En química , un ácido fosfórico , en sentido general, es un oxoácido de fósforo en el que cada átomo de fósforo (P) se encuentra en estado de oxidación +5, y está unido a cuatro átomos de oxígeno (O), uno de ellos a través de un doble enlace. , dispuestos como las esquinas de un tetraedro . Dos o más de estos tetraedros de PO 4 pueden estar conectados mediante oxígenos compartidos de enlace simple, formando cadenas lineales o ramificadas , ciclos o estructuras más complejas. Los átomos de oxígeno con enlaces simples que no se comparten se completan con átomos de hidrógeno ácidos . La fórmula general de un ácido fosfórico es H n +2−2 x P n O 3 n +1− x , donde n es el número de átomos de fósforo y x es el número de ciclos fundamentales en la estructura de la molécula, entre 0 y norte + 2/2 .
La eliminación de protones ( H + ) de k grupos hidroxilo –OH deja aniones genéricamente llamados fosfatos (si k = n − 2 x + 2 ) o hidrogenofosfatos (si k está entre 1 y n − 2 x + 1 ), con fórmula general [H norte −2 x +2− k P norte O 3 norte +1− x ] k − . El anión completamente disociado ( k = n − 2 x + 2 ) tiene fórmula [P n O 3 n − x +1 ] ( n −2 x +2)− . El término fosfato también se usa en química orgánica para los grupos funcionales que resultan cuando uno o más de los hidrógenos se reemplazan por enlaces a otros grupos.
Estos ácidos, junto con sus sales y ésteres , incluyen algunos de los compuestos de fósforo más conocidos, de gran importancia en bioquímica , mineralogía , agricultura , farmacia , industria química e investigación química .
El más simple y más común de los ácidos fosfóricos es el ácido ortofosfórico , H 3 PO 4 . De hecho, el término ácido fosfórico a menudo significa específicamente este compuesto (y esta es también la nomenclatura actual de la IUPAC ). [ cita necesaria ]
Se pueden unir dos o más moléculas de ácido ortofosfórico mediante condensación en moléculas más grandes mediante eliminación de agua . La condensación de unas pocas unidades produce ácidos oligofosfóricos , mientras que las moléculas más grandes se denominan ácidos polifosfóricos . (Sin embargo, la distinción entre los dos términos no está bien definida).
Por ejemplo, los ácidos pirofosfórico , trifosfórico y tetrafosfórico se pueden obtener mediante las reacciones
La "columna vertebral" de una molécula de ácido polifosfórico es una cadena de átomos de P y O alternos. Cada unidad ortofosfórica adicional que se condensa agrega 1 átomo adicional de H ( hidrógeno ), 1 átomo adicional de P ( fósforo ) y 3 átomos adicionales de O ( oxígeno ). La fórmula general de un ácido polifosfórico es H n +2 P n O 3 n +1 o HO[−P(O)(OH)−O−] n H .
Los ácidos polifosfóricos se utilizan en síntesis orgánica para ciclaciones y acilaciones ; una alternativa es el reactivo de Eaton . [1] [2] [3]
El ácido metafosfórico ( HPO 3 ) es un sólido incoloro, vítreo y delicuescente, con una densidad de 2,2 a 2,5 g/cc, que se sublima al calentarlo. Es soluble en etanol. [4]
Las unidades de ácido fosfórico se pueden unir entre sí formando anillos (estructuras cíclicas). El compuesto más simple es el ácido trimetafosfórico o el ácido ciclotrifosfórico que tiene la fórmula H 3 P 3 O 9 . Su estructura se muestra en la ilustración. Como los extremos están condensados, su fórmula tiene un H 2 O (agua) menos que el ácido tripolifosfórico.
La fórmula general de un ácido fosfórico es H n −2 x +2 P n O 3 n − x +1 , donde n es el número de átomos de fósforo y x es el número de ciclos fundamentales en la estructura de la molécula; es decir, el número mínimo de enlaces que habría que romper para eliminar todos los ciclos.
El caso límite de condensación interna, donde todos los átomos de oxígeno se comparten y no hay átomos de hidrógeno ( x = norte +2/2 ) es un anhídrido P 2 n O 5 n , pentóxido de fósforo P 4 O 10 .
La eliminación de los átomos de hidrógeno como protones H + convierte un ácido fosfórico en un anión fosfato. La eliminación parcial produce varios aniones de hidrógeno fosfato.
Los aniones del ácido ortofosfórico H 3 PO 4 son ortofosfato (comúnmente llamado simplemente "fosfato") PO3-4, fosfato monohidrógeno HPO2-4y fosfato dihidrógeno H 2 PO−4.
La disociación del ácido pirofosfórico H 4 P 2 O 7 genera cuatro aniones, [H 4− k P 2 O 7 ] k − , donde la carga k varía de 1 a 4. El último es el pirofosfato [P 2 O 7 ] 4− . Los pirofosfatos son en su mayoría solubles en agua.
Asimismo, el ácido tripolifosfórico H 5 P 3 O 10 produce al menos cinco aniones [H 5− k P 3 O 10 ] k − , donde k varía de 1 a 5, incluido el tripolifosfato [P 3 O 10 ] 5− . El ácido tetrapolifosfórico H 6 P 4 O 13 produce al menos seis aniones, incluido el tetrapolifosfato [P 4 O 13 ] 6− , y así sucesivamente. Tenga en cuenta que cada unidad fosfórica adicional agrega un átomo de P adicional, tres átomos de O adicionales y un átomo de hidrógeno adicional o una carga negativa adicional.
Los ácidos polifosfóricos ramificados dan aniones polifosfato ramificados de manera similar. El ejemplo más simple de esto es el trifosfonofosfato [OP(OPO 3 ) 3 ] 9− y sus versiones parcialmente disociadas.
La fórmula general para tales aniones de polifosfato (no cíclicos), lineales o ramificados, es [H n +2− k P n O 3 n +1 ] k − , donde la carga k puede variar de 1 a n + 2 . Generalmente en una solución acuosa, el grado o porcentaje de disociación depende del pH de la solución.
Las sales o ésteres de ácidos polifosfóricos cíclicos suelen denominarse "metafosfatos". Los comúnmente llamados trimetafosfatos en realidad tienen una mezcla de tamaños de anillos. Una fórmula general para dichos compuestos cíclicos es [HPO 3 ] x donde x = número de unidades fosfóricas en la molécula.
Cuando los ácidos metafosfóricos pierden sus hidrógenos en forma de H + , se forman aniones cíclicos llamados metafosfatos . Un ejemplo de un compuesto con dicho anión es el hexametafosfato de sodio ( Na 6 P 6 O 18 ), utilizado como secuestrante y aditivo alimentario .
Estas series de ácidos fosfóricos son generalmente solubles en agua considerando la polaridad de las moléculas. Los fosfatos de amonio y alcalinos también son bastante solubles en agua. Las sales alcalinotérreas comienzan a volverse menos solubles y las sales de fosfato de varios otros metales son aún menos solubles.
En soluciones acuosas (soluciones de agua), el agua hidroliza gradualmente (en el transcurso de horas) los polifosfatos en fosfatos más pequeños y finalmente en ortofosfato, si se le proporciona suficiente agua. Las temperaturas más altas o las condiciones ácidas pueden acelerar considerablemente las reacciones de hidrólisis. [5]
Por el contrario, los ácidos polifosfóricos o polifosfatos se forman frecuentemente deshidratando una solución de ácido fosfórico; en otras palabras, eliminar el agua a menudo calentándola y evaporándola.
Los compuestos de orto, piro y tripolifosfato se han utilizado comúnmente en formulaciones de detergentes (es decir, limpiadores). Por ejemplo, véase tripolifosfato de sodio . En ocasiones se denomina difosfato , trifosfato, tetrafosfato, etc. al pirofosfato , tripolifosfato , tetrapolifosfato , etc., sobre todo cuando forman parte de los ésteres de fosfato en bioquímica . También se utilizan para el control de incrustaciones y corrosión por parte de los proveedores de agua potable . [6] Como inhibidor de la corrosión, los polifosfatos actúan formando una película protectora en la superficie interior de las tuberías. [7]
Los grupos −OH de los ácidos fosfóricos también pueden condensarse con los grupos hidroxilo de los alcoholes para formar ésteres de fosfato . Dado que el ácido ortofosfórico tiene tres grupos −OH , puede esterificarse con una, dos o tres moléculas de alcohol para formar un mono, di o triéster. Vea la imagen de la estructura general de un éster orto- (o mono-)fosfato a continuación a la izquierda, donde cualquiera de los grupos R puede ser un hidrógeno o un radical orgánico . También son posibles ésteres de di y tripoli (o tri) fosfato, etc. Cualquier grupo −OH en los fosfatos en estas moléculas de éster puede perder iones H + para formar aniones, nuevamente dependiendo del pH de una solución. En la bioquímica de los organismos vivos, existen muchos tipos de compuestos (mono)fosfato, difosfato y trifosfato (esencialmente ésteres ), muchos de los cuales desempeñan un papel importante en el metabolismo, como el adenosín difosfato (ADP) y el trifosfato (ATP) .
![{\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {2 H3PO4}}&\longrightarrow {\ce {H4P2O7 + H2O}}\\[2pt]{\ce {H4P2O7 + H3PO4}}&\longrightarrow {\ce { H5P3O10 + H2O}}\\[2pt]{\ce {H5P3O10 + H3PO4}}&\longrightarrow {\ce {H6P4O13 + H2O}}\end{aligned}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d4c24f45d2f63419fa9f3ec8c03563abe3532b13)