك: موسوعة المواد الكيميائية والأدوية. ميرك.
5. ويلسون، سي إل، وويلسون، DW (1964). الكيمياء التحليلية الشاملة (المجلد 1 ب). إلسفير.