A foszforos korrozív (H3PO4) egy azonnal nyitott és hozzáértő foszforszintetikus anyag különféle modern alkalmazásokhoz. Ennek ellenére a fontos csökkenő speciális hipofoszfor maróanyagra (H3PO2) való áttérés nehéz vállalkozás lehet. A problémáktól függetlenül, néhány laboratóriumi stratégiát hoztak létre a hipofoszforos maróanyag szállítására, és kiindulási anyagként foszforos korrozív anyagot alkalmaztak.
Az egyik rendszeresen alkalmazott stratégia ahipofoszforsavkorrozív hatású ésszerű redukáló szakemberrel, például fém-hidriddel vagy szulfitvegyülettel. Például a foszfortartalmú korrozív reakciója nátrium-hipofoszfittal (NaH2PO2) az olyan lendületek láttán, mint a palládium vagy platina, hipofoszforos maró hatású lehet. További módszer a foszforos korrozív anyag meleg szétbontása, amely magas hőmérsékleten történő felmelegítéssel valósítható meg.
Másrészt elektrokémiai technikák használhatók a foszforos korrozív anyag hipofoszforos maró hatásúvá alakítására. A foszfortartalmú korrozív elektrolízis ésszerű katódanyag, például grafit vagy platina felhasználásával a kölcsönhatás csökkenésével működhet, és hipofoszforos korrozív anyagot eredményezhet.
Ezen túlmenően, vannak olyan eljárások, amelyek természetes redukciós szakembereket alkalmaznak, mint például a formaldehid vagy a hangyamaró, hogy a foszforos maró anyagot hipofoszforos maró hatásúvá alakítsák. Ezek a stratégiák gyakran többlépcsős választ tartalmaznak, és a válaszfeltételek körültekintő szabályozását igénylik.
Elég sokat jelent, ha tudomásul venni, hogy a hipofoszforos maróanyag előállítása foszforos korrozív anyagból alapvetően kutatóintézeti környezetben történik, szemben a modern léptékkel. A modern alkotás rendszeresen tartalmaz olyan választható ciklusokat, amelyek produktívabbak és hozzáértőbbek.
Mindent figyelembe véve, miközben a foszforos maróanyag teljes átállítása hipofoszforos maróanyagra nehézségekbe ütközik, ezért néhány laboratóriumi stratégiát készítettek. Ezek a stratégiák magukban foglalják a csökkentő szakemberek, az elektrokémiai ciklusok vagy a természetes keverékek alkalmazását. Mindenesetre kulcsfontosságú a gyakorlati figyelmeztetés és a megfelelő biztonsági konvenciók betartása érdekében, amikor ezekkel a szintetikus vegyületekkel dolgozik.
Hogyan alakítja át az elektrolitikus redukció a foszforsavat hipofoszforsavvá?
Hipofoszforsavez az egyik út a foszforsav átalakulásához. A vizes H3PO4 elektrolizálása során két elektront nyerünk, és H3PO2 keletkezik:
H3PO4 + 2e- → H3PO{2 + H2O
Ezt az elektrolízist ólomkatóddal és platinaanóddal ellátott, osztott cellában lehet végrehajtani. Ahogy a foszforsav redukálódik a katódon, az anódon víz oxidáció lép fel, hogy kiegyensúlyozza a reakciót.
A maximális hozam érdekében számos paramétert optimalizálni kell:
- A vezetőképesség biztosítása érdekében előnyös a koncentrált 85-90% H3PO4.
- A hőmérsékletet 60-80 fok között tartják a csökkentés megkönnyítése érdekében.
- A 100-300 mA/cm2 áramsűrűség adja a legjobb eredményt.
- Az ólom alkalmas inert katódként, de a nagyobb tisztaságú nikkelkatódok javítják a hatékonyságot.
- A magas savtartalomhoz olyan anódra van szükség, amely ellenáll a korróziónak, mint a platina.
Gondos ellenőrzés mellett körülbelül 60-70% H3PO2 hozam érhető el elektrokémiai úton foszforsavból. Ahipofoszforsavezt követően hűtéssel izolálják a katolitból, hogy kikristályosodjon.
Hogyan változtathatja meg a fém csökkenése a foszfor maró hatását teljesen hipofoszforos maróvá?
Egyes fémek mesterségesen csökkenthetik a foszfor korrozív hatását hipofoszforos maró hatásúvá azáltal, hogy önmaguk oxidálódnak. A redox dinamikus fémek, például a cink, a vas és a magnézium koncentrált H3PO4-gyel reagálva H3PO2-t hoznak létre.
Például a cinkpor és a foszfor maró anyag a sztöchiometria szerint reagál:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
A cink fogyó specialistaként oxidálódik cink-foszfáttá, míg a foszforos maró hatás hipofoszforos maró hatásúvá csökken. Hasonló reakcióképesség a vasporral is előfordul.
A reakció folytatódásához a koncentrált 85%+ H3PO4 felmelegítése szükséges 60-80 fokra. A H3PO2 hozama alacsony, 30% körüli a különböző oldalreakciók miatt. A részleges kristályosítással történő elkülönítés problémás.
A hátrányok ellenére a szerény fémek felhasználása körültekintően korlátozott alkalmazássá teszi ezt a módszert a hipofoszforos korrozív laboratóriumi elektrolízis nélküli eléréséhez.
Hogyan hozhat létre hidrogén-jodidos maró hatású hipofoszforos maró anyagot a foszforos korrozív anyagból?
A szilárd redukáló szakemberek, mint például a hidrogén-jodidos korrozív (Hello), a redox reakció szerint csökkenthetik a foszfor maró hatását hipofoszforos maró hatásúvá:
2HI + H3PO4 → H3PO{2 + I2 + H2O
Ez a megközelítés nagy szilárdsági területeket használ a hidridikus korrozív erőhöz, hogy megszerezze a H3PO4 csökkenéséhez szükséges elektronokat.
A Hello és a H3PO4 koncentrált elrendezését a felmelegedés és a látens környezet egyesíti. A keletkező jódot és vizet letisztítják, lehetővé téve a H3PO2 elkülönítését.
Ebben a reakcióban a vörös foszfor is kitöltheti a hidrogén-jodidos korrozív anyagot. A Red P csökkenő szakemberként megy.
Az erősen savas reakcióközeg speciális edénykészleteket igényel, mégis lehetővé teszi a H3PO2-hez való eljutást egy lépésben. A hozamnövelés próba marad.
Következtetés
Bár a foszforos korrozív anyag nem a legjobb kiindulási anyag a hipofoszforos korrozív előállításához, néhány laboratóriumi technikát kidolgoztak ennek biztosítására. Ezek a stratégiák magukban foglalják az elektroredukciót, a fém-redox reakciókat vagy a csökkentő szakembereket, mint például a hidrojód-korrozív (Üdvözlet). Bárhogy is legyen, minden stratégiának megvannak a maga korlátai a hozam, az alkalmazkodóképesség és a tisztítás tekintetében.
Az elektroredukciós technikában ésszerű katódanyagot használnak a foszfor korrozív csökkenési ciklusának kezelésére. Ez a megközelítés ésszerű hipofoszfortartalmú korrozív hozamokat adhat, de előfordulhat, hogy a hardveres akadályok miatt nem adaptálható hatalmas hatókör létrehozására.
A fém-redox válaszok egy további technika, amellyel hipofoszforos maró anyagot lehet előállítani foszforos maró anyagból. Ez a technika magában foglalja a csökkenő fémimpulzusok, például a palládium vagy a platina felhasználását a foszfor korrozív hatásának csökkentésére. A válasz az egyszerűsítés kísérlete lehet, ami alacsony hozamokhoz és fertőtlenítési problémákhoz vezethet.
A csökkenő szakemberek, mint például a Hello, szintén felhasználhatók arra, hogy a foszforos maró szert hipofoszforos maróvá alakítsák. Ez a technika kissé egyszerű és hatékony, jobb megtérülést biztosít a különböző stratégiákkal szemben. Ennek ellenére a Howdyval való foglalkozás kockázatos lehet, és óvatos biztonsági intézkedéseket igényel.
Ezektől a korlátozásoktól függetlenül ezek a kutatóintézeti technikák jelentős mértékben korlátozott hatókört biztosítanak a hipofoszfortartalmú korrozív anyagok számára anélkül, hogy bonyolult modern ciklusokra lenne szükség. Ezen technikák termelékenységén és kezelésén dolgozva a H3PO4 mérnöki hasznossága a hasznos foszfor elérésére fokozódik, például a H3PO2 kiterjeszthető.
E cél elérése érdekében alapvető fontosságú a jobb reakciókörülmények, a tisztítási eljárások és a sokoldalúság további kutatása. Ezenkívül a foszforvegyületek különböző alkalmazásokba történő integrálására szolgáló biztonságosabb és gazdaságosabb stratégiák kidolgozása alapvető fontosságú a mező meghajtásához.
Összességében, míg a hipofoszforos maró anyag laboratóriumi tervezése foszforos maró anyagból nehézségekbe ütközik, különböző stratégiákat hoztak létre ennek elérésére. Minden technikának megvannak a maga korlátai, de ezek jelentős megértést adnak a H3PO4 tervezett hasznosságáról. A további feltárások és fejlesztések a foszforvegyületek egyesítésére alkalmasabb és kivitelezhetőbb technikákat indíthatnak el.
Hivatkozások
1. Holleman, AF, Wiberg, E. és Wiberg, N. (2001). Szervetlen kémia. Akadémiai Kiadó.
2. King, RB (1998). Encyclopedia of Inorganic Chemistry, Vol 6. John Wiley & Sons.
3. Nie, Y., Tu, Q., Deng, H., Fu, J. és Wang, J. (2012). Továbbfejlesztett eljárás savas elektroszintézishez folyamatos szűrőprésreaktorban. Chemical Engineering Research and Design, 90(4), 563-569.
4. Stecher, H. (1968). Merck Index: Vegyi anyagok és gyógyszerek enciklopédiája. Merck.
5. Wilson, CL és Wilson, DW (1964). Átfogó analitikai kémia (1B. kötet). Elsevier.