Fosforsyra

Fosforsyra, ortofosforsyra, är en medelstark syra med kemisk formel H₃PO₄. Den centrala atomen är fosfor. Fosforsyrans salter och estrar kallas fosfater. I rent tillstånd är fosforsyra ett färglöst, hårt, kristallint ämne med smältpunkt 42,35 °C och 21,1 °C vid 85 viktprocent.

Fosforsyra
Systematiskt namn	Ortofosforsyra eller Fosfor(V)syra
Kemisk formel	H3PO4
Molmassa	98,00 g/mol
Utseende	Färglösa kristaller Flytande (>42 °C)
CAS-nummer	7664-38-2
SMILES	OP(=O)(O)O
Egenskaper
Densitet	1,685 g/ml (flytande) g/cm³
Löslighet (vatten)	5480 g/l
Smältpunkt	42,35 °C (21,1 °C vid 85 %)
Kokpunkt	158 °C
Faror
Huvudfara	Frätande
NFPA 704	0 2 0 COR
LD50	1530 mg/kg (oralt)
SI-enheter & STP används om ej annat angivits

Fosforsyra 85%

Tillverkning

Industriellt tillverkas fosforsyra i huvudsak efter två olika processvägar, våtprocessen och den termiska processen. Våtprocessen dominerar i den kommersiella sektorn medan den dyrare termiska processen används när kraven på renhet är höga, exempelvis inom livsmedelsindustrin.

Våtprocessen

I våtprocessen får svavelsyra reagera med trikalciumfosfat, typiskt apatit. Reaktionen är

Ca₅(PO₄)₃X + 5 H₂SO₄ + 10 H₂O → 3 H₃PO₄ + 5 CaSO₄·2 H₂O + HX

där X kan vara OH, F eller Cl

Den primärt tillverkade syran innehåller typiskt 32-46 % H₃PO₄ (23–33 % P₂O₅), men kan koncentreras genom att vatten avdunstas till den vanliga handelskvalitén av fosforsyra som innehåller omkring 75–85 % H₃PO₄ (54–62 % P₂O₅). Halten kan ökas ytterligare till närmare 70% P₂O₅ stökiometriskt svarande mot närmare 100 % H₃PO₄ men vid höga halter bildas pyrofosforsyra (H₄P₂O₇) och eventuellt även högre polysyror som leder till mycket hög viskositet.

Det vid reaktion bildade kalciumsulfatet filtreras av och kan tas tillvara som "fosforgips". Våtprocessad syra kan renas från fluor för att ge syran foderkvalitet och ytterligare rening (från arsenik med vätskeextraktion) kan ge livsmedelskvalitet.

I nitrofosfatprocessen, som endast används i liten utsträckning, används i stället salpetersyra för att man ska erhålla växtnäringsämnet kalciumnitrat som biprodukt.

Den termiska processen

Mycket ren fosforsyra kan erhållas genom bränning av elementärt fosfor till fosforpentoxid som sedan löses i utspädd fosforsyra. Fosforn framställs ur fosfatråvaran genom att den blandas med kiseldioxid och koks eller kol. När denna blandning reagerar vid hög temperatur bildas kalciumsilikat, kolmonoxid och fosforånga. Fosforångan kan kondenseras till fosfor eller brännas direkt. Eftersom temperaturen måste vara mycket hög ställs höga och kostsamma krav på processutrustningen och energikostnaden blir hög. Åtminstone delvis används elektriska ugnar. För bästa processekonomi försöker man därför gärna att använda förbränningsvärmen från fosforn och kolmonoxiden för att täcka så stor del av energiförbrukningen som möjligt, vilket ytterligare höjer kraven på processutrustningen. Det mesta av föroreningarna avlägsnas då i samband med framställning av fosforn ur fosfatråvaran. Eftersom arsenik har egenskaper som liknar fosfor kan arseniken förångas på ett liknande sätt och ytterligare rening därför krävas. Slutresultatet är "termisk" fosforsyra av livsmedelskvalitet.

Användning

Fosforsyra ingår i de flesta coladrycker samt i Trocadero för att ge en syrlig smak och ha en viss konserverande effekt. Detta till skillnad från de flesta andra läskedrycker där citronsyra används i stället. Allmänt används fosforsyra inom livsmedelsindustrin för surhetsreglering t.ex. vid osttillverkning och som antioxidationsmedel med E-nummer E 338. Olika salter av fosforsyra används också i livsmedel, t.ex. kalciumfosfat som antiklumpningsmedel i pulver och natrium- och kaliumfosfat som bakpulver.

Fosforsyra används också för att lösa upp rost, för fosfatering av stål och rengöring av tandytan innan applicering av lagning. Vidare används fosforsyra som avkalkningsmedel .

Biokemi

Exempel på fosfolipid. Fosfolipider är fosfatestrar av glycerol (svart). De är estrar med två molekyler fettsyra (grön och blå) och en molekyl fosforsyra (röd). Fosforsyran har dessutom bildat ester med ytterligare en alkoholgrupp (vänstra C-delen av det lila) som oftast också innehåller en aminogrupp (N-delen av det lila).

Fosforsyra ingår i kroppens normala ämnesomsättning. Kalciumfosfat utgör en väsentlig del av skelettet. Kroppens energiomsättning använder också fosforsyra i form av adenosintrifosfat (ATP) och adenosindifosfat ADP. Fosforsyra är också en av grundkomponenterna i fosfolipider i kroppen. Fosfolipiderna är viktiga för uppbyggnaden av cellmembranen, och dess struktur framgår av exemplet i bilden. Fosfolipider är fosfatestrar av glycerol. De är estrar med två molekyler fettsyra och en molekyl fosforsyra. Fosforsyran har dessutom bildat ester med ytterligare en alkoholgrupp som oftast också innehåller en aminogrupp.

Meta-fosforsyra

Meta-fosforsyra, (HPO₃)_n, utgörs av en hård, färglös massa som bildas genom förlust av en molekyl vatten ur fosforsyra vid långvarig upphettning. Salt av meta-fosforsyra kallas metafosfat.

Se även

• Fosforsyrlighet
• Hypofosforsyra