Acide phosphorique

Acide phosphorique.
Formule : H3PO4
(O = 65,3 %, P = 31,64%, H = 3,06 %)

Masse molaire = 97,9952 ± 0,0014 g·mol-1

C'est un oxoacide trifonctionnel (triacide) important en chimie inorganique et fondamental en biochimie. Il s'agit d'un acide minéral.

Préparation.
Obtenu industriellement par traitement de roches phosphatées ou par combustion du phosphore.
On peut donc le préparer par calcination de la vapeur de phosphore, puis par traitement de l'oxyde résultant, avec de la vapeur d'eau.
L'acide phosphorique est généralement obtenu par l'attaque dans un réacteur du minerai de fluorophosphate de calcium Ca₅(PO₄)3F par de l'acide sulfurique H₂SO₄,
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 afin de séparer l'acide phosphorique ainsi fabriqué des cristaux de sulfate de calcium dihydraté (CaSO₄,2H₂O) ou semi-hydraté (CaSO₄,1/2 H₂O ) appelé phosphogypse.

Caractéristiques principales :
À température ambiante, l'acide phosphorique ou orthophosphorique est un solide cristallin de densité 1,834, qui fond à 42,35 °C > liquide visqueux incolore.
Pur c'est un solide hygroscopique. Cette acide pur n'est pas disponible commercialement.

Solubilité : 548 g dans 100 cm3 d'eau froide.

Il s'agit d'un triacide capable de céder trois protons en formant successivement trois bases conjuguées :

• dihydrogénophosphate H₂PO₄^-
• hydrogénophosphate HPO₄^2-
• orthophosphate PO₄^3-

avec les constantes d'équilibres suivantes :

• H₃PO₄ (s) + H₂O(l) >>> H₂PO₄^-(aq) + H₃O⁺(aq), Ka1= 7,25×10^-3, pKa1 = 2,12
• H₂PO₄^-(aq) + H₂O(l) >>> HPO₄^2-(aq) + H₃O⁺(aq), Ka2= 6,31×10^-8, pKa2= 7,21
• HPO₄^2-(aq) + H₂O(l) >>> PO₄^3-(aq) + H₃O⁺(aq), Ka3= 3,98×10^-13, pKa3= 12,67
  

Solutions commerciales.
L'acide phosphorique est disponible dans le commerce sous forme de solutions aqueuses à diverses concentrations : les plus courantes sont 50,75, 80 et 85 %.
Masse volumique (25 °C) : environ 1,33 kg/l à 50 %, 1,57 kg/l à 75 %; 1,69 kg/l à 85 % .

Dans le traitement des eaux, il s’utilise par injection dans l’eau sous forme de réactif dilué (solutions).

Formulation dans le traitement de l'eau.
Mécanisme réactionnel sur les bicarbonates de calcium (équations simplifiées) :

Par mg/l (ou g/m3) de H3PO4 ajouté il y a donc (30/98x2) = 0.15°F de baisse de TAC, et il est formé 1.347 mg de CO2 libre et 1.58 mg/l de PO4.

Stockage.
A entreposer dans un récipient tenu fermé, portant une identification claire de son contenu, placé dans un endroit frais, sec et bien ventilé, à l'abri des bases, des matières combustibles.

Utilisations (sous forme de solutions aqueuses) :

• traitement des eaux usées ou industrielles
• production des phosphates utilisés dans les adoucisseurs d'eau, les engrais et les détergents
• utilisé en solution dans des produits utilisés en mécanique pour dérouiller les pièces métalliques
• sert aussi à "phosphater" les pièces pour les protéger de l'oxydation à l'air libre
• très utilisé en laboratoire, car il résiste à l'oxydation, à la réduction et à l'évaporation.
• employé dans les boissons non alcoolisées comme régulateur de pH (E338) : principalement dans les sodas au cola (Coca-Cola, Pepsi Cola, Dr Pepper)

Sécurité.
L'ingestion d'un taux élevé d'acide phosphorique pourrait 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 ont constaté à partir de la description de leur régime alimentaire qu'à partir de deux verres de coca journalier, le risque d'insuffisance rénale est multiplié par deux. Il en est de même avec le Coca "Light". En revanche, aucune association n'a été trouvée avec les autres sodas...

Fiche toxicologique - Acide phosphorique (FT 37) par l'Institut national de recherche et de sécurité (INRS).

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