- Kwas fosforowy to związek powszechnie występujący w organizmach żywych i niezbędny do ich prawidłowego funkcjonowania.
- Zazwyczaj spotykamy kwas fosforowy (V) w formie roztworu wodnego, którego stężenie różni się w zależności od metody produkcji.
- Sucha produkcja kwasu fosforowego jest droższa i bardziej wymagająca, ale prowadzi do powstania bardziej stężonego kwasu o mniejszej ilości zanieczyszczeń, niż w przypadku metody mokrej.
- Kwas fosforowy stosowany jest w wielu gałęziach przemysłu. W szczególności wyróżnić można produkcję nawozów sztucznych, przemysł spożywczy, farmaceutyczny i produkcję środków czyszczących.
Czym jest kwas fosforowy?
Kwas fosforowy, inaczej znany jako kwas fosforowy (V) lub kwas ortofosforowy (V), jest nieorganicznym związkiem chemicznym należącym do grupy kwasów tlenowych, a więc zawierających w swojej strukturze tlen. Posiada wzór sumaryczny H3PO4.
Kwas fosforowy 5 i jego związki – fosforany, takie jak sole i estry, pełnią bardzo ważne role biologiczne. Są składnikiem kwasów nukleinowych, takich jak DNA i RNA, przechowujących materiał genetyczny oraz ATP, który odpowiada za magazynowanie energii w komórkach. Ponadto związki fosforu pełnią ważne role buforowe i regulatorowe, poprzez fosforylację i defosforylację białek kontrolując aktywność enzymatyczną i inne procesy metaboliczne w organizmie.
Właściwości kwasu fosforowego
Kwas fosforowy w czystej postaci jest bezbarwnym, bezwonnym ciałem stałym o masie molowej 98 g/mol i gęstości 1,685 g/ml w temperaturze 25°C. Kwas fosforowy najczęściej spotykany jest w postaci roztworu wodnego, który ma formę syropowatej cieczy. W takiej formie występuje kwas fosforowy do użytku przemysłowego, oferowany przez firmy takie, jak Foodcom S.A.
Kwas fosforowy jest kwasem stabilnym, umiarkowanie silnym, trójzasadowym, zdolnym do zakwaszania roztworów. Dobrze rozpuszcza się w wodzie oraz etanolu, jest higroskopijny i posiada właściwości korozyjne. W przemyśle spożywczym kwas fosforowy i inne substancje o podobnych właściwościach są stosowane jako regulatory kwasowości.
Gdzie stosowany jest kwas fosforowy?
Zastosowanie kwasu fosforowego jest bardzo szerokie. Jest używany m.in. jako substrat do produkcji:
- nawozów sztucznych,
- powłok ochronnych na metalach,
- środków farmaceutycznych, np. węgla aktywnego i suplementów diety,
- odrdzewiaczy i odkamieniaczy przemysłowych,
- płynów do lutowania,
- mydeł, detergentów i środków czyszczących,
- kosmetyków i past do zębów,
- materiałów poddawanych mikroobróbce,
- kitów porcelanowych w stomatologii, lecznictwie i laboratoriach medycznych,
- odczynników laboratoryjnych.
Związki fosforu są szeroko stosowane także w przemyśle spożywczym. Kwas fosforowy jest używany do produkcji różnego rodzaju artykułów żywnościowych, np. stosuje się go do oczyszczania soków w cukrownictwie i w przetwórstwie owoców, pomagając w usuwaniu niepożądanych substancji. Najpopularniejsze jest jednak jego zastosowanie jako regulatora kwasowości. W żywności kwas fosforowy oznaczany jest jako dodatek o symbolu E338. Spotykamy go przede wszystkim w takich produktach, jak napoje gazowane typu Coca-Cola oraz innych artykułach spożywczych, takich jak dżemy.
Czym są regulatory kwasowości? Są to związki chemiczne stosowane jako dodatki do żywności lub napojów, służące do nadawania artykułom spożywczym kwaśnego smaku. Wiele kwasów, w tym kwas fosforowy, może także wpływać na zwiększoną trwałość produktów i regulację pH.
Jako regulator pH kwas fosforowy stosowany jest także w produkcji kosmetyków i produktów do pielęgnacji skóry, natomiast jako środek dezynfekcyjny jest używany w przemyśle spożywczym, mleczarskim i browarniczym.
Produkcja kwasu fosforowego
Rodzaje produkcji kwasu fosforowego obejmują tzw. proces mokry i suchy.
Mokra produkcja kwasu fosforowego zakłada użycie materiałów zawierających fosforany, najczęściej fosforan wapnia. Często stosuje się minerały, takie jak apatyt i fosforyt, lub zmielone kości zwierząt. Materiał ten poddaje się działaniu kwasu siarkowego. W reakcji powstaje kwas fosforowy i siarczan wapnia (gips), który łatwo od niego oddzielić poprzez filtrowanie. Otrzymany kwas ma zazwyczaj stężenie 32-46%, a więc w dalszej kolejności poddawany jest zagęszczaniu i oczyszczaniu.
Proces suchy stosowany jest do otrzymywania kwasu fosforowego o wysokiej czystości, np. do zastosowania w przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym. Jest to proces droższy i bardziej energochłonny niż metoda mokra, skutkuje jednak powstaniem kwasu fosforowego o wyższym stężeniu i mniejszej ilości zanieczyszczeń.
Suchy proces otrzymywania kwasu fosforowego polega na bezpośrednim spalaniu fosforu w obecności tlenu, a następnie hydratacji powstającego tlenku fosforu (V) w reakcji z wodą. Proces ten wymaga kontrolowanego dodawania wody, aby uniknąć powstawania różnych form polimerycznych kwasów fosforowych, takich jak kwas metafosforowy lub pirofosforowy, które mogą powstać w przypadku niepełnej hydratacji. Wyzwaniem w przypadku tej metody jest również konieczność użycia czystego fosforu. Najczęściej otrzymuje się go przez redukcję rudy fosforanowej w piecu łukowym, na drodze tzw. procesu termicznego, w obecności koksu i krzemionki.
Kwas fosforowy jest niezwykle wszechstronnym związkiem chemicznym o szerokim spektrum zastosowań – począwszy od przemysłu spożywczego, przez przemysł chemiczny, aż po sektor kosmetyczny i farmaceutyczny. Jego rola jako regulatora kwasowości oraz surowca do produkcji nawozów sprawia, że jest on jednym z kluczowych substratów współczesnego przemysłu. Rola kwasu fosforowego w globalnej gospodarce jest trudna do przecenienia.
