인산

화합물

인산(燐酸, 영어: phosphoric acid)은 화학식이 H3PO4인 약산이다. 오르토인산(영어: orthophosphoric acid)) 또는 인산(V)(영어: phosphoric(V) acid))이라고도 한다. 순수한 인산은 무색의 고체이다.

인산
Structural formula of phosphoric acid, showing dimensions
Ball-and-stick model
Space-filling model
이름
IUPAC 이름
phosphoric acid
별칭
orthophosphoric acid
식별자
3D 모델 (JSmol)
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.758
EC 번호
  • 231-633-2
식품 첨가물 코드 번호 E338 (산화 방지제, ...)
KEGG
RTECS 번호
  • TB6300000
UNII
UN 번호 1805
성질
H
3
PO
4
몰 질량 97.994 g·mol−1
겉보기 흰색 고체
냄새 무취
밀도 1.6845  g⋅cm−3 (25 °C, 85%),[1] 1.834  g⋅cm−3 (solid)[2]
녹는점 40–42.4 °C (104.0–108.3 °F; 313.1–315.5 K)[6]
끓는점
  • 212 °C (414 °F)[3] (물만 증발)[4]
 
  • 392.2 g/100 g (−16.3 °C)
  • 369.4 g/100 mL (0.5 °C)
  • 446 g/100 mL (15 °C)[5]
  • 548 g/100 mL (20 °C)[6]
용해도 에탄올에 용해
log P −2.15[7]
증기 압력 0.03 mmHg (20 °C)[8]
짝염기 인산 이수소
−43.8·10−6 cm3/mol[10]
  • 1.3420 (8.8% w/w aq. soln.)[11]
  • 1.4320 (85% aq. soln) 25 °C
점도 2.4–9.4 cP (85% aq. soln.)
147 cP (100%)
구조
단사정
사면체
열화학[12]
145.0 J/mol⋅K
150.8 J/mol⋅K
−1271.7 kJ/mol
-1123.6 kJ/mol
위험
물질 안전 보건 자료 ICSC 1008
GHS 그림문자 GHS05: Corrosive[13]
신호어 위험
H290, H314[13]
P280, P305+351+338, P310[13]
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)
Flammability code 0: Will not burn. E.g. waterHealth code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasReactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
0
3
0
인화점 불연성
반수 치사량 또는 반수 치사농도 (LD, LC):
1530 mg/kg (rat, oral)[14]
NIOSH (미국 건강 노출 한계):
PEL (허용)
TWA 1 mg/m3[8]
REL (권장)
TWA 1 mg/m3 ST 3 mg/m3[8]
IDLH (직접적 위험)
1000 mg/m3[8]
관련 화합물
관련 산소산
달리 명시된 경우를 제외하면, 표준상태(25 °C [77 °F], 100 kPa)에서 물질의 정보가 제공됨.
아니오아니오 유효성 확인 (관련 정보 예아니오아니오)
정보상자 각주

세 개의 수소는 모두 다양한 정도의 산성이어서 분자로부터 H+ 이온(양성자)으로 떨어져 나갈 수 있다. 세 개의 H+ 이온이 모두 떨어져 나가게 되면 일반적으로 인산염(燐酸, 영어: phosphate)이라고 하는 오르토인산 이온 PO43−이 된다. 하나 또는 두 개의 H+ 이온이 떨어져 나가면 인산 이수소 이온 H
2
PO
4
또는 인산 수소 이온 HPO2−
4
가 각각 생성된다. 오르토인산은 또한 유기인산염이라고 하는 에스터를 형성한다.[15]

인산은 무색, 무취, 비휘발성 시럽 액체인 85% 수용액의 형태로 화학 실험실에서 흔히 발견된다. 비록 인산이 강산의 엄격한 정의를 충족시키지는 못하지만, 85% 수용액은 피부를 심하게 자극하고 을 손상시킬 수 있다. "오르토인산"이라는 이름은 인산을 피로인산과 같은 다른 "인산"들과 구별하는 데 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고 "인산"이라는 용어는 보통 이 특정 화합물을 의미하며, 이것이 현재 IUPAC 명명법에 의한 이름이다.

제조편집

인산은 두 가지 일반적인 경로를 통해 산업적으로 생산된다.[16] 습식 공정에서 수산화인회석 칼슘과 같은 인산염 함유 광물은 황산으로 처리된다.[17]

 

플루오린인회석은 대체 원료이며, 이 경우에 플루오린화물은 불용성 화합물인 Na2SiF6로 제거된다. 인산 용액은 일반적으로 23–33% P2O5 (32–46% H3PO4)를 포함하고 있다. 이것은 약 54–62% P2O5 (75–85% H3PO4)를 함유하고 있는 상업용 인산을 생산하기 위해 농축될 수 있다. 추가로 물을 제거하면 P2O5 농도가 70% 이상(거의 100% H3PO4에 해당)인 초인산이 생성된다. 부산물로 황산 칼슘(석고)이 생성되고, 인산부생석고로 제거된다.

식품용 인산을 생성하기 위해 먼저 인광석을 전기아크로에서 코크스와 함께 환원시켜 원소를 만든다. 실리카도 첨가되어 규산 칼슘 슬래그가 생성된다. 인 원소는 용광로에서 증류되어 공기와 함께 연소돼 고순도의 오산화 인이 생성되며, 이를 물에 용해시켜 인산을 만든다.

이러한 두 가지 공정에서 생산된 인산은 불순물인 비소 및 기타 잠재적인 독성 화합물을 제거하기 위해 추가로 정제할 수 있다.

산성 특성편집

3개의 수소는 모두 산성이며, 해리 상수 pKa1 = 2.14, pKa2 = 7.20, pKa3 = 12.37이다. 따라서 수용액에서 인산은 매우 낮은 pH를 제외하고 대부분 3가지 음이온의 일부 조합으로 해리된다. 화학 평형식은 다음과 같다.

H3PO4 + H2O ⇄ H3O+ + H2PO4 , Ka1= 7.25×10−3 , [pKa1 = 2.14]
H2PO4+ H2O ⇄ H3O+ + HPO42− , Ka2= 6.31×10−8 , [pKa2 = 7.20]
HPO42−+ H2O ⇄ H3O+ + PO43− , Ka3= 3.98×10−13 , [pKa3 = 12.37]

용도편집

인산의 주된 용도는 비료이며, 생산량의 약 90%가 비료로 사용된다.[18]

용도 수천 톤의 수요(2006년) 주요 인산염 유도체
비누 및 세제 1836 삼인산 나트륨
식품 산업 309 삼인산 나트륨 (Na5P3O10), 헥사메타인산 나트륨, 인산 삼나트륨, 피로인산 이나트륨, 알루미늄 인산 나트륨, 인산이수소 칼슘, 인산 이나트륨 (Na2HPO4), H3PO4
물 처리 164 헥사메타인산 나트륨, 삼인산 나트륨, 피로인산 사나트륨, 인산이수소 나트륨 (NaH2PO4), 인산 이나트륨
치약 68 인산 이칼슘 (CaHPO4), IMP, SMFP
기타 용도 287 삼인산 나트륨 (Na3P3O9), TCP, APP, DAP, 인산 아연 (Zn3(PO4)2), 인산 알루미늄 (AlPO4, H3PO4)

식품용 인산(첨가제 E338[19])은 다양한 콜라, 과 같은 식품 및 음료를 산성화하는 데 사용되어 톡쏘는 신맛을 내게 한다. 인산은 또한 방부제 역할을 한다.[20] 코카콜라를 포함하는 인산을 함유한 청량 음료는 때때로 인산염 소다 또는 인산염으로 불린다. 청량 음료의 인산은 치아 부식을 유발할 가능성이 있다.[21] 인산은 또한 신장결석을 형성하는 데 기여할 가능성이 있는데, 특히 이전에 신장결석을 가지고 있었던 사람들에게 그러하다.[22]

인산의 특정 용도들은 다음과 같다.

안전성편집

장기간의 규칙적인 콜라 섭취와 중년 후반의 여성(남성은 아님)의 골다공증 사이에 연관성이 있는 것으로 나타났다.[28] 이것은 인산의 존재 때문이라고 생각되었고, 여성에서의 위험성은 낮은 골밀도와 상관 관계가 있는 콜라를 많이 섭취하는 것과 함께 다이어트 콜라나 카페인이 없는 콜라보다 설탕카페인이 함유된 콜라에서 더 큰 것으로 나타났다.

적당한 농도의 인산 용액은 피부에 자극적이다. 농축된 용액과 접촉시 심각한 피부 화상과 영구적인 눈 손상을 일으킬 수 있다.[29]

같이 보기편집

각주편집

  1. Christensen, J. H.; Reed, R. B. (1955). “Design and Analysis Data—Density of Aqueous Solutions of Phosphoric Acid Measurements at 25 °C.”. 《Ind. Eng. Chem.》 47 (6): 1277–1280. doi:10.1021/ie50546a061. 
  2. “CAMEO Chemicals Datasheet – Phosphoric Acid”. 2019년 8월 15일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2019년 8월 15일에 확인함. 
  3. “Phosphoric acid”. 《www.chemspider.com》. 2020년 3월 12일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 3월 3일에 확인함. 
  4. Brown, Earl H.; Whitt, Carlton D. (1952). “Vapor Pressure of Phosphoric Acids”. 《Industrial & Engineering Chemistry》 44 (3): 615–618. doi:10.1021/ie50507a050. 
  5. Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). 《Solubilities of Inorganic and Organic Compounds》. Van Nostrand. 2020년 3월 11일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2014년 6월 2일에 확인함. 
  6. Haynes, p. 4.80
  7. “phosphoric acid_msds”. 2017년 7월 4일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 5월 2일에 확인함. 
  8. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. “#0506”. 미국 국립 직업안전위생연구소 (NIOSH). 
  9. Haynes, p. 5.92
  10. Haynes, p. 4.134
  11. Edwards, O. W.; Dunn, R. L.; Hatfield, J. D. (1964). “Refractive Index of Phosphoric Acid Solutions at 25 C.”. 《J. Chem. Eng. Data》 9 (4): 508–509. doi:10.1021/je60023a010. 
  12. Haynes, p. 5.13
  13. Sigma-Aldrich Co.
  14. “Phosphoric acid”. 《Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH)》. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). 
  15. Westheimer, F.H. (1987년 6월 6일). “Why nature chose phosphates”. 《Science》 235 (4793): 1173–1178 (see pp. 1175–1176). Bibcode:1987Sci...235.1173W. CiteSeerX 10.1.1.462.3441. doi:10.1126/science.2434996. PMID 2434996. 
  16. Becker, Pierre (1988). 《Phosphates and phosphoric acid》. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0824717124. 
  17. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). 《Chemistry of the Elements》 2판. Butterworth-Heinemann. 520–522쪽. ISBN 978-0-08-037941-8. 
  18. Schrödter, Klaus; Bettermann, Gerhard; Staffel, Thomas; Wahl, Friedrich; Klein, Thomas; Hofmann, Thomas (2008), 〈Phosphoric Acid and Phosphates〉, 《울만 공업화학 백과사전(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)》, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a19_465.pub3 
  19. “Current EU approved additives and their E Numbers”. Foods Standards Agency. 2012년 3월 14일. 2013년 7월 19일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2012년 7월 22일에 확인함. 
  20. “Why is phosphoric acid used in some Coca‑Cola drinks?| Frequently Asked Questions | Coca-Cola GB”. 《www.coca-cola.co.uk》 (영국 영어). 2021년 8월 2일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2021년 8월 31일에 확인함. 
  21. Moynihan, P. J. (2002년 11월 23일). “Dietary advice in dental practice”. 《British Dental Journal》 193 (10): 563–568. doi:10.1038/sj.bdj.4801628. PMID 12481178. 
  22. Qaseem, A; Dallas, P; Forciea, MA; Starkey, M; 외. (2014년 11월 4일). “Dietary and pharmacologic management to prevent recurrent nephrolithiasis in adults: A clinical practice guideline from the American College of Physicians”. 《Annals of Internal Medicine》 161 (9): 659–67. doi:10.7326/M13-2908. PMID 25364887. 
  23. Toles, C.; Rimmer, S.; Hower, J. C. (1996). “Production of activated carbons from a washington lignite using phosphoric acid activation”. 《Carbon》 34 (11): 1419. doi:10.1016/S0008-6223(96)00093-0. 
  24. Wet chemical etching. 보관됨 25 9월 2012 - 웨이백 머신 umd.edu.
  25. Wolf, S.; R. N. Tauber (1986). 《Silicon processing for the VLSI era: Volume 1 – Process technology》. 534쪽. ISBN 978-0-9616721-6-4. 
  26. “Ingredient dictionary: P”. 《Cosmetic ingredient dictionary》. Paula's Choice. 18 January 2008에 원본 문서에서 보존된 문서. 16 November 2007에 확인함. 
  27. “STAR SAN” (PDF). Five Star Chemicals. 2016년 2월 8일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2015년 8월 17일에 확인함. 
  28. Tucker KL, Morita K, Qiao N, Hannan MT, Cupples LA, Kiel DP (2006년 10월 1일). “Colas, but not other carbonated beverages, are associated with low bone mineral density in older women: The Framingham Osteoporosis Study”. 《American Journal of Clinical Nutrition》 84 (4): 936–942. doi:10.1093/ajcn/84.4.936. PMID 17023723. 
  29. “Phosphoric Acid, 85 wt.% SDS”. 《Sigma-Aldrich》. 2016년 5월 5일. 2017년 1월 18일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2017년 1월 16일에 확인함. 

인용 출처편집

  • Haynes, William M., 편집. (2011). 《CRC Handbook of Chemistry and Physics》 92판. CRC Press. ISBN 978-1439855119. 

외부 링크편집