Phosphorsäure (H3PO4) ist ein leicht zugänglicher und vielseitiger Phosphor-Kunststoff mit vielfältigen modernen Anwendungen. Allerdings kann die Umstellung auf das hochentwickelte Spezialprodukt Hypophosphorsäure (H3PO2) ein schwieriges Unterfangen sein. Trotz der Probleme wurden mehrere Laborstrategien entwickelt, um hypophosphoriges Ätzmittel zu liefern, bei dem Phosphorsäure als Ausgangsmaterial verwendet wird.
Eine regelmäßig angewandte Strategie umfasst die Reduzierung vonhypophosphorige SäureKorrosiv mit einem geeigneten Verdünnungsspezialisten wie einer Metallhydrid- oder Sulfitverbindung. Beispielsweise kann die Reaktion von Phosphorsäure mit Natriumhypophosphit (NaH2PO2) im Sichtfeld eines Impulses wie Palladium oder Platin zu Hypophosphorsäure führen. Eine weitere Methode ist die Warmzersetzung von Phosphorsäure, die durch Erhitzen auf hohe Temperaturen erreicht werden kann.
Andererseits können elektrochemische Techniken verwendet werden, um den Phosphor-Korrosivstoff in den Hypophosphor-Korrosivstoff umzuwandeln. Die Elektrolyse von Phosphorsäure unter Verwendung eines geeigneten Kathodenmaterials wie Graphit oder Platin kann mit der niedrigeren Wechselwirkung arbeiten und Hypophosphorsäure erzeugen.
Darüber hinaus gibt es Methoden, die natürliche Reduktionsmittel wie Formaldehyd oder Ameisensäure verwenden, um Phosphorsäure in Hypophosphorsäure umzuwandeln. Diese Strategien umfassen häufig mehrstufige Reaktionen und erfordern eine sorgfältige Kontrolle der Reaktionsbedingungen.
Es bedeutet einiges zu beachten, dass die Herstellung von hypophosphorigem Ätzmittel aus phosphorhaltigem Ätzmittel grundsätzlich in Forschungseinrichtungen und nicht im modernen Maßstab erfolgt. Das moderne Schaffen umfasst regelmäßig Wahlfächer, die produktiver und intelligenter sind.
In Anbetracht dessen, dass die vollständige Umstellung von Phosphorsäure auf Hypophosphorsäure Schwierigkeiten bereitet, wurden aus diesem Grund einige Laborstrategien entwickelt. Zu diesen Strategien gehört der Einsatz von Reduktionsmitteln, elektrochemischen Kreisläufen oder Naturmischungen. In jedem Fall ist es wichtig, bei der Arbeit mit diesen synthetischen Verbindungen wachsam zu sein und entsprechende Sicherheitskonventionen einzuhalten.
Wie wandelt die elektrolytische Reduktion Phosphorsäure in hypophosphorige Säure um?
Hypophosphorige Säureist ein Weg, Phosphorsäure in Phosphorsäure umzuwandeln. Wässriges H3PO4 wird elektrolysiert, um zwei Elektronen zu gewinnen und H3PO2 zu erzeugen:
H3PO4 + 2e- → H3PO2 + H2O
Diese Elektrolyse kann in einer geteilten Zelle mit einer Bleikathode und einer Platinanode durchgeführt werden. Da Phosphorsäure an der Kathode reduziert wird, findet an der Anode eine Wasseroxidation statt, um die Reaktion auszugleichen.
Für einen maximalen Ertrag müssen mehrere Parameter optimiert werden:
- Konzentriertes 85-90 % H3PO4 wird bevorzugt, um die Leitfähigkeit sicherzustellen.
- Die Temperatur wird zwischen 60-80 Grad gehalten, um die Reduktion zu erleichtern.
- Eine Stromdichte von 100-300 mA/cm2 liefert die besten Ergebnisse.
- Blei eignet sich als inerte Kathode, höherreine Nickelkathoden verbessern jedoch die Effizienz.
- Der hohe Säuregehalt erfordert eine korrosionsbeständige Anode wie Platin.
Bei sorgfältiger Kontrolle kann elektrochemisch aus Phosphorsäure eine H3PO2-Ausbeute von etwa 60-70 % erzielt werden. Derhypophosphorige Säurewird dann durch Abkühlen vom Katholyten isoliert, um es auszukristallisieren.
Wie kann eine Metallabnahme das Phosphorsäuremittel vollständig in ein Hypophosphorsäuremittel umwandeln?
Bestimmte Metalle können den ätzenden Phosphor künstlich zu einem ätzenden Hypophosphor reduzieren, indem sie selbst oxidiert werden. Redoxdynamische Metalle wie Zink, Eisen und Magnesium reagieren mit konzentriertem H3PO4 und erzeugen H3PO2.
Beispielsweise reagieren Zinkpulver und Phosphorsäure entsprechend der Stöchiometrie:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
Das Zink fungiert als Abbauprodukt und wird zu Zinkphosphat oxidiert, während Phosphorsäure zu Hypophosphorsäure reduziert wird. Eine vergleichbare Reaktivität tritt bei Eisenpulver auf.
Damit die Reaktion anhält, ist eine Erwärmung der Konzentration von 85 %+ H3PO4 auf 60-80 Grad erforderlich. Aufgrund unterschiedlicher Nebenreaktionen ist die H3PO2-Ausbeute mit etwa 30 % gering. Die Entmischung durch teilweise Kristallisation ist problematisch.
Ungeachtet der Nachteile macht die Verwendung kleinerer Metalle dies zu einem sinnvollen Ansatz mit begrenztem Anwendungsbereich, um im Labor ohne Elektrolyse zu hypophosphorigem Ätzmittel zu gelangen.
Wie könnte die Unterstützung von Jodwasserstoffsäure aus Phosphorsäure Hypophosphorsäure erzeugen?
Feststoffreduzierungsspezialisten wie Hydroiodsäure (Hallo) können Phosphorsäure gemäß der Redoxreaktion in Hypophosphorsäure umwandeln:
2HI + H3PO4 → H3PO2 + I2 + H2O
Dieser Ansatz nutzt große Kraftbereiche für die Kraft des hydriodischen Korrosionsmittels, um die für die H3PO4-Abnahme erforderlichen Elektronen zu erhalten.
Vorläufig werden konzentrierte Anordnungen von Hello und H3PO4 unter Erwärmung und einer latenten Umgebung zu einer Einheit kombiniert. Das erzeugte Jod und Wasser werden raffiniert und ermöglichen so die Abtrennung des H3PO2.
Roter Phosphor kann bei dieser Reaktion ebenfalls das wasserstoffhaltige Ätzmittel ersetzen. Red P fungiert als abnehmender Spezialist.
Das stark saure Reaktionsmedium erfordert spezielle Geschirrsets, ermöglicht aber den Zugang zu H3PO2 in einem einzigen Schritt. Die Ertragssteigerung bleibt ein Test.
Abschluss
Obwohl Phosphorsäure möglicherweise nicht das beste Ausgangsmaterial für die Herstellung von Hypophosphorsäure ist, wurden einige Labortechniken entwickelt, um sie zu liefern. Zu diesen Strategien gehören Elektroreduktion, Metall-Redox-Reaktionen oder reduzierende Prozesse wie Iodwasserstoff (Grüße). Wie dem auch sei, jede Strategie hat ihre Einschränkungen hinsichtlich Ertrag, Anpassungsfähigkeit und Reinigung.
Bei der Elektroreduktionstechnik wird ein geeignetes Kathodenmaterial verwendet, um den Reduktionszyklus von Phosphorsäure zu steuern. Dieser Ansatz kann zu vernünftigen Ausbeuten an hypophosphorigem Ätzmittel führen, ist jedoch aufgrund von Hardwarehindernissen möglicherweise nicht für die Erstellung großer Anwendungsbereiche geeignet.
Metall-Redox-Reaktionen sind eine weitere Technik, mit der aus phosphorhaltigem Ätzmittel hypophosphorhaltiges Ätzmittel erzeugt werden kann. Bei dieser Technik wird ein abnehmender Metallimpuls wie Palladium oder Platin verwendet, um den Phosphorsäuregehalt zu verringern. Die Reaktion kann darin bestehen, zu rationalisieren, was zu geringen Erträgen und Hygieneproblemen führt.
Abnehmende Spezialisten wie Hallo können auch verwendet werden, um Phosphorsäure in Hypophosphorsäure umzuwandeln. Diese Technik ist ziemlich einfach und effektiv und bietet im Vergleich zu anderen Strategien bessere Renditen. Dennoch kann der Umgang mit Howdy riskant sein und erfordert sorgfältige Sicherheitsmaßnahmen.
Unabhängig von diesen Einschränkungen ermöglichen diese Forschungseinrichtungstechniken einen erheblich eingeschränkten Zugang zu hypophosphorigen Ätzmitteln, ohne dass komplexe moderne Kreisläufe erforderlich sind. Durch die Arbeit an der Produktivität und Behandlung dieser Techniken kann der technische Nutzen von H3PO4 für die Gewinnung von hilfreichem Phosphor wie H3PO2 erweitert werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist die weitere Erforschung verbesserter Reaktionsbedingungen, Reinigungsverfahren und Vielseitigkeit von grundlegender Bedeutung. Darüber hinaus ist die Entwicklung sichererer und wirtschaftlicherer Strategien zur Integration von Phosphorverbindungen in verschiedene Anwendungen von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung dieses Bereichs.
Alles in allem stellt die Laborplanung von hypophosphorigem Ätzmittel aus phosphorhaltigem Ätzmittel zwar Schwierigkeiten dar, es wurden jedoch verschiedene Strategien entwickelt, um dorthin zu gelangen. Jede Technik hat ihre Grenzen, sie ermöglichen jedoch ein umfassendes Verständnis des technischen Nutzens von H3PO4. Weitere Erkundungen und Verbesserungen können zu leistungsfähigeren und praktikableren Techniken für die Amalgamierung von Phosphorverbindungen führen.
Verweise
1. Holleman, AF, Wiberg, E. & Wiberg, N. (2001). Anorganische Chemie. Akademische Presse.
2. King, RB (1998). Encyclopedia of Inorganic Chemistry, Band 6. John Wiley & Sons.
3. Nie, Y., Tu, Q., Deng, H., Fu, J. und Wang, J. (2012). Ein verbessertes Verfahren zur Säureelektrosynthese in einem kontinuierlichen Filterpressreaktor. Forschung und Design im Chemieingenieurwesen, 90(4), 563-569.
4. Stecher, H. (1968). Der Merck-Index: Eine Enzyklopädie über Chemikalien und Arzneimittel. Merck.
5. Wilson, CL und Wilson, DW (1964). Umfassende analytische Chemie (Band 1B). Sonst.