Fosfórætandi (H3PO4) er tafarlaust opið og kunnátta fosfórgerviefni með ýmsum nútímalegum notum. Þrátt fyrir það getur verið erfitt verkefni að breyta því yfir í hið mikilvæga lækkandi sérhæfða fosfórætandi efni (H3PO2). Burtséð frá vandræðum, hafa nokkrar rannsóknarstofuaðferðir verið búnar til til að skila undirfosfórætandi efni sem inniheldur fosfórætandi sem upphafsefni.
Ein reglulega notuð stefna felur í sér lækkun áundirfosfórsýraætandi með sanngjörnum læknandi sérfræðingi, eins og málmhýdríð eða súlfít efnasamband. Til dæmis getur svörun fosfórætandi efnis við natríumhýpófosfít (NaH2PO2) í augsýn hvata eins og palladíums eða platínu gefið af sér ætandi fosfórefni. Ein aðferðafræðin í viðbót er heit sundrun fosfórs ætandi efnis, sem hægt er að ná með því að hita það við háan hita.
Aftur á móti er hægt að nota rafefnafræðilegar aðferðir til að breyta fosfórætandi efni í undirfosfórætandi efni. Rafgreining á ætandi fosfórefni með því að nota hæfilegt bakskautsefni, eins og grafít eða platínu, getur unnið með minnkandi víxlverkun og framleitt undirfosfórætandi efni.
Þar að auki eru til aðferðir sem nýta náttúrulega lækkandi sérfræðinga, eins og formaldehýð eða ætandi eyðandi efni, til að breyta fosfórætandi efni í undirfosfórætandi efni. Þessar aðferðir innihalda oft fjölþrepa viðbrögð og krefjast varkárrar stjórnunar á viðbragðsskilyrðum.
Það þýðir töluvert að taka eftir því að myndun fosfórætandi efnis úr fosfórætandi efni er í grundvallaratriðum gerð í rannsóknaraðstöðu öfugt við á nútíma mælikvarða. Nútíma sköpun inniheldur reglulega vallotur sem eru afkastameiri og kunnáttusamari.
Þegar allt er tekið með í reikninginn, á meðan að skipta fosfórætandi algerlega yfir í undirfosfórætandi efni veldur erfiðleikum, hafa nokkrar rannsóknarstofuaðferðir verið framleiddar af þessum sökum. Þessar aðferðir fela í sér notkun læknandi sérfræðinga, rafefnafræðilegar hringrásir eða náttúrulegar blöndur. Í öllum tilvikum er mikilvægt fyrir æfa viðvörun og halda sig við viðeigandi öryggissáttmála meðan unnið er með þessi gerviefnasambönd.
Hvernig breytir rafgreiningarafoxun fosfórsýru í undirfosfórsýru?
Hýpófosfórsýraer ein leið til að umbreyta fosfórsýru í það. Vatnskennd H3PO4 er rafgreind til að fá tvær rafeindir og mynda H3PO2:
H3PO4 + 2e- → H3PO2 + H2O
Þessa rafgreiningu er hægt að framkvæma í skiptri frumu með blýskaut og platínuskaut. Þegar fosfórsýra minnkar við bakskautið, á sér stað vatnsoxun við rafskautið til að koma jafnvægi á hvarfið.
Nokkrar breytur þurfa hagræðingu fyrir hámarksafrakstur:
- Samþjappað 85-90% H3PO4 er valið til að tryggja leiðni.
- Hitastigi er haldið á milli 60-80 gráður til að auðvelda lækkun.
- Straumþéttleiki upp á 100-300 mA/cm2 gefur bestu niðurstöðurnar.
- Blý hentar sem óvirkt bakskaut en nikkel bakskaut með meiri hreinleika bæta skilvirkni.
- Hátt sýrustig krefst rafskauts sem þolir tæringu, eins og platínu.
Með nákvæmri stjórn er hægt að fá H3PO2 uppskeru um 60-70% rafefnafræðilega úr fosfórsýru. Theundirfosfórsýraer síðan einangrað frá kaþólýtinu með kælingu til að kristalla það út.
Hvernig gæti málmlækkun breytt fosfórætandi yfir í undirfosfórætandi?
Ákveðnir málmar geta minnkað fosfórtærandi efni á tilbúnar hátt í undirfosfórætandi með því að oxast sjálfir. Redox kraftmiklir málmar eins og sink, járn og magnesíum bregðast við með óblandaðri H3PO4 til að búa til H3PO2.
Til dæmis, sinkduft og fosfórtærandi efni bregðast við eins og stoichiometrin gefur til kynna:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
Sinkið gengur um sem minnkandi sérfræðingur, oxast í sinkfosfat á meðan fosfórætandi efni minnkar í offosfórætandi. Sambærileg hvarfgirni gerist með járndufti.
Til að viðbrögðin haldi áfram þarf að hlýna 85%+ H3PO4 í 60-80 gráðu. H3PO2 ávöxtunin er lág eða um 30% vegna mismunandi hliðarsvörunar. Aðskilnaður með hlutakristöllun er erfiður.
Þrátt fyrir ókosti gerir nýting hóflegra málma þetta að skynsamlegu námskeiði með takmörkuðu umfangi til að komast í offosfórtærandi efni á rannsóknarstofunni án rafgreiningar.
Hvernig gæti vökvafræðileg ætandi aðstoð framleitt undirfosfórætandi efni úr fosfórætandi efni?
Sérfræðingar með sterka lækkandi hætti eins og vökva ætandi (Halló) geta dregið úr fosfórætandi í undirfosfórætandi samkvæmt redoxviðbrögðum:
2HI + H3PO4 → H3PO2 + I2 + H2O
Þessi nálgun notar helstu styrkleikasvæði fyrir kraft vökva ætandi til að ná þeim rafeindum sem þarf til að minnka H3PO4.
Með semingi er einbeitt útsetning Hello og H3PO4 sameinuð sem eitt undir hlýnun og duldt umhverfi. Joðið og vatnið sem myndast er hreinsað af, sem gerir H3PO2 kleift að einangrast.
Rauður fosfór getur sömuleiðis fyllt upp fyrir vökva ætandi efni í þessu svari. Rauði P fer um sem minnkandi sérfræðingur.
Mjög súr viðbragðsmiðillinn krefst sérstakra diskasetta en gerir samt kleift að komast í H3PO2 í einu skrefi. Afrakstursaukning er próf.
Niðurstaða
Þó að fosfórætandi efni sé kannski ekki besta upphafsefnið til að búa til undirfosfórtærandi efni, hafa nokkrar rannsóknarstofutækni verið búnar til til að skila því. Þessar aðferðir fela í sér raflosun, málm redox svörun, eða minnkandi sérfræðinga eins og vatnsjoð ætandi (kveðjur). Hvað sem því líður, þá hefur hver stefna sínar takmarkanir varðandi ávöxtun, aðlögunarhæfni og hreinsun.
Í rafskerðingartækninni er hæfilegt bakskautsefni notað til að vinna með lækkunarhring fosfórs ætandi. Þessi nálgun getur gefið skynsamlega ávöxtun af undirfosfór ætandi en getur samt ekki verið aðlögunarhæf fyrir gríðarlegt umfangssköpun vegna hindrana vélbúnaðar.
Metal redox svörun er enn ein tæknin sem hægt er að nota til að framleiða undirfosfórtærandi efni úr fosfórætandi efni. Þessi tækni felur í sér notkun á minnkandi málmhvata, eins og palladíum eða platínu, til að draga úr fosfórætandi efni. Viðbrögðin geta verið að reyna að hagræða, sem veldur lágri uppskeru og hreinsunarvandamálum.
Fækkandi sérfræðingar eins og Halló þar geta sömuleiðis verið notaðir til að breyta fosfórætandi í undirfosfórætandi. Þessi tækni er nokkuð einföld og áhrifarík og gefur betri ávöxtun í mótsögn við mismunandi aðferðir. Engu að síður getur það verið áhættusamt að takast á við Howdy og krefst varkárra öryggisráðstafana.
Burtséð frá þessum takmörkunum, veita þessar rannsóknaraðstöðu tækni verulega takmarkað svigrúm til að taka undir fosfór ætandi efni án þess að þörf sé á flóknum nútíma hringrásum. Með því að vinna að framleiðni og meðhöndlun þessara aðferða er hægt að lengja hönnuð notagildi H3PO4 til að fá gagnlegan fosfór eins og H3PO2.
Til að ná þessu markmiði er frekari könnun á bættum viðbragðsskilyrðum, hreinsunaraðferðum og fjölhæfni grundvallaratriði. Ennfremur, að búa til öruggari og hagkvæmari aðferðir til að samþætta fosfórsambönd í mismunandi forrit er grundvallaratriði til að knýja fram svæðið.
Þegar allt kemur til alls, á meðan áætlanagerð á rannsóknarstofu um undirfosfórætandi efni úr fosfórætandi efni veldur erfiðleikum, hafa mismunandi aðferðir verið búnar til til að komast að því. Sérhver tækni hefur sínar takmarkanir, en þær gefa verulegan skilning á hönnuðu gagnsemi H3PO4. Frekari könnun og endurbætur geta leitt til vandvirkari og framkvæmanlegri tækni til að sameina fosfórsambönd.
Heimildir
1. Holleman, AF, Wiberg, E. og Wiberg, N. (2001). Ólífræn efnafræði. Academic Press.
2. King, RB (1998). Encyclopedia of Inorganic Chemistry, Vol 6. John Wiley & Sons.
3. Nie, Y., Tu, Q., Deng, H., Fu, J. og Wang, J. (2012). Bætt ferli fyrir sýru rafmyndun í samfelldri síupressu. Chemical Engineering Research and Design, 90(4), 563-569.
4. Stecher, H. (1968). The Merck Index: Alfræðiorðabók um efni og lyf. Merck.
5. Wilson, CL og Wilson, DW (1964). Alhliða greiningarefnafræði (Vol. 1B). Elsevier.