วิธีสร้างกรดไฮโปฟอสฟอรัสจากกรดฟอสฟอริก

การกัดกร่อนของฟอสฟอริก (H3PO4) เป็นฟอสฟอรัสสังเคราะห์ที่เปิดกว้างและเข้าใจง่ายพร้อมการใช้งานสมัยใหม่ที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนให้เป็นสารกัดกร่อนไฮโปฟอสฟอรัสโดยผู้เชี่ยวชาญ (H3PO2) ที่ลดลงที่สำคัญอาจเป็นการดำเนินการที่ยากลำบาก โดยไม่คำนึงถึงปัญหา กลยุทธ์ในห้องปฏิบัติการบางประการได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งมอบสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนระดับต่ำที่มีฟอสฟอรัสซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนฟอสฟอริกเป็นวัสดุตั้งต้น

กลยุทธ์หนึ่งที่ใช้เป็นประจำ ได้แก่ การลดลงกรดไฮโปฟอสฟอรัสมีฤทธิ์กัดกร่อนด้วยผู้เชี่ยวชาญในการลดปริมาณที่เหมาะสม เช่น โลหะไฮไดรด์หรือสารประกอบซัลไฟต์ ตัวอย่างเช่น การตอบสนองของการกัดกร่อนของฟอสฟอริกกับโซเดียมไฮโปฟอสไฟต์ (NaH2PO2) ภายในการมองเห็นของแรงผลักดัน เช่น แพลเลเดียมหรือแพลตตินัม อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนในระดับไฮโปฟอสฟอรัสได้ อีกวิธีหนึ่งคือการสลายตัวด้วยความร้อนของสารกัดกร่อนฟอสฟอริก ซึ่งสามารถทำได้โดยการทำให้อุณหภูมิร้อนขึ้นที่อุณหภูมิสูง

ในทางกลับกัน เทคนิคไฟฟ้าเคมีสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนการกัดกร่อนของฟอสฟอริกเป็นการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสได้ การแยกสลายด้วยไฟฟ้าของการกัดกร่อนของฟอสฟอริกโดยใช้วัสดุแคโทดที่เหมาะสม เช่น กราไฟท์หรือแพลตตินัม สามารถทำงานกับปฏิกิริยาที่ลดลงและทำให้เกิดการกัดกร่อนในระดับไฮโปฟอสฟอรัส

นอกจากนี้ยังมีวิธีการที่ใช้ผู้เชี่ยวชาญในการลดปริมาณตามธรรมชาติ เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์หรือสารกัดกร่อนฟอร์มิก เพื่อเปลี่ยนจากสารกัดกร่อนฟอสฟอริกเป็นสารกัดกร่อนระดับไฮโปฟอสฟอรัส กลยุทธ์เหล่านี้มักประกอบด้วยการตอบสนองหลายขั้นตอน และต้องมีการควบคุมเงื่อนไขการตอบสนองอย่างระมัดระวัง

เป็นเรื่องที่ต้องคำนึงว่าการสร้างสารกัดกร่อนระดับต่ำจากฟอสฟอรัสที่มีฤทธิ์กัดกร่อนฟอสฟอริกนั้นเกิดขึ้นโดยพื้นฐานในสถานที่วิจัย เมื่อเทียบกับในระดับสมัยใหม่ การสร้างสรรค์สมัยใหม่มักรวมเอาวัฏจักรเลือกที่มีประสิทธิภาพและรอบรู้มากกว่าด้วย

เมื่อพิจารณาทุกอย่างแล้ว ในขณะที่การเปลี่ยนการกัดกร่อนของฟอสฟอริกไปเป็นการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสโดยสิ้นเชิงทำให้เกิดปัญหา จึงมีการสร้างกลยุทธ์ในห้องปฏิบัติการบางประการด้วยเหตุผลนี้ กลยุทธ์เหล่านี้รวมถึงการใช้ประโยชน์จากผู้เชี่ยวชาญที่ลดน้อยลง วัฏจักรไฟฟ้าเคมี หรือส่วนผสมจากธรรมชาติ ไม่ว่าในกรณีใด การแจ้งเตือนในการฝึกปฏิบัติและปฏิบัติตามหลักเกณฑ์ด้านความปลอดภัยที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในขณะที่ทำงานกับสารประกอบสังเคราะห์เหล่านี้

การลดอิเล็กโทรไลต์จะแปลงกรดฟอสฟอริกเป็นกรดไฮโปฟอสฟอรัสได้อย่างไร

Hกรดวายโปฟอสฟอรัสเป็นช่องทางหนึ่งในการเปลี่ยนกรดฟอสฟอริกให้เป็นกรด H3PO4 ที่เป็นน้ำจะถูกอิเล็กโตรไลซ์เพื่อให้ได้อิเล็กตรอนสองตัวและสร้าง H3PO2:

H3PO4 + 2e- → H3PO2 + H2O

กระแสไฟฟ้านี้สามารถดำเนินการได้ในเซลล์ที่ถูกแบ่งโดยใช้แคโทดตะกั่วและแพลทินัมแอโนด เมื่อกรดฟอสฟอริกลดลงที่แคโทด ปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำจะเกิดขึ้นที่ขั้วบวกเพื่อปรับสมดุลของปฏิกิริยา

พารามิเตอร์หลายตัวจำเป็นต้องมีการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลตอบแทนสูงสุด:

- แนะนำให้ใช้ H3PO4 ที่มีความเข้มข้น 85-90% เพื่อให้มั่นใจถึงการนำไฟฟ้า

- รักษาอุณหภูมิไว้ระหว่าง 60-80 องศาเพื่อให้สามารถลดลงได้

- ความหนาแน่นกระแส 100-300 mA/cm2 ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

- ตะกั่วเหมาะเป็นแคโทดเฉื่อย แต่แคโทดนิกเกิลที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ

- ความเป็นกรดสูงต้องใช้ขั้วบวกที่ทนทานต่อการกัดกร่อนเช่นแพลตตินัม

ด้วยการควบคุมอย่างระมัดระวัง ผลผลิต H3PO2 ประมาณ 60-70% สามารถรับเคมีไฟฟ้าจากกรดฟอสฟอริกได้ ที่กรดไฮโปฟอสฟอรัสจากนั้นจะถูกแยกออกจากแคโทไลต์โดยการทำให้เย็นลงเพื่อให้ตกผลึกออกมา

โลหะจะลดการเปลี่ยนแปลงของการกัดกร่อนของฟอสฟอรัสไปเป็นการกัดกร่อนของฟอสฟอรัสโดยสิ้นเชิงได้อย่างไร

โลหะบางชนิดสามารถลดการกัดกร่อนของฟอสฟอริกเทียมให้เป็นการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสได้โดยการออกซิไดซ์ในตัวเอง โลหะไดนามิกรีดอกซ์ เช่น สังกะสี เหล็ก และแมกนีเซียม ตอบสนองต่อ H3PO4 ที่มีความเข้มข้นเพื่อสร้าง H3PO2

ตัวอย่างเช่น ผงสังกะสีและการกัดกร่อนของฟอสฟอริกตอบสนองตามที่ระบุโดยปริมาณสัมพันธ์:

สังกะสี + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2

สังกะสีดำเนินไปในฐานะผู้เชี่ยวชาญที่ลดลง โดยจะถูกออกซิไดซ์เป็นซิงค์ฟอสเฟต ในขณะที่การกัดกร่อนของฟอสฟอริกจะลดลงเป็นการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัส ปฏิกิริยาที่เปรียบเทียบได้เกิดขึ้นกับผงเหล็ก

เพื่อให้การตอบสนองดำเนินต่อไป จำเป็นต้องมีการอุ่นอย่างเข้มข้น 85%+ H3PO4 ถึง 60-80 องศา อัตราผลตอบแทนของ H3PO2 ต่ำที่ประมาณ 30% เนื่องจากการตอบสนองด้านข้างที่แตกต่างกัน การแยกส่วนโดยการตกผลึกบางส่วนเป็นเรื่องที่ยุ่งยาก

แม้จะมีข้อเสีย แต่การใช้โลหะขนาดเล็กทำให้ขั้นตอนนี้มีขอบเขตจำกัดอย่างรอบคอบในการกำจัดสารกัดกร่อนที่มีฟอสฟอรัสต่ำในห้องปฏิบัติการโดยไม่ต้องใช้อิเล็กโทรไลซิส

สารช่วยเหลือที่มีฤทธิ์กัดกร่อนแบบไฮโดรไดดิกจะทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสจากการกัดกร่อนแบบฟอสฟอริกได้อย่างไร

ผู้เชี่ยวชาญด้านการลดปริมาณของแข็ง เช่น การกัดกร่อนแบบไฮโดรโอดิก (Hello) สามารถลดการกัดกร่อนของฟอสฟอริกให้เป็นการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสตามการตอบสนองของรีดอกซ์:

2HI + H3PO4 → H3PO2 + ฉัน2 + H2O

วิธีนี้ใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ที่มีความแข็งแกร่งสำหรับแรงกัดกร่อนของไฮโดรโอดิกเพื่อให้ได้อิเล็กตรอนที่จำเป็นสำหรับการลด H3PO4

การเตรียมการแบบเข้มข้นของ Hello และ H3PO4 จะถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียวภายใต้ภาวะโลกร้อนและสภาพแวดล้อมที่แฝงอยู่ ไอโอดีนและน้ำที่สร้างขึ้นจะถูกทำให้บริสุทธิ์จนทำให้ H3PO2 แยกตัวออกมา

ฟอสฟอรัสแดงสามารถเติมสารกัดกร่อนแบบไฮโดรโอดิกในการตอบสนองนี้ได้เช่นกัน Red P ดำเนินไปในฐานะผู้เชี่ยวชาญที่ลดลง

สื่อตอบสนองที่เป็นกรดอย่างลึกซึ้งต้องใช้ชุดจานเฉพาะแต่ยอมให้ไปถึง H3PO2 ได้ในขั้นตอนเดียว การเพิ่มผลผลิตยังคงเป็นการทดสอบ

บทสรุป

แม้ว่าการกัดกร่อนด้วยฟอสฟอริกอาจไม่ใช่วัสดุเริ่มต้นที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัส แต่ก็มีการสร้างเทคนิคในห้องปฏิบัติการบางประการเพื่อส่งมอบสารดังกล่าว กลยุทธ์เหล่านี้รวมเอาการลดกระแสไฟฟ้า การตอบสนองรีดอกซ์ของโลหะ หรือผู้เชี่ยวชาญในการลดจำนวนลง เช่น การกัดกร่อนแบบไฮโดรไอโอดิก (สวัสดี) อย่างไรก็ตาม ทุกกลยุทธ์มีข้อจำกัดเกี่ยวกับผลผลิต ความสามารถในการปรับตัว และการกวาดล้าง

ในเทคนิคการลดกระแสไฟฟ้า วัสดุแคโทดที่เหมาะสมจะถูกนำมาใช้เพื่อทำงานกับวงจรการลดการกัดกร่อนของฟอสฟอริก วิธีการนี้สามารถให้ผลตอบแทนที่เหมาะสมของการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัส แต่อาจไม่สามารถปรับให้เข้ากับการสร้างขอบเขตขนาดใหญ่ได้เนื่องจากอุปสรรคของฮาร์ดแวร์

การตอบสนองรีดอกซ์ของโลหะเป็นอีกเทคนิคหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ในการผลิตการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสจากการกัดกร่อนแบบฟอสฟอริก เทคนิคนี้รวมถึงการใช้แรงผลักดันของโลหะที่ลดลง เช่น แพลเลเดียมหรือแพลตตินัม เพื่อลดการกัดกร่อนของฟอสฟอริก การตอบสนองอาจพยายามปรับปรุง ทำให้เกิดผลผลิตต่ำและปัญหาด้านสุขอนามัย

ผู้เชี่ยวชาญด้านการลดเช่น Hello ก็สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนการกัดกร่อนของฟอสฟอริกเป็นการกัดกร่อนแบบไฮโปฟอสฟอรัสได้เช่นกัน เทคนิคนี้ค่อนข้างตรงไปตรงมาและมีประสิทธิภาพ ให้ผลตอบแทนที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกลยุทธ์ต่างๆ อย่างไรก็ตาม การจัดการกับ Howdy อาจมีความเสี่ยง โดยต้องมีมาตรการรักษาความปลอดภัยอย่างระมัดระวัง

โดยไม่คำนึงถึงข้อจำกัดเหล่านี้ เทคนิคด้านสิ่งอำนวยความสะดวกในการวิจัยเหล่านี้ให้ขอบเขตที่จำกัดอย่างมากต่อการกัดกร่อนที่มีระดับฟอสฟอรัสต่ำ โดยไม่ต้องใช้วงจรสมัยใหม่ที่ซับซ้อน ด้วยการทำงานด้านประสิทธิภาพการผลิตและการบำบัดเทคนิคเหล่านี้ ทำให้สามารถขยายประโยชน์เชิงวิศวกรรมของ H3PO4 เพื่อให้ได้ฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์มากขึ้น เช่น H3PO2

เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์นี้ การสำรวจเพิ่มเติมเกี่ยวกับเงื่อนไขการตอบสนองที่ได้รับการปรับปรุง ขั้นตอนการทำความสะอาด และความคล่องตัวเป็นพื้นฐาน นอกจากนี้ การสร้างกลยุทธ์ที่ปลอดภัยและประหยัดมากขึ้นในการรวมสารประกอบฟอสฟอรัสเข้ากับการใช้งานที่แตกต่างกันเป็นพื้นฐานสำหรับการขับเคลื่อนสนาม

โดยรวมแล้ว แม้ว่าการวางแผนในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับการกัดกร่อนจากฟอสฟอรัสจากการกัดกร่อนของฟอสฟอริกทำให้เกิดปัญหา แต่ก็มีการสร้างกลยุทธ์ที่แตกต่างกันเพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว ทุกเทคนิคมีข้อจำกัด อย่างไรก็ตาม เทคนิคเหล่านี้ให้ความเข้าใจที่สำคัญเกี่ยวกับประโยชน์ทางวิศวกรรมของ H3PO4 การสำรวจและการปรับปรุงเพิ่มเติมสามารถกระตุ้นให้เกิดเทคนิคที่เชี่ยวชาญและเป็นไปได้มากขึ้นในการควบรวมสารประกอบฟอสฟอรัส

อ้างอิง

1. Holleman, AF, Wiberg, E. และ Wiberg, N. (2001) เคมีอนินทรีย์. สำนักพิมพ์วิชาการ.

2. คิง แอร์เบ (1998) สารานุกรมเคมีอนินทรีย์เล่มที่ 6 John Wiley & Sons

3. Nie, Y., Tu, Q., Deng, H., Fu, J., & Wang, J. (2012) กระบวนการที่ได้รับการปรับปรุงสำหรับการสังเคราะห์ด้วยไฟฟ้าของกรดในเครื่องปฏิกรณ์แบบกรองแบบต่อเนื่อง การวิจัยและการออกแบบวิศวกรรมเคมี, 90(4), 563-569

4. สเตเชอร์, เอช. (1968). ดัชนีเมอร์ค: สารานุกรมเกี่ยวกับสารเคมีและยา เมอร์ค

5. วิลสัน ซีแอล และวิลสัน DW (1964) เคมีวิเคราะห์ที่ครอบคลุม (เล่ม 1B) เอลส์เวียร์