Phosphoric acid : फॉस्फोरिक एसिड बनाने की विधि और उपयोग

Phosphoric acid : फॉस्फोरिक एसिड बनाने की विधि और उपयोग – इस लेख में आपको फॉस्फोरिक एसिड के बारे में जानकारी दी जा रही है। यहाँ आपको फॉस्फोरिक एसिड बनाने की विधि, फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग, फॉस्फोरिक एसिड क्या है ?, फॉस्फोरिक एसिड का रासायनिक सूत्र व अणुभार, फॉस्फोरिक एसिड के गुण बारे में जानकारी दी जा रही है।

फॉस्फोरिक एसिड क्या है ?

Phosphoric acid एक रंगहीन, ठोस अकार्बनिक अम्ल है, जिसका रासायनिक सूत्र H3PO4 व अणुभार 97.994 ग्राम/मोल होता है। यह ऑर्थोफोस्फोरिक एसिड के नाम से भी जाना जाता है। फॉस्फोरिक एसिड के अणु में ऑक्सीजन के चार परमाणु, फॉस्फोरस का एक परमाणु और हाइड्रोजन के तीन परमाणु होते हैं। यह एक दुर्बल अम्ल है। यह जंग लगी वस्तुओं को साफ करने में काम आता है, क्योंकि जंग इसमें घुल जाता है। दंतचिकित्सक इसका उपयोग दांतो को साफ करने में करते हैं।

सभी तीन हाइड्रोजन अलग-अलग डिग्री के लिए अम्लीय होते हैं और फास्फोरिक अणु से H+ions (प्रोटॉन) मुक्त हो सकते है। जब सभी तीन H⁺ आयनों को मुक्त कर दिया जाता है, तो एक ऑर्थोफॉस्फेट आयन PO₄³⁻ प्राप्त होता है, जिसे आमतौर पर “फॉस्फेट” कहा जाता है। एक या दो प्रोटॉन को हटाने से डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट आयन H₂PO⁻₄ और हाइड्रोजन फॉस्फेट आयन HPO²⁻₄  मिलता है। ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड भी एस्टर बनाते है, जिसे ऑर्गनोफॉस्फेट कहा जाता है।

Phosphoric acid रासायनिक प्रयोगशालाओं में 85% जलीय विलयन के रूप में प्रयुक्त किया जाता है। यह एक रंगहीन, गंधहीन और अवाष्पशील सिरप तरल है। हालांकि Phosphoric acid दुर्बल अम्ल होता है, फिर भी 85% विलयन त्वचा को गंभीर रूप से हानि पहुँचा सकता है। साथ ही यह आंखों को भी नुकसान पहुँचा सकता है। “ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड” नाम का उपयोग इस विशिष्ट एसिड को अन्य “फॉस्फोरिक एसिड” से अलग करने के लिए किया जा सकता है। जैसे पाइरोफॉस्फोरिक एसिड।

फॉस्फोरिक एसिड का रासानिक सूत्र व अणुभार

फॉस्फोरिक एसिड का रासानिक सूत्र H3PO4 व फॉस्फोरिक एसिड का अणुभार 97.994 ग्राम/मोल होता है। यह एक दुर्बल अम्ल है।

फॉस्फोरिक एसिड की संरचना

Phosphoric acid की संरचना में  केंद्रीय फास्फोरस परमाणु एक द्विबंध के माध्यम से एक ऑक्सीजन परमाणु के साथ बंध जाता है। यह एकल बंधों के माध्यम से तीन हाइड्रॉक्सिल (-OH) समूहों से भी जुड़ा होता है।

Phosphoric acid का अम्लीय गुण

पृथक्करण स्थिरांक pK_a1 = 2.14, pK_a2 = 7.20, and pK_a3 = 12.37  के साथ तीनों हाइड्रोजन अम्लीय हैं। यह इस प्रकार है कि जलीय  विलयन में फॉस्फोरिक एसिड ज्यादातर अपने तीन आयनों के संयोजन में बहुत कम pH को छोड़कर अलग हो जाता है। इसका संतुलन समीकरण इस प्रकार हैं।

H₃PO₄   + H₂O ⇌ H₃O⁺ + H₂PO₄⁻      K_a1= 7.25×10⁻³ [pK_a1 = 2.14]

H₂PO₄⁻+ H₂O ⇌ H₃O⁺ + HPO₄²⁻       K_a2= 6.31×10⁻⁸ [pK_a2 = 7.20]

HPO₄²⁻+ H₂O ⇌ H₃O⁺ +  PO₄³⁻        K_a3= 3.98×10⁻¹³ [pK_a3 = 12.37]

Phosphoric acid की अम्ल क्षारकता

1. हाइपोफॉस्फोरस अम्ल (H3PO2) फास्फोरस की ऑक्सीकरण संख्या = +1 , क्षारकता = 1
2. फास्फोरस अम्ल (H3PO3) फास्फोरस की ऑक्सीकरण संख्या = +3 , क्षारकता = 2
3. ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (H3PO4) फास्फोरस की ऑक्सीकरण संख्या = +5 , क्षारकता = 3
4. पायरोफॉस्फोरिक एसिड (H4P2O7) फास्फोरस की ऑक्सीकरण संख्या = +5 , क्षारकता = 4
5. मेटाफॉस्फोरिक एसिड (HPO3) फॉस्फोरस की ऑक्सीकरण संख्या = +5 , क्षारकता = 1

Phosphoric acid के भौतिक गुण

1. फॉस्फोरिक एसिड का आण्विक आकार चतुष्फलकीय होता है।
2. इसकी क्रिस्टलीय संरचना मोनोक्लिनिक होती है।
3. इसका आण्विक भार 97.994 ग्राम/मोल होता है।
4. या एक दुर्बल अम्ल है।
5. यह एक रंगहीन, गंधहीन, चिपचिपा तरल होता है।
6. फॉस्फोरिक एसिड का रासायनिक सूत्र H3PO4 होता है।
7. इसका घनत्व 1.88 ग्राम / सेमी³ होता है।
8. इसका क्वथनांक 158 °C होता है।
9. इसका गलनांक 42.35 °C होता है।

Phosphoric acid का रासायनिक गुण

1. Phosphoric acid या H3PO4 तीन H+ आयन मुक्त कर सकता है। इस गुण के कारण यह अन्य खनिज अम्लों की तुलना में अलग तरह से अभिक्रिया कर सकता है।
2. क्षारों के साथ अभिक्रिया से सामान्यतः लवणों के तीन वर्ग बनते हैं।
3. इसमें तीन संभावित पृथक्करण चरण होते हैं। इसीलिए फॉस्फोरिक एसिड को ट्राइबेसिक कहा जाता है
4. जब फॉस्फोरिक एसिड के अणु उच्च तापमान के संपर्क में आते हैं तो यह डिमर, ट्रिमर और यहां तक ​​कि लंबी पॉलीमेरिक श्रृंखला बनाते हैं जैसा पॉली फॉस्फोरिक एसिड और मेटा-फॉस्फोरिक एसिड
5. कार्बोक्जिलिक एसिड की तरह Phosphoric acid फॉस्फो एनहाइड्राइड बनाने के लिए निर्जलीकरण प्रतिक्रिया के माध्यम से मंद हो सकता है।
6. कार्बोक्जिलिक एसिड के साथ के दो फॉस्फोरिक एसिड के अणु जल के साथ मिलकर एक डी फॉस्फेट एस्टर बना सकते हैं जिसे पायरोफॉस्फेट भी कहा जाता है। हालांकि फॉस्फोरिक एसिड के आगे -OH क्रियात्मक समूह के कारण ट्राइफॉस्फेट भी बन सकते हैं।
7. फॉस्फोरिक एसिड के लवण ठोस होते हैं और कई अपेक्षाकृत पानी में अघुलनशील होते हैं जब तक कि एक प्रबल खनिज अम्ल मौजूद न हो।

फॉस्फोरिक एसिड बनाने की विधि

Phosphoric acid आमतौर पर दो अलग-अलग प्रक्रियाओं से बनाया जाता है।

1. गीली प्रक्रिया (Wet Process)
2. थर्मल प्रक्रिया (Thermal process)

1. गीली प्रक्रिया (Wet Process)

गीली प्रक्रिया से Phosphoric acid प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले क्रिस्टल रॉक से उत्पन्न होता है जिसे फ्लोरापेटाइट के रूप में जाना जाता है जिसमें फॉस्फेट खनिज होता है। इस यौगिक की सान्द्र सल्फ्यूरिक अम्ल और जल के साथ अभिक्रिया कराई जाती है। जब अभिक्रिया होती है तो फॉस्फोरिक एसिड और कैल्शियम सल्फेट (जिप्सम) के साथ-साथ कुछ अघुलनशील अशुद्धियों का भी निर्माण होता है।

निस्पंदन और वाष्पीकरण की प्रक्रिया द्वारा अतिरिक्त रासायनिक यौगिकों और अशुद्धियों को हटा दिया जाता है। ‘वेट प्रोसेस’ में प्राप्त एसिड का उत्पाद अशुद्ध होता है। लेकिन इसका उपयोग आगे शुद्धिकरण के बिना उर्वरक निर्माण के लिए किया जा सकता है।

Ca₅(PO₄)3Cl + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄.2H₂O + HCl

Fluoroapatite एक वैकल्पिक फीडस्टॉक है। इस स्थिति में फ्लोराइड को अघुलनशील यौगिक Na2SiF6 के रूप में हटा दिया जाता है। फॉस्फोरिक एसिड के विलयन में आमतौर पर 23–33% P2O5 (32–46% H3PO4) होता है। यह व्यापारिक फॉस्फोरिक एसिड का उत्पादन करने के लिए सांद्रित हो सकता है, जिसमें लगभग 54-62% P2O5 (75-85% H3PO4) होता है।

पानी को ओर हटाने से सुपरफॉस्फोरिक एसिड 70% से ऊपर P2O5 सांद्रता (लगभग 100% H3PO4 के अनुरूप) के साथ उत्पन्न होता है। कैल्शियम सल्फेट (जिप्सम) एक उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है और इसे फॉस्फोजिप्सम के रूप में हटा दिया जाता है।

2.थर्मल प्रक्रिया (Thermal process)

Phosphoric acid बनाने की एक अन्य विधि थर्मल प्रक्रिया है। इसमें फास्फोरस को हवा की उपस्थिति में उच्च तापमान पर जलाया जाता है। जलने के परिणामस्वरूप फॉस्फोरस पेंटोक्साइड उत्पन्न होता है जिसे बाद में एक सफेद पाउडर बनाने के लिए संघनित किया जाता है। फिर इसे Phosphoric acid प्राप्त करने के लिए एक अलग प्रक्रिया में हाइड्रेटेड किया जाता है।

कभी-कभी बर्नर में भाप भी डाली जाती है जहां पॉलीफोस्फोरिक एसिड का एक संघनित रूप उत्पन्न होता है। उत्पादों को सीधे एक हाइड्रेशन टॉवर से गुजरा जाता है जहां गैसीय फास्फोरस ऑक्साइड अवशोषित होता है और फॉस्फोरिक एसिड प्राप्त होता है।

फ़ूड-ग्रेड Phosphoric acid का उत्पादन करने के लिए फॉस्फेट अयस्क को पहले इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में कोक के साथ अपचयित किया जाता है, ताकि एलिमेंटल फॉस्फोरस बनाया जा सके। इसमें सिलिका भी मिलाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप कैल्शियम सिलिकेट स्लैग का उत्पादन होता है। मौलिक फास्फोरस भट्ठी से बाहर निकाला जाता है और उच्च शुद्धता वाले फास्फोरस पेंटोक्साइड का उत्पादन करने के लिए हवा की उपस्थिति में जलाया जाता है, जो फॉस्फोरिक एसिड बनाने के लिए जल में घुल जाता है। दोनों प्रक्रियाओं से Phosphoric acid को आर्सेनिक और अन्य संभावित विषाक्त अशुद्धियों के यौगिकों को हटाकर ओर शुद्ध किया जा सकता है।

फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग

1. फ़ूड-ग्रेड Phosphoric acid का उपयोग विभिन्न कोला और जैम जैसे खाद्य पदार्थों और पेय पदार्थों को अम्लीकृत करने के लिए किया जाता है। जिससे एक तीखा या खट्टा स्वाद उत्पन होता हैं। Phosphoric acid एक परिरक्षक के रूप में भी कार्य करता है। फॉस्फोरिक एसिड युक्त शीतल पेय पदार्थो को कभी-कभी फॉस्फेट सोडा या फॉस्फेट कहा जाता है। Phosphoric acid युक्त शीतल पेय पदार्थो से दांतों के क्षरण की भी संभावना होती है। फॉस्फोरिक एसिड से गुर्दे की पथरी का निर्माण होता है। खासकर उन लोगों में ज्यादा होने की संभावना होती है जिन्हें पहले गुर्दे की पथरी हो चुकी है।
2. फॉस्फेट रूपांतरण कोटिंग या निष्क्रियता द्वारा विरोधी जंग उपचार में इसका उपयोग किया जाता है।
3. पार्कराइजेशन प्रक्रिया के माध्यम से लोहे के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए इसका उपयोग किया जाता है।
4. फास्फोरस-31 परमाणु चुंबकीय अनुनाद के लिए बाहरी मानक के रूप में प्रयुक्त किया जाता है।
5. फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं में काम में लिया जाता है।
6. सक्रिय कार्बन के उत्पादन में भी इसका उपयोग किया जाता है।
7. मिश्रित अर्धचालक प्रसंस्करण में इंडियम फॉस्फाइड के संबंध में चुनिंदा रूप से इंडियम गैलियम आर्सेनाइड को खोदने के लिए यह प्रयुक्त किया जाता है।
8. सिलिकॉन डाइऑक्साइड के संबंध में चुनिंदा रूप से सिलिकॉन नाइट्राइड खोदने के लिए माइक्रोफैब्रिकेशन में भी यह काम आता है।
9. सौंदर्य प्रसाधन और त्वचा देखभाल उत्पादों (cosmetics and skin-care products) में pH समायोजक के रूप में यह काम आता है।
10. डेयरी, खाद्य और शराब बनाने वाले उद्योगों में एक सफाई एजेंट के रूप में इसका उपयोग किया जाता है।
11. फॉस्फोरिक एसिड के मोनो और सोडियम व पोटेशियम लवण नियमित रूप से pH बफर के रूप में उपयोग किए जाते हैं।
12. इसका उपयोग उर्वरकों के रूप में किया जाता है। उत्पादित फॉस्फोरिक एसिड का लगभग 90% उर्वरक के रूप में उपयोग किया जाता है
13. इसका उपयोग सूअरों, मवेशियों, मुर्गी पालन के पूरक आहार के रूप में किया जाता है।
14. इसका उपयोग धातुओं की सतह से जंग हटाने के लिए किया जाता है।

सुरक्षा

मध्यम सांद्रता में Phosphoric acid विलयन त्वचा को नुकसान पहुँचा सकता है। सांद्रित विलयनों के संपर्क में आने से त्वचा में गंभीर जलन हो सकती है और आंखों को स्थायी रूप से नुकसान हो सकता है। फॉस्फोरिक एसिड सांद्र सल्फ्यूरिक या नाइट्रिक एसिड की तुलना में कम संक्षारक और खतरनाक होता है। इसके सांद्रित विलयन त्वचा और श्लेष्मा झिल्ली को नुकसान पहुँचाते हैं।

वाष्प में P2O5 धुएं होते हैं जो गले और खाँसी में जलन पैदा कर सकते हैं लेकिन <10mg/m3 पर सहन किया जा सकता है। फॉस्फोरिक एसिड ठोस और तरल दोनों रूपों में एक गैर-दहनशील पदार्थ है। अगर साँस ली जाए तो यह घातक हो सकता है। आग से निकलने वाले धुएं से श्वसन मार्ग, आंखों, त्वचा में जलन होती है और इसमें फॉस्फीन, फॉस्फोरिक एसिड, हाइड्रोजन क्लोराइड हो सकता है।

FAQ

Q : फास्फोरिक एसिड क्या काम आता है?
Ans : इसके उपयोग से जंग लगी वस्तुओं को साफ किया जाता है क्योंकि जंग इसमें घुल जाता है। दंतचिकित्सक इसका प्रयोग दांतो को साफ करने में करते हैं। इसके अलावा यह खाद्य पर्दार्थो में काम आता है।

Q : पायरोफॉस्फोरिक अम्ल क्या है?
Ans : पायरोफॉस्फोरिक अम्ल का रसायनिक सूत्र H4P2O7 होता है। यह एक रंगहीन ठोस होता है। जो जल में विलेय होता है। पायरोफॉस्फोरिक अम्ल एक अकार्बनिक एसिड होता है।

Q : फास्फोरस को वायु में खुला रखने पर क्या होगा?
Ans : फॉस्फोरस एक बहुत सक्रिय अधातु है। वायु में खुला रखने पर यह आग पकड़ लेता है। फ़ॉस्फोरस से वायुमण्डलीय ऑक्सीजन का सम्पर्क न हो, इसलिए उसे जल में रखा जाता है।

Q : फॉस्फोरिक एसिड का रासायनिक सूत्र क्या है ?
Ans : H3PO4

Q : फॉस्फोरिक एसिड का अणुभार कितना है ?
Ans : 97.994 ग्राम/मोल

Q : फॉस्फोरिक एसिड का गलनांक कितना है ?
Ans : 42.35 °C

Q : फॉस्फोरिक एसिड का क्वथनांक कितना होता है ?
Ans : 158 °C

Q : फॉस्फोरिक एसिड का निर्माण कैसे किया जाता है?
Ans : जब फास्फोरस को धीरे-धीरे नाइट्रिक एसिड में मिलाया जाता है, तो फॉस्फोरिक एसिड उत्पन्न होता है और अवशिष्ट नाइट्रिक एसिड के साथ मिल जाता है। इसके अलावा पानी में निलंबित बैराइटा के फॉस्फेट में सल्फ्यूरिक एसिड मिलाकर फॉस्फोरिक एसिड प्राप्त किया जा सकता है।सल्फ्यूरिक एसिड बेराइटा के साथ मिलकर एक अघुलनशील नमक बनाता है जो फॉस्फोरिक एसिड के घोल में रहने पर अवक्षेपित हो जाता है।

Q : फॉस्फोरिक एसिड क्या है ?
Ans : फॉस्फोरिक एसिड एक रंगहीन, ठोस अकार्बनिक अम्ल है। फॉस्फोरिक एसिड के अणु में ऑक्सीजन के चार परमाणु, फॉस्फोरस का एक परमाणु और हाइड्रोजन के तीन परमाणु होते हैं। यह एक दुर्बल अम्ल है।

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