Ácidos fosfóricos e fosfatos - Phosphoric acids and phosphates
Um ácido fosfórico , no sentido geral, é um oxoácido de fósforo em que cada átomo de fósforo está no estado de oxidação +5 e está ligado a quatro átomos de oxigênio , um deles por meio de uma ligação dupla , dispostos como os cantos de um tetraedro . Dois ou mais desses PO
4tetraedros podem ser conectados por oxigênios de ligação simples compartilhados, formando cadeias lineares ou ramificadas, ciclos ou estruturas mais complexas. Os átomos de oxigênio de ligação simples que não são compartilhados são completados com átomos de hidrogênio ácido . A fórmula geral de um ácido fosfórico é H
n + 2−2 xP
nO
3 n + 1− x, Onde n é o número de átomos de fósforo e x é o número de ciclos fundamentais na estrutura da molécula, entre 0 e ( N + 2) / 2.
Remoção de prótons ( H+
) de k grupos hidroxila -OH deixa ânions genericamente chamados de fosfatos (se k = n −2 x +2) ou fosfatos de hidrogênio (se k estiver entre 1 e n −2 x +1), com a fórmula geral [H n −2 x + 2− k P n O 3 n + 1− x ] k - . O ânion totalmente dissociado ( k = n −2 x +2) tem a fórmula [P n O 3 n - x +1 ] ( n −2 x +2) - é O termo também é usado em química orgânica para os grupos funcionais que resultar quando ou mais dos hidrogênios são substituídos por ligações a outros grupos.
Esses ácidos, junto com seus sais e ésteres , incluem alguns dos compostos de fósforo mais conhecidos, de grande importância em bioquímica , mineralogia , agricultura , farmácia , indústria química e pesquisa química .
Ácidos
Ácido ortofosfórico
O mais simples e mais comumente encontrado dos ácidos fosfóricos é o ácido ortofosfórico , H 3 PO 4 . Na verdade, o termo ácido fosfórico muitas vezes significa este composto especificamente (e esta também é a nomenclatura IUPAC atual ).
Ácidos oligofosfóricos e polifosfóricos
Duas ou mais moléculas de ácido ortofosfórico podem ser unidas por condensação em moléculas maiores por eliminação de água . A condensação de algumas unidades produz os ácidos oligofosfóricos , enquanto as moléculas maiores são chamadas de ácidos polifosfóricos . (No entanto, a distinção entre os dois termos não está bem definida.)
Por exemplo, os ácidos pirofosfórico , trifosfórico e tetrafosfórico podem ser obtidos pelas reações
- 2 H
3PO
4→ H
4P
2O
7+ H
2O -
H
4P
2O
7+ H
3PO
4→ H
5P
3O
10+ H
2O -
H
5P
3O
10+ H
3PO
4→ H
6P
4O
13+ H
2O
A "espinha dorsal" de uma molécula de ácido polifosfórico é uma cadeia de átomos P e O alternados. Cada unidade ortofosfórica extra que é condensada adiciona 1 átomo de H ( hidrogênio ) extra, 1 átomo de P ( fósforo ) extra e 3 átomos de O ( oxigênio ) extras . A fórmula geral de um ácido polifosfórico é H
n +2P
nO
3 n +1ou HO (–P (O) (OH) –O–) n H.
Os ácidos polifosfóricos são usados na síntese orgânica para ciclizações e acilações .
Ácidos fosfóricos cíclicos
A condensação entre duas unidades -OH da mesma molécula, por outro lado, elimina dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, criando um ciclo, como na formação do ácido trimetafosfórico :
-
H
5P
3O
10→ H
3P
3O
9+ H
2O
A fórmula geral de um ácido fosfórico é H n -2 x 2 P n O 3 n - x 1 , onde n é o número de átomos de fósforo e x é o número de ciclos fundamentais na estrutura da molécula; ou seja, o número mínimo de ligações que teriam que ser quebradas para eliminar todos os ciclos.
Ácido ortofosfórico
H 3 PO 4
Ácido pirofosfórico
H
4P
2O
7
Ácido tripolifosfórico
H
5P
3O
10
Ácido tetrapolifosfórico
H
6P
4O
13
Ácido trimetafosfórico
H 3 P 3 O 9
Anidrido fosfórico
P 4 O 10
O caso limite de condensação interna, onde todos os átomos de oxigênio são compartilhados e não há átomos de hidrogênio ( x = ( n +2) / 2) seria um anidrido P n O 5 n / 2 , como o pentóxido de fósforo P
4O
10.
Fosfatos
A remoção dos átomos de hidrogênio como prótons H + transforma um ácido fosfórico em um ânion fosfato. A remoção parcial produz vários ânions de fosfato de hidrogênio.
Ortofosfato
Os ânions do ácido ortofosfórico H
3PO
4são ortofosfato PO3−
4, fosfato de hidrogênio HPO2−
4, e dihidrogenofosfato H
2PO-
4
Oligofosfatos lineares e polifosfatos
Dissociação de ácido pirofosfórico H
4P
2O
7gera quatro ânions, H
4- kP
2O-
7k - , onde a carga k varia de 1 a 4. O último é o pirofosfato [P
2O4−
7. Os pirofosfatos são principalmente solúveis em água.
Da mesma forma, ácido tripolifosfórico H
5P
3O
10produz pelo menos cinco ânions [H
5 milP
3O
10] k - , onde k varia de 1 a 5, incluindo tripolifosfato [P
3O5−
10. Ácido tetrapolifosfórico H
6P
4O
13rende pelo menos seis ânions, incluindo tetrapolifosfato [P
4O6-
13, e assim por diante. Observe que cada unidade fosfórica extra adiciona um átomo P extra, três átomos de oxigênio extras e um átomo de hidrogênio extra ou uma carga negativa extra.
Os ácidos polifosfóricos ramificados fornecem ânions polifosfato ramificados de forma semelhante. O exemplo mais simples disso é trifosfono fosfato [OP (OPO
3)
3] 9− e suas versões parcialmente dissociadas.
A fórmula geral para tais ânions polifosfato (não cíclicos), linear ou ramificado, é [H
n + 2− kP
nO
3 n +1] k - , onde a carga k pode variar de 1 a n +2. Geralmente, em uma solução aquosa , o grau ou porcentagem de dissociação depende do pH da solução.
Polifosfatos cíclicos
As unidades de ácido fosfórico podem ser unidas em anéis (estruturas cíclicas) formando moléculas de ácido metafosfórico . O mais simples desses compostos é o ácido trimetafosfórico ou o ácido ciclo- trifosfórico com a fórmula H 3 P 3 O 9 . Sua estrutura é mostrada na ilustração. Como as pontas são condensadas, sua fórmula tem um H 2 O (água) a menos que o ácido tripolifosfórico. O que é comumente chamado de trimetafosfatos, na verdade, tem uma mistura de tamanhos de anel. Uma fórmula geral para estes compostos cíclicos é HPO ( 3 ) x em que x = número de unidades fosfóricos na molécula. O hipotético monômero ácido monometafosfórico (HPO 3 ), que seria a valência isoeletrônica com ácido nítrico , não é conhecido por existir.
Quando esses ácidos metafosfóricos perdem seus hidrogênios como H + , os ânions cíclicos chamados metafosfatos são formados. Um exemplo de um composto com tal ânion é o hexametafosfato de sódio (Na 6 P 6 O 18 ), usado como sequestrante e aditivo alimentar .
Propriedades quimicas
Solubilidade
Estas séries de ácidos fosfóricos são geralmente água - solúvel considerando a polaridade das molulas. Os fosfatos de amônio e alcalinos também são bastante solúveis em água. Os sais alcalino-terrosos começam a se tornar menos solúveis e os sais de fosfato de vários outros metais são ainda menos solúveis.
Hidrólise e condensação
Em soluções aquosas (soluções de água), a água gradualmente (ao longo das horas) hidrolisa os polifosfatos em fosfatos menores e, finalmente, em orto-fosfato, com água suficiente. Temperatura mais alta ou condições ácidas podem acelerar consideravelmente as reações de hidrólise .
Por outro lado, os ácidos polifosfóricos ou polifosfatos são freqüentemente formados pela desidratação de uma solução de ácido fosfórico; em outras palavras, removendo a água frequentemente por meio do aquecimento e da evaporação da água.
Usos
Compostos orto-, piro- e tripolifosfato têm sido comumente usados em formulações de detergentes (isto é, produtos de limpeza). Por exemplo, consulte Tripolifosfato de sódio . Às vezes, pirofosfato, tripolifosfato, tetrapolifosfato, etc. são chamados de difosfato , trifosfato , tetrafosfato , etc., especialmente quando fazem parte de ésteres de fosfato em bioquímica . Eles também são usados para controle de incrustação e corrosão por fornecedores de água potável . Como um inibidor de corrosão, os polifosfatos atuam formando uma película protetora na superfície interna dos tubos.
Ésteres de fosfato
Os grupos -OH em ácidos fosfóricos também podem condensar com os grupos hidroxila de álcoois para formar ésteres de fosfato . Como o ácido ortofosfórico tem três grupos -OH, ele pode esterificar com uma, duas ou três moléculas de álcool para formar um mono-, di- ou triéster. Veja a imagem da estrutura geral de um éster orto- (ou mono-) fosfato abaixo à esquerda, onde qualquer um dos grupos R pode ser um hidrogênio ou um radical orgânico . Ésteres di e tripoli- (ou tri) fosfato, etc. também são possíveis. Quaisquer grupos -OH nos fosfatos dessas moléculas de éster podem perder íons H + para formar ânions, novamente dependendo do pH da solução. Na bioquímica dos organismos vivos, existem muitos tipos de compostos (mono) fosfato, difosfato e trifosfato (essencialmente ésteres ), muitos dos quais desempenham um papel significativo no metabolismo, como difosfato de adenosina (ADP) e trifosfato (ATP) .
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Schröder HC, Kurz L, Muller WE, Lorenz B (março de 2000). "Polifosfato no osso" (PDF) . Bioquímica (Moscou) . 65 (3): 296–303. Arquivado do original (PDF) em 25/08/2011.