Acide phosphorique
| Acide phosphorique | |
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| Structure de l'acide phosphorique. | |
| Identification | |
|---|---|
| Nom UICPA | acide orthophosphorique |
| Synonymes |
acide phosphorique |
| No CAS | |
| No ECHA | 100.028.758 |
| No CE | 231-633-2 |
| PubChem | 1004 |
| No E | E338 |
| FEMA | 2900 |
| SMILES | |
| InChI | |
| Apparence | Solide blanc ou liquide visqueux incolore (T>42 °C) |
| Propriétés chimiques | |
| Formule | H3PO4 |
| Masse molaire[2] | 97,995 2 ± 0,001 4 g/mol H 3,09 %, O 65,31 %, P 31,61 %, |
| pKa | à 25 °C : 2,148 ; 7,198 ; 12,319[1] |
| Propriétés physiques | |
| T° fusion | 42,35 °C[a],[4] |
| T° ébullition | Se décompose au-dessous du point d'ébullition à 213 °C[5] |
| Solubilité | Sol. dans l'alcool, sol. dans 8 vol. d'un mélange éther:alcool à 3:1, |
| Masse volumique | 1,834 g cm−3 à 18 °C[4] |
| Pression de vapeur saturante | à 20 °C : 4 Pa[5] |
| Viscosité dynamique | 3,86 mPa s (solution à 40 %, 20 °C)[4] |
| Précautions | |
| SGH[6] | |
 Danger |
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| SIMDUT[7] | |
 E, |
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| NFPA 704 | |
| Transport | |
| Inhalation | Sensation de brûlure. Toux. Essoufflement. Mal de gorge. |
| Peau | Rougeur. Douleur. Brûlures cutanées. Ampoules. |
| Yeux | Douleur. Rougeur. Brûlures profondes graves. |
| Ingestion | Douleurs abdominales. Sensation de brûlure. Choc ou collapsus. |
| Composés apparentés | |
| Autres composés |
Acide hypophosphoreux, Acide phosphoreux, Acide pyrophosphorique |
| Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire. | |
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L’acide phosphorique (ou acide orthophosphorique) est un composé chimique de formule H3PO4. C'est un oxoacide trifonctionnel (triacide) important en chimie inorganique et fondamental en biochimie. Il s'agit d'un acide minéral obtenu par traitement de roches phosphatées ou par combustion du phosphore.
À température ambiante, l'acide phosphorique pur est un solide cristallin de densité 1,83 qui fond à 42,35 °C[a]. Toutefois, il n'est pratiquement jamais produit ni utilisé sous cette forme. Sa forme la plus courante est une solution aqueuse contenant généralement 75% ou 85% H3PO4. Ces solutions sont inodores, incolores et ont l'aspect d'un liquide sirupeux.
L'acide phosphorique constitue la matière première de base pour la production de phosphates (ou sels phosphatés), principalement les engrais.
L'acide phosphorique et les phosphates sont souvent décrits selon leur teneur en pentoxyde de phosphore, P2O5. Il s'agit toutefois d'une notation historique, et les solutions aqueuses d'acide phosphorique ne contiennent pas de P2O5 tel-quel. Le facteur de conversion est [H3PO4] = [P2O5] x 196 / 142.
Chimie
[modifier | modifier le code]Il s'agit d'un triacide minéral capable de céder trois protons en formant successivement trois bases conjuguées : l'ion dihydrogénophosphate H2PO4−, l'ion hydrogénophosphate HPO42− et l'ion phosphate PO43−, avec les constantes d'équilibres suivantes (à 25 °C)[1] :
| H3PO4 (s) + H2O(l) H2PO4−(aq) + H3O+(aq) | Ka1 = 7,13 × 10−3 | pKa1 = 2,16 ; |
| H2PO4−(aq) + H2O(l) HPO42−(aq) + H3O+(aq) | Ka2 = 6,38 × 10−8 | pKa2 = 7,21 ; |
| HPO42−(aq) + H2O(l) PO43−(aq) + H3O+(aq) | Ka3 = 3,79 × 10−13 | pKa3 = 12,32. |
Biologie
[modifier | modifier le code]Les dimères et trimères de l'acide phosphorique interviennent dans de nombreux domaines en biologie comme les transporteurs d'énergie ADP/ATP, l'ADN et dans les os.
Production industrielle
[modifier | modifier le code]L'acide phosphorique est généralement obtenu par l'attaque dans un réacteur de l'apatite (principal minerai de phosphate) par de l'acide sulfurique H2SO4. L'apatite est souvent un mélange de :
- chlorapatite Ca5(PO4)3Cl ;
- fluorapatite Ca5(PO4)3F ;
- hydroxyapatite Ca5(PO4)3(OH).
et aussi les carbonate-apatites où un groupe CO3OH ou CO3F remplace un tétraèdre PO4.
Les réactions sont :
- Ca5(PO4)3Cl + 5 H2SO4 + 10 H2O → 3 H3PO4 + 5 (CaSO4,2H2O) + HCl ;
- Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 + 10 H2O → 3 H3PO4 + 5 (CaSO4,2H2O) + HF ;
- Ca5(PO4)3OH + 5 H2SO4 + 9 H2O → 3 H3PO4 + 5 (CaSO4,2H2O).
Les carbonates donnent du dioxyde de carbone et de l'eau au lieu d'une partie de l'acide phosphorique.
Après un certain temps de séjour dans le réacteur (variable selon le type de réacteur utilisé et le minerai traité), il est procédé à une opération de filtration de la bouillie résultante (le liquide et le solide) afin de séparer l'acide phosphorique ainsi fabriqué des cristaux de sulfate de calcium dihydraté (CaSO4,2H2O) ou semi-hydraté (CaSO4,1/2H2O) appelé phosphogypse.
On peut également le préparer par calcination à haute température de l'apatite avec de la silice et du carbone (sable et charbon). La vapeur de phosphore produite est oxydée en pentoxyde de phosphore qui réagit avec de la vapeur d'eau.
Utilisations
[modifier | modifier le code]Industriellement, l'acide phosphorique est employé avant tout dans la fabrication de sels de phosphate, principalement des engrais et des détergents. On l'emploie également dans une moindre mesure pour la fabrication de ciments dentaires, comme catalyseur ou pour le traitement de surface des métaux.
L'acide phosphorique est un additif alimentaire employé dans les boissons non alcoolisées comme régulateur de pH (E338) : principalement dans les sodas au cola (Coca-Cola, Pepsi Cola, Dr Pepper)[réf. souhaitée].
L'acide phosphorique est très utilisé en laboratoire, car il résiste à l'oxydation, à la réduction et à l'évaporation.
L'acide phosphorique est souvent utilisé en solution dans des produits utilisés en mécanique pour dérouiller les pièces métalliques. Il sert aussi à la phosphatation de pièces métalliques pour les protéger de l'oxydation à l'air libre.
L'acide phosphorique est aussi utilisé comme un électrolyte dans les piles à combustible PAFC.
Risques
[modifier | modifier le code]L'acide phosphorique concentré est un liquide corrosif qui peut provoquer de graves brûlures de la peau et des yeux.
En tant qu'additif alimentaire, une consommation excessive d'acide phosphorique peut entraver le fonctionnement des reins et favoriser les calculs rénaux. Des chercheurs américains ont interrogé 465 personnes pour lesquelles une insuffisance rénale avait été récemment diagnostiquée et ils ont constaté à partir de la description de leur régime alimentaire qu'à partir de deux verres de Coca-Cola journalier, le risque d'insuffisance rénale est multiplié par deux. Il en est de même avec le Coca-Cola light alors qu'aucune association n'a été trouvée avec les autres sodas[9].
Environnement
[modifier | modifier le code]Via les crassiers de phosphogypse, la production de l'acide phosphorique à partir de certaines roches phosphatées contenant des éléments radioactifs peut parfois être source d'une importante accumulation de déchets faiblement radioactifs et de « Radioactivité naturelle technologiquement renforcée »[10].
Commerce
[modifier | modifier le code]La France, en 2014, est nette importatrice d'acide phosphorique, d'après les douanes françaises. Le prix moyen au kilogramme à l'import était de 0,9 €[11].
Notes et références
[modifier | modifier le code]Notes
[modifier | modifier le code]- Ce point de fusion est celui de l'acide phosphorique pur. Cependant, lorsque l'acide phosphorique est chauffé à une température proche de cette valeur, il se décompose partiellement suivant la réaction : 2 H3PO4 ⇌ H2O + H4P2O7. Le point d'ébullition du mélange diminue progressivement avec l'avancée de cette décomposition jusqu'à 34,6 °C à l'équilibre[3].
Références
[modifier | modifier le code]- David R. Chemical rubber publishing company, CRC Handbook of chemistry and physics: 2000-2001 a ready-reference book of chemical and physical data, CRC press, (ISBN 978-0-8493-0481-1)
- Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- (en) N. N. Greenwood, Chemistry of the elements, Oxford Boston, Butterworth-Heinemann, (ISBN 0-7506-3365-4, OCLC 37499934), p. 518.
- « Phosphoric Acid », sur Hazardous Substances Data Bank (consulté le ).
- ACIDE PHOSPHORIQUE, Fiches internationales de sécurité chimique
- Numéro index dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
- « Acide phosphorique » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 23 avril 2009
- « acide orthophosphorique », sur ESIS, consulté le 3 mars 2010
- (en) Saldana T.M., Basso O., Darden R. et Sandler D.P., « Carbonated beverages and chronic kidney disease », sur ncbi.nlm.nih.gov, (consulté le ).
- Association Robin des bois (2005)Radioactivité naturelle technologiquement renforcée), décembre 2005.
- « Indicateur des échanges import/export », sur Direction générale des douanes. Indiquer NC8=28092000 (consulté le )
Annexes
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]Liens externes
[modifier | modifier le code]- « Acide phosphorique - Fiche toxicologique no 37 », INRS, novembre 2020
- (en) « Phosphoric acid » NIOSH, 30 octobre 2019
