Kemian valtakunnassa yhdisteiden luokittelu riippuu usein niiden koostumuksesta ja kemiallisista ominaisuuksista. Yksi yleinen kysymys on, onko dihydrogeenifosfaatti suola. Tämän ratkaisemiseksi on välttämätöntä syventää tärkeimpien kemiallisten termien määritelmiä ja analysoida dihydyn rakennetta ja ominaisuuksiafosfaatti.
Peruskonseptit: suolat ja happamat suolat
Määritelmä suolat
Kemiassa suola määritellään perinteisesti kemialliseksi yhdisteeksi, joka koostuu ionisten sidosten pitämistä ioneista. Se muodostuu, kun happo ja emäs läpikäyvät neutralointireaktion. Yleinen kaava happaman HA: n ja emäksen BOH: n välisen neutralointireaktion suhteen on: HA + BOH → BA + H₂O, jossa BA edustaa suolaa. Suolat koostuvat tyypillisesti kationeista (positiivisesti varautuneista ioneista) ja anioneista (negatiivisesti varautuneista ioneista). Kationit johdetaan yleensä emäksistä, kuten metalli -ioneista tai ammoniumioneista (NH₄⁺), kun anionit ovat peräisin hapoista.
Happamat suolat
Happamat suolat ovat spesifinen suola. Ne muodostuvat, kun polyproottinen happo neutraloi vain osittain emäksellä. Polyproottinen happo on happo, joka voi luovuttaa useamman kuin yhden protonin (H⁺) molekyyliä kohti. Osittaisen neutraloinnin aikana kaikki polyproottisen hapon happamat protonit korvataan metalli- tai ammoniumioneilla. Seurauksena on, että happamat suolat sisältävät sekä kationin pohjasta että negatiivisesti varautuneen ionin, jolla on edelleen happamia protoneja, jotka kykenevät luovuttamaan. Esimerkiksi, kun rikkihappo (H₂so₄), diproottinen happo, reagoi rajoitetulla määrällä natriumhydroksidia (NaOH), natriumvety sulfaattia (NAHSO₄). Tässä tapauksessa vain yksi rikkihapon kahdesta protoneista korvataan natriumionilla, jättäen vety -sulfaatti -ionin (HSO₄⁻) jäljellä olevalla protonilla, joka voidaan luovuttaa, mikä antaasuola hapanominaisuudet.
Dihydrogeenin fosfaatin koostumus ja rakenne
Kemiallinen kaava ja ioninen koostumus
Dihydrafosfaatti on ioni, jolla on kemiallinen kaava h₂po₄⁻. Se on johdettu fosforihaposta (H₃po₄), kolminkertaisesta hapoista, mikä tarkoittaa, että se voi luovuttaa kolme protonia. Kun fosforihappo tapahtuu osittaisen dissosioitumisen tai osittaisen neutraloinnin, voidaan muodostaa erilaisia fosfaatti -ioneja. Dihytyfosfaatin (H₂po₄⁻) tapauksessa yksi protoni on kadonnut fosforihaposta, jolloin kaksi protonia on edelleen kiinnittynyt fosfaattiryhmään.
Dihydrogeenin fosfaattisuolan muodostamiseksi h₂po₄⁻ -ionin on yhdistettävä kationin kanssa. Yleisiä kationeja, jotka muodostavat dihydon fosfaattisuoloja Esimerkiksi natriumidihydrogeenin fosfaatissa on kemiallinen kaava NAH₂PO₄, joka koostuu na⁺ -kationeista ja h₂po -anioneista. Samoin ammoniumidihydrogeenin fosfaatti on (NH₄) H₂po₄, joka sisältää NH₄⁺ -kationien ja H₂po₄⁻ -anionit.
Rakenteelliset ominaisuudet
Dihytyfosfaatti -ionin rakenne perustuu fosfaattiryhmään (Po₄³⁻), jolla on tetraedrinen geometria fosforiatomilla keskustassa, joka on sitoutunut neljään happiatomiin. H₂po₄⁻ -ionissa kaksi happiatomista on sitoutunut vetyatomiin muodostaen OH -ryhmät. Nämä OH -ryhmät ovat vastuussa dihydrogeenin fosfaatti -ionin happamista ominaisuuksista, koska näiden ryhmien vetyatomit voidaan vapautua protoneina vesipitoisessaratkaisu.
Onko dihydrafosfaatti suola?
Tärkein ero: ioni vs. suola
On tärkeää selventää yleistä sekaannuspistettä: dihydrogeenifosfaatti (H₂po₄⁻) on ioni, ei suola. Suola on yhdiste, joka koostuu sekä kationeista että anioneista. Kuitenkin, kun dihydrogeenin fosfaatti -ionit yhdistyvät kationien kanssa, tuloksena olevat yhdisteet ovat todella suoloja. Nämä suolat luokitellaan happamiksi suoloiksi, koska H₂po₄⁻ -anionissa on edelleen happamia protoneja, jotka voidaan luovuttaa.
Tarkastellaan esimerkiksi natriumidihydrogeenin fosfaattia (NAH₂PO₄). Tämä yhdiste koostuu ionisten sidosten pitämistä kationeista ja h₂po₄⁻ -anioneista. Se muodostuu, kun fosforihappo (H₃po₄) reagoi natriumhydroksidin (NaOH) kanssa 1: 1 -molaarisuhteessa, mikä johtaa osittaiseen neutralointiin: H₃po₄ + NaOH → NAH₂po₄ + H₂O. Tässä reaktiossa vain yksi kolmesta fosforihapon protoneista neutraloivat natriumhydroksidilla, jättäen kaksi protonia h₂po₄⁻ -ioniin. Koska yhdiste sisältää sekä kationin (Na⁺) että anionin (H₂po₄⁻) ja se muodostuu neutralointireaktiolla hapon ja emäksen välillä, natriumidihydrogeenifosfaatti on selvästi suola.
Dihydosuolojen kemialliset ominaisuudet
Dihydrogeenin fosfaattisuoloilla on happamien suolojen ominaispiirteet. Vesipitoisessa liuoksessa h₂po₄⁻ -ioni voi toimia sekä happona että emäksenä liuoksen pH: n riippuen. Tämä johtuu siitä, että se voi luovuttaa protonin (toimiva happona) vetyfosfaatti -ionin (HPO₄²⁻) muodostamiseksi tai protonin (emäksenä) hyväksymiseksi fosforihapon (H₃po₄) uudistamiseksi. Tämä amfoteerinen luonne on yleinen piirre monille happamille suoloille, jotka ovat peräisin polyproottisista hapoista.
Esimerkiksi natriumidihydrogeenin fosfaatin liuoksessa on olemassa seuraavat tasapainot:
H₂po₄⁻ ⇌ h⁺ + hpo₄²⁻ (toimii happona)
H₂po₄⁻ + h⁺ ⇌ h₃po₄ (toimii pohjana)
Dihydyn fosfaattisuoliliuoksen pH riippuu hapon suhteellisista vahvuuksista ja h₂po₄⁻ -ionin emäksestä. Fosforihapon aikana ensimmäinen dissosiaatiovakio (ka₁) H₂po₄⁻: n muodostumiseksi on suhteellisen suuri, kun taas toinen dissosiaatiovakio (Ka₂) HPO₄²⁻: n muodostumiseksi on pienempi. Seurauksena liuoksessa h₂po₄⁻ -ioni luovuttaa todennäköisemmin protonin kuin hyväksyä yksi, mikä tekee monista dihydrogeenin fosfaattisuoloista liuoksia hieman happamia.
Yleiset dihydrogeenin fosfaattisuolat ja niiden sovellukset
Natriumidihydrogeenin fosfaatti (NAH₂PO₄)
Natriumidihydrogeenin fosfaatti on valkoinen, kiteinen kiinteä aine, joka on erittäin liukoinen veteen. Sitä käytetään yleisesti elintarviketeollisuudessa emulgointina, puskurointiaineena ja hapausaineena. Lääketeollisuudessa sitä käytetään laksatiivien formuloinnissa ja puskurointiaineena laskimonsisäisissä ratkaisuissa. Sillä on myös sovelluksia vedenkäsittelyssä ja reagenssina kemiallisissa laboratorioissa.
Kaliumidihydrogeenifosfaatti (KH₂PO₄)
Kaliumidihydrogeenin fosfaatti on toinen laajasti käytetty dihydrogeenin fosfaattiasuola. Se on sekä kaliumin että fosforin lähde, joten se on hyödyllinen lannoitteena, etenkin hydroponisissa järjestelmissä ja kasvihuoneiden kasvattamisessa. Sitä käytetään myös elintarviketeollisuudessa sekvestrantti- ja puskurointiaineena sekä pesuaineiden ja puhdistusaineiden tuotannossa.
Ammoniumidihydrogeenifosfaatti ((NH₄) H₂po₄)
Ammoniumidihydrogeenin fosfaatti on tärkeä lannoite, joka tarjoaa sekä typpeä että fosforia kasveille. Sitä käytetään usein yhdessä muiden lannoitteiden kanssa kasvien ravitsemuksellisten tarpeiden tyydyttämiseksi. Sitä käytetään myös sammuttimien tuotannossa, liekinestoaineena ja tekstiiliteollisuudessa viimeistelijäksi.
Johtopäätös
Yhteenvetona voidaan todeta, että termi "dihytyfosfaatti" voi viitata h₂po₄⁻ -ioniin, joka ei ole suolaa, vaan anionia. Kuitenkin, kun tämä ioni yhdistyy kationeihin, kuten Na⁺, K⁺, Ca²⁺ tai NH₄⁺, tuloksena olevat yhdisteet ovat todella suoloja. Nämä suolat luokitellaan happamiksi suoloiksi, koska H₂po₄⁻ -anionissa säilyy happamia protoneja, jotka voidaan luovuttaa liuoksessa. Dihydrogeenin fosfaattisuolat osoittavat suolojen tyypillisiä ominaisuuksia, mukaan lukien ioninen sidos, veden liukoisuus ja kyky suorittaa sähköä liuenneen tai sulamisen yhteydessä. Niitä käytetään laajasti eri toimialoilla, elintarvikkeista ja lääkkeistä maatalouteen ja valmistukseen, mikä korostaa niiden merkitystä sekä kemiallisissa että käytännöllisissä yhteyksissä.
Dihydrogeenin fosfaatti -ionin ja dihydrogeenin fosfaattisuolojen välisen eron ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää tarkan kemiallisen luokituksen ja viestinnän kannalta. Vaikka ioni itsessään ei ole suolaa, sen rooli suolojen muodostamisessa kationien kanssa on välttämätön sen kemialliselle käyttäytymiselle ja sovelluksille. Tutkimalla suolojen ja happamien suolojen määritelmiä, analysoimalla dihydrogeenin fosfaatin koostumusta ja rakennetta sekä ottaen huomioon yleisten dihydrogeenin fosfaattisuolojen ominaisuudet ja käytöt, on selvää, että nämä yhdisteet kuuluvat tiukasti kemian suola -luokkaan.