Qu’est-ce que l’acide phosphorique ?
L’acide phosphorique est l’un des trois éléments majeurs des engrais, avec l’azote et le potassium. Il s’agit d’un oxoacide du phosphore.
Il est aussi appelé acide orthophosphorique ou acide orthophosphorique. Il favorise la floraison et la fructification des plantes. C’est un composant important des gènes ADN et ARN et des membranes cellulaires des organismes vivants. L’acide phosphorique est essentiel au fonctionnement de la vie.
En tant que ressource naturelle, le phosphore existe sous forme de minerai de phosphate, dont l’épuisement est préoccupant. Les méthodes industrielles de production de l’acide phosphorique comprennent des méthodes sèches et humides.
Utilisations de l’acide phosphorique
L’acide phosphorique est largement utilisé dans les secteurs industriels comme matière première pour divers phosphates, abrasifs chimiques pour l’aluminium, inhibiteurs de rouille pour les métaux, agents de nettoyage des métaux, agents de nettoyage des boîtes de conserve et auxiliaires réfractaires, agents de préparation des peintures, boues activées, engrais phosphatés et réactifs.
Dans les domaines alimentaires, il peut être utilisé comme matière première pour les phosphates utilisés comme acidifiants dans diverses boissons, comme ajusteurs de pH pour la brasserie et comme additifs dans les jus, les colas et autres aliments.
Il sert aussi de matière première pour les auxiliaires de teinture, les catalyseurs pétrochimiques et les additifs pharmaceutiques.
Propriétés de l’acide phosphorique
L’acide phosphorique a un point de fusion de 42,35°C et un point d’ébullition de 407°C. À la fusion, il se présente sous la forme d’un liquide incolore et transparent.
Il est soluble dans l’eau, l’alcool et l’éther. L’acide phosphorique anhydre liquide est un milieu acide fort et un conducteur électrique élevé.
Structure de l’acide phosphorique
La formule chimique de l’acide phosphorique est H3PO4. Sa masse molaire est de 98,00 g/mol et sa densité à 25°C est de 1,892. L’acide phosphorique pur forme des cristaux instables du système orthorhombique.
Les ions phosphate ont une structure tétraédrique. La distance entre le phosphore et l’oxygène (P-O) est de 152 pm dans les cristaux de phosphate d’aluminium.
Autres informations sur l’acide phosphorique
1. Comment l’acide phosphorique est-il synthétisé ?
La combustion du phosphore produit du pentoxyde de diphosphore qui, dissout dans une solution diluée d’acide phosphorique, donne de l’acide phosphorique pur. Cette méthode de synthèse thermique est respectueuse de l’environnement. Toutefois, les impuretés contenues dans le phosphore extrait doivent être éliminées.
L’acide phosphorique peut être obtenu en faisant réagir de l’acide sulfurique d’environ 35 % avec du minerai de phosphate. Cette méthode de synthèse par voie humide peut être purifiée par filtration. Toutefois, il est possible que des impuretés telles que l’acide fluorhydrique s’y mélangent, ce qui la rend moins pure que la méthode de synthèse thermique.
2. Structure des ions phosphate
L’acide phosphorique est un acide trivalent. En solution aqueuse, il s’ionise en libérant trois ions hydrogène. La première étape de l’ionisation produit l’ion dihydrogène phosphate (H2PO4-), la deuxième étape de la dissociation l’ion monohydrogène phosphate (HPO42-) et la troisième étape de la dissociation l’ion phosphate (PO43-).
Les valeurs pKa à 25 °C sont respectivement pKa1 = 2,12, pKa2 = 7,21 et pKa3 = 12,67.
3. Réaction de déshydratation de l’acide phosphorique
Lorsque l’acide phosphorique est chauffé, une réaction de déshydratation se produit. Le mélange formé lors du chauffage est appelé acide phosphorique fort et a un effet sévère sur les métaux à haute température.
Plus précisément, à 150 °C, il devient anhydre et à 200 °C, deux molécules d’acide phosphorique réagissent pour former progressivement de l’acide pyrophosphorique. Des acides phosphoriques condensés d’ordre supérieur apparaissent et, au-dessus de 300 °C, l’acide métaphosphorique se forme lorsqu’une molécule d’eau par unité d’acide phosphorique est désorbée. L’acide métaphosphorique, appelé aussi acide polyphosphorique, est un composé condensé déshydraté de l’acide phosphorique.
Tous deux ont la structure de plusieurs PO4 tétraédriques reliés par des atomes d’oxygène, tandis que l’acide polyphosphorique est un acide cyclophosphorique avec des PO4 reliés entre eux en forme d’anneau. La déshydratation donne du pentoxyde de diphosphore (décapoxyde de tétraphosphore), bien qu’il soit difficile de le déshydrater davantage. Le pentoxyde de diphosphore réagit violemment avec l’eau et est utilisé comme agent de séchage.
4. L’acide phosphorique et la santé
Le phosphore est un élément présent dans les aliments d’origine biologique, tels que les légumes et la viande. L’acide phosphorique est ensuite utilisé comme additif pour acidifier les aliments et les boissons.
Le phosphore lui-même est un minéral nécessaire au corps humain. Selon la norme japonaise d’apport, les hommes devraient consommer 1 050 mg et les femmes 900 mg. La limite supérieure pour les deux sexes est de 3 500 mg.