Ácidos fosfóricos y fosfatos

El ácido fosfórico más simple y común es el ácido ortofosfórico , H₃PO₄ . De hecho, el término ácido fosfórico suele referirse específicamente _a este compuesto (y esta es también la nomenclatura actual de _la IUPAC ).

Dos o más moléculas de ácido ortofosfórico pueden unirse por condensación para formar moléculas más grandes mediante la eliminación de agua . La condensación de unas pocas unidades produce ácidos oligofosfóricos , mientras que las moléculas más grandes se denominan ácidos polifosfóricos . (Sin embargo, la distinción entre ambos términos no está bien definida).

Por ejemplo, los ácidos pirofosfórico , trifosfórico y tetrafosfórico se pueden obtener mediante las reacciones $${\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {2 H3PO4}}&\longrightarrow {\ce {H4P2O7 + H2O}}\\[2pt]{\ce {H4P2O7 + H3PO4}}&\longrightarrow {\ce {H5P3O10 + H2O}}\\[2pt]{\ce {H5P3O10 + H3PO4}}&\longrightarrow {\ce {H6P4O13 + H2O}}\end{aligned}}}$$

La "estructura básica" de una molécula de ácido polifosfórico es una cadena de átomos de P y O alternados. Cada unidad ortofosfórica adicional que se condensa añade 1 átomo de H ( hidrógeno ) adicional, 1 átomo de P ( fósforo ) adicional y 3 átomos de O ( oxígeno ) adicionales. La fórmula general de un ácido polifosfórico es H _{n +2} P _n O _{3 n +1} o HO [ −P(O)(OH)−O−] _n H .

Los ácidos polifosfóricos se utilizan en síntesis orgánica para ciclaciones y acilaciones ; una alternativa es el reactivo de Eaton . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

El ácido metafosfórico ( HPO₃ ) es un sólido incoloro, vítreo y delicuescente, _con una densidad de 2,2 a 2,5 g/cm³, que se sublima al calentarse. Es soluble en etanol. ^{[ 4 ]}

Las unidades de ácido fosfórico pueden unirse formando anillos (estructuras cíclicas). El compuesto más simple de este tipo es el ácido trimetafosfórico o ácido ciclotrifosfórico, _cuya fórmula es _H₃P₃O₉ . Su estructura se muestra en la ilustración. Dado que los extremos están condensados, su fórmula tiene una molécula de H₂O (agua) menos que _el ácido _{tripolifosfórico} .

La fórmula general de un ácido fosfórico es H _{n −2 x +2} P _n O _{3 n − x +1} , donde n es el número de átomos de fósforo y x es el número de ciclos fundamentales en la estructura de la molécula; es decir, el número mínimo de enlaces que habría que romper para eliminar todos los ciclos.

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  Ácido ortofosfórico H ₃ PO ₄
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  Ácido _{pirofosfórico} H₄P₂O₇​_​​_​
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  Ácido tripolifosfórico H ₅ P ₃ O ₁₀
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  Ácido tetrapolifosfórico H ₆ P ₄ O ₁₃
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  ácido trimetafosfórico H ₃ P ₃ O ₉
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  Anhídrido fosfórico P ₄ O ₁₀

El caso límite de condensación interna, donde todos los átomos de oxígeno se comparten y no hay átomos de hidrógeno ( x = ⁠ n +2 / 2 ⁠ ) es un anhídrido P _{2 n} O _{5 n} , pentóxido de fósforo P ₄ O ₁₀ .

Los aniones del ácido ortofosfórico H ₃ PO ₄ son el ortofosfato (comúnmente llamado simplemente "fosfato") PO 3− 4 , el monohidrogenofosfato HPO 2− 4 , y el dihidrogenofosfato H ₂ PO − 4 .

_La disociación del ácido pirofosfórico _H₄P₂O₇ genera cuatro aniones, [ H₄⁻ _{kP₂O₇ ]} k⁻ ^, donde la carga k varía de 1 a 4. El último es el pirofosfato _[ P₂O₇ _] ^⁴⁻ . _Los pirofosfatos son _{mayoritariamente solubles} ^en agua .

De igual modo , el ácido tripolifosfórico _{H₅P₃O₁₀ produce} al menos cinco aniones [ H₅⁻kP₃O₁₀ ] ^{k⁻ ,} donde k varía de 1 a 5, incluyendo _{el tripolifosfato [} P₃O₁₀ ] ⁵⁻ _. ^El ácido tetrapolifosfórico _{H₆P₄O₁₃} produce _al menos seis aniones, incluyendo el tetrapolifosfato _[ P₄O₁₃ _] ⁶⁻ , y ^así sucesivamente. Nótese que cada unidad fosfórica adicional añade un átomo _{de P adicional, tres átomos de O} adicionales y un átomo de hidrógeno adicional o una _carga negativa adicional .

_{Los ácidos polifosfóricos ramificados dan lugar a} aniones polifosfato ramificados similares. El ejemplo más sencillo de esto es el trifosfonofosfato [ OP(OPO3 ) ₃ ] ⁹⁻ y sus versiones parcialmente disociadas.

La fórmula general para dichos aniones polifosfato (no cíclicos), lineales o ramificados, es [ H _{n +2− k} P _n O _{3 n +1} ] ^{k −} , donde la carga k puede variar de 1 a n + 2 . Generalmente en una solución acuosa, el grado o porcentaje de disociación depende del pH de la solución.

Las sales o ésteres de ácidos polifosfóricos cíclicos se denominan comúnmente "metafosfatos". Los que se conocen como trimetafosfatos presentan en realidad una mezcla de tamaños de anillo. Una fórmula general para estos compuestos cíclicos es _[ HPO₃ ] x _, donde x es el número de unidades fosfóricas en la molécula.

Cuando los ácidos metafosfóricos pierden sus hidrógenos como H + ^, se forman aniones _cíclicos llamados metafosfatos . Un ejemplo de un compuesto con dicho anión es _el hexametafosfato de sodio ( Na6P6O18 ) , utilizado como secuestrante y aditivo _alimentario .

Los compuestos de orto-, piro- y tripolifosfato, como el tripolifosfato de sodio , se han utilizado comúnmente en formulaciones de detergentes (es decir  , limpiadores). A veces, el pirofosfato, el tripolifosfato, el tetrapolifosfato, etc., se denominan difosfato , trifosfato , tetrafosfato , etc., especialmente cuando forman parte de ésteres de fosfato en bioquímica . También se utilizan para el control de incrustaciones y corrosión por parte de los proveedores de agua potable . ^{[ 6 ]} Como inhibidor de la corrosión, los polifosfatos actúan formando una película protectora en la superficie interior de las tuberías. ^{[ 7 ]}