Свойства ортофосфорной кислоты и применение от ржавчины

  • Характеристики
  • Сферы применения
  • Правила работы
  • Применение от ржавчины
  • Применение для металла

Нередко металл и изделия из него подвергаются характерной «болезни», которая проявляется в виде рыжего налета, разъедающего металл. Речь идет о ржавчине. Ее образование происходит благодаря воздействию на поверхность металлического изделия углекислого газа, кислорода и воды. Безусловно, для того чтобы продлить срок службы изделия из металла необходимо как можно скорее начать борьбу с коррозией. Помочь в этом может обработка ортофосфорной кислотой.

Характеристики ортофосфорной кислоты

Услышав слово кислота, человек невольно напрягается, ведь еще из давних уроков химии в школьные годы известно, что кислота может оказывать довольно значимое влияние на предметы или, к примеру, кожу человека. А что собой представляет ортофосфорная кислота? Опасна ли ортофосфорная кислота, применение которой рекомендуется как один из способов борьбы с налетом ржавчины?

Ортофосфорная или попросту фосфорная кислота представляется в виде продукта, имеющего неорганическое происхождение. В условиях нормальной комнатной температуры ортофосфорная кислота имеет вид небольших ромбовидных кристалликов.

Чаще всего же ортофосфорная кислота имеет вид сиропообразного 85%-процентного раствора, не имеющего характерного запаха. Кристаллики ортофосфорной кислоты довольно хорошо растворяются в воде или этаноле.

Уравнение ортофосфорной кислоты

Применяется ортофосфорная кислота в следующих отраслях человеческой деятельности:

  • Создание удобрений (фосфатных),
  • Производство специальных чистящих средств, относящихся к классу бытовой химии,
  • Стоматология,
  • Вещества для борьбы с коррозией металла,
  • Звероводство,
  • Пищевая промышленность.

Если температура окружающей среды, например, в условиях лабораторных исследований превышает показатели в 213 градусов Цельсия, ортофосфорная кислота преобразуется в пирофосфорную кислоту. Состав ортофосфорной кислоты и ее химическая формула, соответственно, изменяется.

Таблица 1. Физико-химические показатели ортофосфорной кислоты согласно ГОСТ 10678-76.

Наименование показателя Норма
Марка А Марка Б
1-й сорт 2-й сорт
1. Внешний вид Бесцветная жидкость прозрачная в слое 15-20 мм при рассмотрении на белом фоне Бесцветная или со слабо-желтым оттенком жидкость в слое 15-20 мм при рассмотрении на белом фоне Бесцветная или окрашенная жидкость с оттенком от слабо-желтого до коричневого, не прозрачная в слое 15-20 мм при рассмотрении на белом фоне
2. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H3PO4), %, не менее 73 73 73
3. Массовая доля хлоридов, %, не более 0,005 0,01 0,02
4. Массовая доля сульфатов, %, не более 0,010 0,015 0,020
5. Массовая доля нитратов, %, не более 0,0003 0,0005 0,0010
6. Массовая доля железа, %, не более 0,005 0,010 0,015
7. Массовая доля тяжелых металлов сероводородной группы, %, не более 0,0005 0,002 0,005
8. Массовая доля мышьяка, %, не более 0,0001 0,006 0,008
9. Массовая доля восстанавливающих веществ, %, не более 0,1 0,2 Не нормируется
10. Наличие метафосфорной кислоты Выдерживает испытание
11. Массовая доля взвешенных частиц, %, не более Выдерживает испытание 0,3
12. Наличие желтого фосфора Выдерживает испытание Не нормируется

Таблица 2. Физико-химические показатели ортофосфорной кислоты согласно ГОСТ 6552-80.

Наименование показателя Норма
Химически чистый (х.ч.) ОКП 26 2019 0023 08 Чистый для анализа (ч.д.а.) ОКП 26 2019 0022 09 Чистый (ч.) ОКП 26 2019 0021 10

1. Внешний вид и цвет

Прозрачная бесцветная жидкость не содержащая взвешенных частиц

2. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H3PO4), %, не менее

87 85 85

3. Плотность Р420, г/см3, не менее

1,71 1,69 1,69

4. Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более

0,05 0,1 0,2

5. Массовая доля летучих кислот (СН3СООН), %, не более

0,0004 0,0010 0,0015

6. Массовая доля нитратов (NO3), %, не более

0,0003 0,0005 0,0005

7. Массовая доля сульфатов (SO4), %, не более

0.0005 0.002 0.003

8. Массовая доля хлоридов, (Cl)%, не более

0.0001 0.0002 0.0003

9. Массовая доля аммонийных солей (NН4), %, не более

0,0005 0,002 0,002

10. Массовая доля железа (Fe), %, не более

0,0005 0,001 0,002

11. Массовая доля мышьяка (As), %, не более

0.00005 0.0001 0.0002

12. Массовая доля тяжелых металлов (Pb), %, не более

0,0005 0,0005 0,001

13. Массовая доля веществ, восстанавливающих KMnO4 (H3PO3), %, не более

0.003 0.005 0.05

Сферы применения фосфорной кислоты

Современная наука довольно часто позволяет использовать одно и то же химическое вещество или один и тот же химический состав в совершенно различных целях. То же самое можно сказать и о вариантах применения ортофосфорной кислоты.

На сегодняшний день, существует немалое количество разнообразных сфер применения ортофосфорной кислоты. Так, к примеру, данную кислоту могут применять при органическом синтезе. Применяют ее в случаях, когда требуется создать фосфорные соли натрия, кальция, алюминия, марганца.

Велико значение и использование ортофосфорной кислоты в промышленности по металлобработке, поскольку тут практически незаменима ортофосфорная кислота, влияние которой доказано при удалении ржавчины или предотвращении ее появления.

Ортофосфорную кислоту можно обнаружить и в составе большого количества веществ, предназначенных для использования хозяйками в быту. Известно и об ее использовании в медицинской и пищевой промышленности.

Среди прочих сфер, где можно обнаружить применение ортофосфорной кислоты, можно назвать:

  • Нефтяную промышленность,
  • Изготовление спичек,
  • Изготовление кинопленки,
  • Производство противопожарных или огнеупорных предметов и материалов.

Велика роль ортофосфорной кислоты и в процессе подпитки растений, поскольку широко известно, благотворное влияние фосфора на способность растений давать высокие урожаи. Сельскохозяйственные культуры благодаря этой кислоте приобретают устойчивость к заморозкам и прочим неблагоприятным условиям.

Благотворное воздействие на почву также отмечается во многих источниках, относящихся к предмету земледелия или народного хозяйства.

Значение ортофосфорной кислоты важно и для животных. Она не только совместно с другими органическими веществами участвует в метаболических процессах животного организма, но еще и помогает в образовании у некоторых видов животных панцирей и других естественных наростов, поскольку в их составе имеется фосфат кальция.

Применяется ортофосфорная кислота и в виде пищевой добавки в некоторых продуктах питания. Она имеет код Е 338. Свое назначение в пищевой промышленности данная кислота находит в производстве колбас, некоторых видов плавленых сыров, газированных напитков.

Следует отметить, что не стоит злоупотреблять продуктами питания, в составе которых отмечено присутствие ортофосфорной кислоты, поскольку не выяснено какова норма потребления ее человеком в сутки. Но в любом случае польза от ее потребления несоизмеримо мала, если даже не сказать, ничтожна, в сравнении с тем вредом, который она может нанести в виде нарушения работы желудочно-кишечного тракта, возникновения кариеса, развития остеопороза.

Правила работы с ортофосфорной кислотой

Как и любая другая кислота, ортофосфорная требует от человека предельной внимательности, аккуратности и выполнения всех правил безопасности при работе с кислотами.

Ортофосфорная кислота является довольно агрессивным химическим веществом при неправильном ее использовании и пренебрежение техникой безопасности применение ортофосфорного соединения может вызвать возникновение ожогов на кожных покровах. Пары фосфорной кислоты, могут спровоцировать ожоги слизистой дыхательных путей, а также проявление признаков серьезной интоксикации организма человека. Помимо этого, ортофосфорная кислота является пожаро- и взрывоопасным соединением. Именно поэтому весьма важно соблюдать предписанные правила при работе с фосфорной кислотой.

Правила работы с ортофосфорной кислотой.

  1. Работать с кислотой нужно только в условиях хорошо проветриваемого помещения.
  2.  При работе с кислотой, следует особое внимание уделить защитной экипировке в виде перчаток, маски или лучше респиратора и очков для защиты глаз.
  3. Не допускать попадания кислоты на открытые участки тела, иначе могут возникнуть сильнейшие ожоги.
  4. Если кислота, все же, попала на кожу, ее следует как можно скорее смыть большим количеством проточной воды и обязательно обратиться в больницу.

Транспортировка и хранение ортофосфорной кислоты также требует обязательного соблюдения определенных условий.

Хранить кислоту можно только в стеклянных емкостях, а также в полимерных сосудах и сосудах из нержавеющей стали.

Перевозить реагент разрешается только специальными автотранспортными средствами, которые оснащены металлическими цистернами, не подвергающимися воздействию кислоты. Транспортировка допускается также и другими видами транспорта, например, поездами или водными судами, но при условии полного соблюдения требований техники безопасности.

Условия хранения кислоты предусматривают ее помещение в такое место, куда не проникает солнечный свет. Хранить в таких условиях ортофосфорное соединение можно не более одного года.

Применение от ржавчины ортофосфорной кислоты

Ортофосфорная кислота, влияние которой на ржавчину широко известно, может применяться как в промышленных масштабах, так и для удаления коррозии металла в домашних условиях. Разумеется, что подобные действия должны проводиться с учетом описанных выше правил безопасности.

Явным преимуществом именно фосфорной кислоты является то, что при условиях химической очистки с поверхности металла при помощи фосфорной кислоты можно не только убрать рыхлые окислившиеся массы, но и создать тем самым небольшую защитную пленку на поверхности металлического изделия. Образование такой пленки происходит следующим образом: оксид железа разъедается и поглощается кислотой, вместо этого происходит фосфарирование поверхности металла. Люди, проделывающие подобную процедуру очищения, свидетельствуют о том, что после снятии ржавчины посредством применения кислоты ортофосфорной на поверхности металлического изделия образуется маслянистая пленка серого оттенка.

На данном этапе можно назвать несколько основных способов борьбы с образованием окислов на металлических поверхностях:

  • Травление металла, предусматривающее полное его погружение в раствор кислоты,
  • Распыление соединения при помощи пульверизатора или нанесение ее посредством валика,
  • Механическая очистка металла от окислов с последующим применением кислоты.

Наиболее подходящий и действенный метод очистки металла от коррозии подбирается в каждом конкретном случае с учетом индивидуальных условий, в которых возможно проведение процедуры.

Ортофосфорная кислота для металла

Учитывая, что существует несколько вариантов очищения металла с применением ортофосфорного соединения, следует рассмотреть каждый из них подробнее.

Очищение с полным погружением очищаемой детали, к примеру, требует предварительного очищения детали от жиров любого происхождения. Для этого достаточно промыть металлическое изделие при помощи любого моющего средства. Далее нужно растворить в одном литре воды 150 мл кислоты. После того, как раствор будет готов нужно опустить в него деталь на один час. При этом требуется постоянно размешивать раствор, чтобы кислота лучше действовала.

После того, как кислота оказала свое действие, и ржавчина растворилась, необходимо смыть ортофосфорную кислоту при помощи специального раствора, составе которого имеется 50 частей воды, 2 части нашатырного спирта, 48 частей спирта.

Окончанием процедуры станет ополаскивание детали проточной водой и сушка.

Если металлическое изделие по причине его больших размеров нельзя погрузить в контейнер, то тут можно применить другой способ удаления ржавчины. Для этого нужно нанести ортофосфорную кислоту при помощи распылителя, валика или обычной кисти на поверхность металла. В некоторых случаях, возможно, потребуется предварительная ручная очистка ржавчины. После того, как часть ржавчины буквально отодрана с поверхности металлического изделия, на металл наносится раствор кислоты, выдерживается определенное время, после чего изделие омывается нейтрализующим кислоты раствором и производится его сушка.

В обоих случаях при необходимости можно увеличивать период воздействия кислоты на окислы металла.

Возможно применение ортофосфорной кислоты и при необходимости очистки домашних унитазов, ванн и раковин. Но следует запомнить, что не стоит применять ортофосфорную кислоту, как и другие виды кислот для очищения акриловых сантехнических элементов.

Фаянсовые и эмалированные поверхности можно очистить следующим способом. Предварительно обезжиренную любым моющим средством поверхность обрабатывают кислотным раствором. Для его приготовления нужно взять и перемещать 1 литр воды с 200 гр фосфорной кислоты. В зависимости от степени загрязнения кислоту нужно оставить на поверхности на 1-12 часов. По истечении времени кислоту нужно нейтрализовать раствором соды и смыть.

Ортофосфорная кислота — универсальное вещество, которое применяется во многих сферах деятельности. Чаще всего ее используют для удаления ржавчины с металлических поверхностей.

Что такое ортофосфорная кислота

Что же такое ортофосфорная (фосфорная) кислота? Она относится к неорганическим веществам. При комнатной температуре она приобретает вид ромбических кристаллов. Имеет консистенцию сиропа и представляет собой 85-процентный раствор. Ее кристаллы хорошо растворимы в воде и этиловом спирте.

Это вещество относится к группе антиоксидантов (антиокислителей) и используется как регулятор кислотности. В качестве добавки ей присвоен код Е338.

Описание препарата, характеристики, вредные свойства

Химическая формула вещества — H3PO4. При нагревании вещества до температуры более 213°C оно меняет свой состав и превращается в пирофосфорную кислоту (H4P2O7).

Основным свойством этого химического компонента выступает отсутствие выраженного запаха и цвета. Она обладает хорошей растворимостью в воде и других жидкостях. Образуется она при химическом воздействии на фосфат или же во время применения гидролиза. Ее преимуществом выступает низкая себестоимость (в отличие от лимонной кислоты). В связи с этим ее часто используют в производстве напитков и продуктов питания.

Это вещество негативно влияет на здоровье, повышая кислотность желудочного сока. Людям, страдающим гастритом с повышенной кислотностью, необходимо свести к минимуму или исключить из рациона продукты, содержащие в своем составе такое вещество.

Помимо всего прочего, она способствует выведению из организма кальция, что может негативно сказаться на состоянии зубов и костей. Передозировка этого вещества может спровоцировать нарушения в работе ЖКТ, вызвать тошноту и рвоту.

Получение кислоты

Многие задаются вопросом, как получить кислоту в лабораторных условиях? Существуют различные способы получения ортофосфорной кислоты, наиболее распространенными среди которых являются следующие:

  1. При взаимодействии воды с оксидом фосфора (v) во время нагревания:

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

  1. При воздействии серной кислоты на ортофосфат кальция (природную соль):

Сa3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4

  1. При воздействии на фосфор азотной кислоты высокой концентрации:

3P + 5HNO3+ 2H2O = 3H3PO4+ 5NO

Сфера применения

Ортофосфорную кислоту применяют в таких сферах деятельности, как нефтяная промышленность, стоматология, животноводство. Ее также используют при производстве:

  • спичек;
  • кинопленки;
  • фосфатных удобрений;
  • средств бытовой химии;
  • веществ против коррозии металла;
  • огнеупорных элементов и материалов.

Правила работы с кислотой

Работа с ортофосфорной кислотой должна происходить в помещении с хорошей вентиляцией. Следует обязательно надеть респиратор для предотвращения попадания едких паров в дыхательные пути и очки для защиты глаз. Если нет под рукой этих защитных средств, то следует воспользоваться маской. Обязательно следует надевать перчатки и защищать открытую поверхность кожи от попадания на нее вещества, т. к. это может привести к ожогам. При попадании ее на кожные покровы следует тщательно промыть их под проточной водой, после чего обратиться за медицинской помощью.

Перевозка реагента должна осуществляться в специальном транспорте, оборудованном железными цистернами, не поддающимися ее разрушительному влиянию. Ее можно перевозить и при помощи других транспортных средств, как сухопутных, так и водных. Но при этом должны быть соблюдены все правила техники безопасности.

Хранить ее следует в месте, защищенном от прямого попадания солнечных лучей. Срок хранения при таких условиях составляет не больше 1 года.

Использование кислоты

Применение фосфорной кислоты достаточно широкое. Стоит рассмотреть наиболее популярные методы ее использования.

В медицине

Ее применяют в стоматологии во время пломбирования зубов для протравливания эмали непосредственно перед началом процесса. Эта процедура имеет свои негативные стороны, т. к. контролировать глубину и стадию расщепления эмали невозможно, как и их полное удаление перед пломбированием. Оставшееся после такой процедуры вещество может уменьшить прочность защиты и привести к образованию кислотных остатков на эмали зуба. Эта кислота добавляется в малых дозах в зубные отбеливатели.

Удаление ржавчины с поверхности металла погружным методом и поверхностным нанесением. Преобразователь ржавчины

Преимущество удаления ржавчины ортофосфорной кислотой состоит в том, что она убирает коррозию с металла и создает тонкую пленку на них, защищая от разных внешних воздействий. После покрытия этим веществом металлической поверхности начинается активный процесс разъедания и поглощения оксида железа. Затем на плоскости металла образуется серая пленка маслянистой консистенции.

Существуют различные методы удаления окислов, среди которых можно выделить следующие:

  • с полным опусканием элемента в кислотный раствор;
  • поверхностная обработка с использованием распылителя, кисти или валика;
  • покрытие раствором предварительно обработанного механическим способом верхнего слоя металла.

Преобразователь коррозии — это кислотный раствор с различными добавками. Существуют такие виды растворов, в зависимости от используемых в их составе добавок:

  • грунтовки;
  • модификаторы-стабилизаторы;
  • преобразователи ржавчины.

К 1 типу относится грунтовка ЭВА-0112, состоящая из основного компонента и 85% раствора вещества. Она выступает основой под покраску.

В состав преобразователя «Цинкарь» входит кислота и соли марганца и цинка. При его применении ржавчина трансформируется в плотный защитный слой. Происходит процесс легирования.

Ортофосфорная кислота для металла

Для очистки или для пайки металлических элементов необходимо проделать следующие операции. Перед полным погружением металлического элемента в ортофосфорный состав, его вначале зачищают от разных видов налета на поверхности, в частности от жиров. Для этого следует промыть деталь с использованием чистящего средства. После этого необходимо растворить 150 мл вещества в 1 л воды и опустить в этот раствор металлический элемент на 1 час, время от времени размешивая жидкость для большей эффективности.

Затем необходимо смыть смесь раствором, который состоит из 50% воды, 2% нашатырного спирта и 48% этанола. После этого элемент нужно ополоснуть под струей водой и хорошо высушить.

Перед тем как нанести распылитель на поверхность валиком или кистью, следует предварительно зачистить поверхность от ржавчины. После нанесения следует немного подождать, а затем смыть смесь нейтрализующим раствором и высушить деталь.

Такие процедуры можно проводить с разными металлами, в т. ч. и алюминием.

Применение в сельском хозяйстве

В сельском хозяйстве используют фосфорную кислоту, добытую из руды, в качестве удобрения. При попадании в грунт, а затем в растения, она помогает им перенести засуху и морозы. При этом почва становится более плодородной и благоприятной для выращивания овощных культур и зелени.

Применение кислоты в быту и пищевой промышленности

Применение кислоты в быту подразумевает ее использование для удаления коррозии с различных поверхностей (за исключением акриловых). Он подходит для обработки эмалированных и фаянсовых поверхностей. Перед нанесением раствора ортофосфорной кислоты металлическую поверхность необходимо обработать моющим средством. Для приготовления раствора следует смешать 1 л воды и 200 г действующего вещества, а затем нанести смесь на обрабатываемую плоскость на 1-12 часов. По прошествии времени смесь необходимо погасить содовым раствором и смыть.

В пищевом производстве применяется как регулятор кислотности.

Техника безопасности при работе с кислотой

Во время работы с этим химическим элементом нужно соблюдать меры безопасности, т. к. она представляет угрозу для здоровья человека. В помещении должна быть хорошая вентиляция. Спровоцировать пожар или взрыв. Перед тем как начать работать, нужно одеть респиратор, перчатки и очки, а также спецодежду и обувь.

При попадании жидкости на слизистые оболочки и кожные покровы может возникнуть головокружение, кашель, рвота, химический ожог. В таком случае следует вызвать врача, промыть пораженный участок, сделать свободную повязку и осуществить нейтрализацию фосфорной кислоты щелочью.

Как правильно хранить и перевозить кислоту

При хранении и транспортировке кислоты следует соблюдать необходимые условия. Хранить ее разрешено только в специальных емкостях:

  • стеклянных;
  • полимерных сосудах;
  • сосудах из нержавеющей стали.

Фосфорная кислота — агрессивное вещество, в связи с чем порошок следует содержать в изолированной таре. В кислоту не должно попадать инородных веществ. Тара для перевозки и хранения должна быть сухой и чистой.

Чтобы раствор имел нужные свойства, следует соблюдать все условия. При некачественном составе возможно выделение токсичных паров. Помимо всего прочего, такой раствор не сможет защитить поверхность металла от негативного влияния окружающих факторов.

Наиболее подходящее для хранения место — сухое и теплое. Не подойдут для этой цели сырые места, в которых образуется большое количество конденсата. Нежелательно пересыпать порошкообразное средство в другие емкости. Лучше всего хранить его в первоначальной упаковке.

Т. к. это вещество принадлежит к разряду опасных, то при его перевозке на дальние расстояния требуется заполнение сопроводительной документации.

Срок хранения фосфорной кислоты составляет 1 год с момента изготовления.

Температура замерзания 85% раствора составляет — 21°С. Температура плавления + 42°С.