Fosforsöövitav aine (H3PO4) on kiiresti avatud ja nutikas fosfori sünteetiline aine, mis sobib erinevatele kaasaegsetele rakendustele. Sellele vaatamata võib selle üleminek oluliseks kahanevaks spetsiaalseks hüpofosfor-söövitavaks aineks (H3PO2) olla keeruline ettevõtmine. Vaatamata probleemidele on hüpofosforse söövitava aine tarnimiseks loodud mõned laboristrateegiad, mille lähtematerjaliks on fosfori söövitav aine.
Üks korrapäraselt kasutatav strateegia hõlmab ka vähendamisthüpofosforhapesöövitav, kasutades mõistlikku vähendamisspetsialisti, nagu metallhüdriid või sulfitühend. Näiteks võib fosfori söövitava aine reaktsioon naatriumhüpofosfitiga (NaH2PO2) tõuke, nagu pallaadium või plaatina, vaateväljas anda hüpofosforse söövitava aine. Veel üks metoodika on fosfori söövitava aine sooja lagunemine, mida saab saavutada selle soojendamisega kõrgel temperatuuril.
Teisest küljest saab kasutada elektrokeemilisi meetodeid, et muuta fosfori söövitav aine hüpofosforseks söövitavaks. Fosforsöövitava aine elektrolüüs, kasutades mõistlikku katoodmaterjali, nagu grafiit või plaatina, võib toimida koostoime vähenemisega ja tekitada hüpofosforset söövitavat ainet.
Lisaks on olemas meetodeid, mis kasutavad fosfori söövitava aine hüpofosforseks söövitavaks muutmiseks looduslikke redutseerivaid spetsialiste, nagu formaldehüüd või sipelghape. Need strateegiad hõlmavad sageli mitmeastmelisi vastuseid ja nõuavad reageerimistingimuste ettevaatlikku kontrolli.
See tähendab üsna vähe, et võtta teadmiseks, et hüpofosfor-söövitava aine loomine fosfori söövitavast ainest toimub põhimõtteliselt teadusasutustes, mitte kaasaegses mastaabis. Kaasaegne looming sisaldab regulaarselt valikaineid, mis on produktiivsemad ja nutikamad.
Kõike arvesse võttes on fosforisisaldusega söövitava aine täielik üleminek hüpofosfor-söövitajale keeruline, kuid sel põhjusel on välja töötatud mõned laboristrateegiad. Need strateegiad hõlmavad vähendavate spetsialistide, elektrokeemiliste tsüklite või looduslike segude kasutamist. Igal juhul on nende sünteetiliste ühenditega töötades ülioluline, et hoiaks end tähelepanelikult ja järgiks sobivaid turbekonventsioone.
Kuidas muudab elektrolüütiline redutseerimine fosforhappe hüpofosforhappeks?
Hipofosforhapeon üks viis fosforhappe muundamiseks selleks. H3PO4 vesilahus elektrolüüsitakse kahe elektroni saamiseks ja H3PO2 genereerimiseks:
H3PO4 + 2e- → H3PO2 + H2O
Seda elektrolüüsi saab läbi viia jagatud rakus pliikatoodi ja plaatinaanoodiga. Kui katoodil fosforhape redutseerub, toimub reaktsiooni tasakaalustamiseks anoodil vee oksüdatsioon.
Maksimaalse saagikuse saavutamiseks vajavad optimeerimist mitmed parameetrid:
- Juhtivuse tagamiseks eelistatakse kontsentreeritud 85-90% H3PO4.
- Temperatuuri hoitakse vahemikus 60-80 kraadi, et hõlbustada vähendamist.
- Parimad tulemused annab voolutihedus 100-300 mA/cm2.
- Plii sobib inertse katoodina, kuid kõrgema puhtusastmega nikkelkatoodid parandavad efektiivsust.
- Kõrge happesus nõuab anoodi, mis on korrosioonile vastupidav, nagu plaatina.
Hoolikalt kontrollides saab fosforhappest elektrokeemiliselt saada umbes 60-70% H3PO2 saagise. Thehüpofosforhapeeraldatakse seejärel katolüüdist jahutamise teel selle kristalliseerimiseks.
Kuidas võib metalli vähenemine muuta fosfori söövitava aine täielikult hüpofosforseks söövitavaks?
Teatud metallid võivad ise oksüdeerudes kunstlikult vähendada fosforisisaldust söövitavaks hüpofosforiks. Redoksdünaamilised metallid, nagu tsink, raud ja magneesium, reageerivad kontsentreeritud H3PO4-ga, moodustades H3PO2.
Näiteks reageerivad tsingipulber ja fosfor söövitav aine, nagu näitab stöhhiomeetria:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
Tsink toimib kahaneva spetsialistina, oksüdeerub tsinkfosfaadiks, samal ajal kui fosfori söövitav aine muutub hüpofosforseks söövitavaks. Võrreldav reaktsioonivõime esineb rauapulbriga.
Reaktsiooni jätkumiseks on vaja soojendada kontsentreeritud 85%+ H3PO4 kuni 60-80 kraadini. Erinevate kõrvalreaktsioonide tõttu on H3PO2 saagis madal, umbes 30%. Eraldamine osalise kristallimise teel on tülikas.
Hoolimata puudustest muudab tagasihoidlike metallide kasutamine selle mõistliku piiratud ulatusega kursuse hüpofosfori söövitamiseks laboris ilma elektrolüüsita.
Kuidas võib vesinikjoodne söövitav abi tekitada fosfori söövitavast ainest hüpofosfor-söövitavat ainet?
Tahked kahanevad spetsialistid, nagu vesinikjoodne söövitav aine (Tere), võivad redoksreaktsiooni järgi vähendada fosfori söövitust hüpofosforsöövitavaks:
2HI + H3PO4 → H3PO2 + I2 + H2O
See lähenemisviis kasutab H3PO4 vähendamiseks vajalike elektronide omandamiseks hüdrjoodse söövitava jõu jaoks suuri tugevuspiirkondi.
Esialgu on Hello ja H3PO4 kontsentreeritud seaded ühendatud soojenemise ja varjatud keskkonnaga. Tekkinud jood ja vesi puhastatakse, võimaldades H3PO2 eraldamist.
Punane fosfor võib selles reaktsioonis samuti täita vesinikjoodset söövitavat ainet. Punane P läheb umbes väheneva spetsialistina.
Sügavalt happeline reageerimiskeskkond nõuab spetsiifilisi nõudekomplekte, kuid võimaldab jõuda H3PO2-ni üksi. Saagikuse suurendamine jääb proovile.
Järeldus
Kuigi fosfori söövitav aine ei pruugi olla parim lähtematerjal hüpofosfori söövitava aine tekitamiseks, on selle edastamiseks loodud mõned laboritehnikad. Need strateegiad hõlmavad elektroreduktsiooni, metalli redoksreaktsioone või vähendavaid spetsialiste, nagu hüdrojoodne söövitav aine (tervitused). Olgu kuidas on, igal strateegial on oma piirangud saagikuse, kohanemisvõime ja puhastamise osas.
Elektroreduktsioonitehnikas kasutatakse fosfori söövitava aine vähenemise tsükliga töötamiseks mõistlikku katoodmaterjali. See lähenemine võib anda hüpofosfori söövitava aine mõistliku saagise, kuid ei pruugi riistvaraliste takistuste tõttu olla kohandatav tohutu ulatuse loomiseks.
Metalli redoksreaktsioonid on veel üks tehnika, mida saab kasutada fosfori söövitavast ainest hüpofosfor-söövitava aine tootmiseks. See meetod hõlmab kahaneva metalli, nagu pallaadiumi või plaatina, kasutamist, et vähendada fosfori söövitavat ainet. Vastuseks võib püüda ühtlustada, mis põhjustab madalat saaki ja desinfitseerimisprobleeme.
Vähenevaid spetsialiste, nagu Hello there, saab samuti kasutada fosfori söövitava aine vahetamiseks hüpofosforsöövitavaks aineks. See tehnika on mõnevõrra sirgjooneline ja tõhus, pakkudes erinevate strateegiatega võrreldes paremat tulu. Sellegipoolest võib Howdyga tegelemine olla riskantne, nõudes ettevaatlikke turvameetmeid.
Olenemata nendest piirangutest annavad need uurimisrajatise tehnikad hüpofosfor-söövitavale ainele märkimisväärse piiratud ulatuse, ilma et oleks vaja keerukaid kaasaegseid tsükleid. Töötades nende tehnikate tootlikkuse ja töötlemise kallal, suureneb H3PO4 konstrueeritud kasulikkus kasuliku fosfori saamiseks, nagu H3PO2 saab laiendada.
Selle eesmärgi saavutamiseks on ülioluline edasine uurimine paremate reageerimistingimuste, puhastusprotseduuride ja mitmekülgsuse kohta. Veelgi enam, turvalisemate ja ökonoomsemate strateegiate loomine fosforiühendite integreerimiseks erinevatesse rakendustesse on põllu edasiliikumiseks ülioluline.
Kokkuvõttes, kuigi hüpofosfor-söövitava aine labori planeerimine fosforisöövitavast ainest on keeruline, on selle saavutamiseks loodud erinevaid strateegiaid. Igal tehnikal on oma piirangud, kuid need annavad olulise arusaama H3PO4 konstrueeritud kasulikkusest. Edasine uurimine ja täiustamine võib soodustada fosforiühendite liitmise oskuslikumaid ja teostatavamaid meetodeid.
Viited
1. Holleman, AF, Wiberg, E. ja Wiberg, N. (2001). Anorgaaniline keemia. Akadeemiline ajakirjandus.
2. King, RB (1998). Encyclopedia of Inorganic Chemistry, Vol 6. John Wiley & Sons.
3. Nie, Y., Tu, Q., Deng, H., Fu, J. ja Wang, J. (2012). Täiustatud protsess happe elektrosünteesiks pidevas filtripressimisreaktoris. Chemical Engineering Research and Design, 90(4), 563-569.
4. Stecher, H. (1968). Mercki indeks: kemikaalide ja ravimite entsüklopeedia. Merck.
5. Wilson, CL ja Wilson, DW (1964). Põhjalik analüütiline keemia (1B köide). Elsevier.