Historia y Descubrimiento

El ácido ortofosfórico, comúnmente conocido como ácido fosfórico puro, representa un ácido mineral transparente e incoloro de fuerza moderada. Su forma típica para fines comerciales es una solución acuosa que contiene 75–85%, presentándose como un líquido claro y viscoso. A pesar de la designación convencional como H3PO4, los ácidos fosfóricos comprenden varios ácidos resultantes de la formación del ácido fosfórico. La aplicación de calor al ácido fosfórico desencadena la síntesis de ácidos polifosfóricos mediante reacciones de condensación, en las cuales dos o más moléculas de H3PO4 se combinan, eliminando agua. El ácido pirofosfórico (H4P2O7), también denominado ácido difosfórico, sirve como ejemplo, generado calentando ácido fosfórico a aproximadamente 225°C.

El ácido tripolifosfórico (H5P3O10) y el ácido tetrapolifosfórico (H6P4O13) pueden producirse de manera similar. Procesos adicionales de calentamiento y deshidratación producen ácido metafosfórico (HPO3) y anhídrido fosfórico (P4O10). El ácido metafosfórico, considerado una molécula de ácido fosfórico menos una molécula de agua, se combina para producir ácidos metafosfóricos cíclicos. El anhídrido de fósforo, expresado como P2O5 (pentaóxido de difósforo) o ácido superfosfórico, es la base para calificar el contenido de fósforo en fertilizantes, y el ácido superfosfórico industrial comprende una mezcla de ácido superfosfórico y ácidos polifosfóricos.

La ionización del ácido fosfórico, junto con sus diferentes formas, conduce a la formación de fosfatos correspondientes. Al perder tres iones de hidrógeno, el ácido fosfórico se transforma en el ion fosfato o ortofosfato (PO43?). De manera similar, los ácidos polifosfóricos, al perder iones de hidrógeno, producen los correspondientes iones de polifosfato. Por ejemplo, el ácido pirofosfórico pierde cuatro iones de hidrógeno, formando el ion pirofosfato (P2O74?), mientras que el ion metafosfato (PO3?) surge de la ionización del ácido metafosfórico. Los ácidos fosfóricos pueden sufrir ionización parcial, generando iones intermedios.

La presencia histórica del ácido fosfórico se remonta a los antiguos alquimistas, aunque su identificación ocurrió más tarde. La nomenclatura proviene del elemento fósforo, descubierto en 1669 por Henning Brand (1630–1710). El innovador método de Brand implicaba vaporizar orina concentrada en ausencia de oxígeno, lo que conducía a la condensación de vapores y la producción de un polvo blanco ceroso y luminoso. El término "fósforo" en sí mismo proviene de las palabras griegas latinizadas "fos", que significa luz, y "phéro", que significa llevar, lo que se traduce como "llevar luz". El descubrimiento del fosfato de calcio (Ca3(PO4)2) en ceniza de hueso en 1769 por Karl Wilhelm Scheele (1742–1786) y Johann Gahn (1745–1718) marcó un paso significativo, reemplazando eventualmente la orina con hueso como la principal fuente de fósforo. La metodología de Scheele facilitó el aislamiento del fósforo de la ceniza de hueso y la producción de ácido fosfórico mediante la reacción del fósforo y el ácido nítrico.

Producción y Aplicación

A principios del siglo XIX, la importancia agrícola de los fertilizantes ganó validación científica, lo que llevó a que los huesos se convirtieran en la principal fuente de fósforo para los nutrientes del suelo. Sin embargo, la eficacia de la harina de hueso, compuesta principalmente de Ca3(PO4)2, para enriquecer el contenido de fósforo del suelo era limitada debido a su baja solubilidad en agua. Los fosfatos tendían a precipitar con calcio y otros iones divalentes y trivalentes. John Bennett Lawes (1814–1900) patentó un proceso en 1841 para producir superfosfato a partir de huesos, luego lo extendió a fosfatos de roca. Los superfosfatos, formados tratando Ca3(PO4)2 con ácido sulfúrico, consisten en fosfatos de calcio más solubles, especialmente Ca(H2PO4)2, también conocidos como superfosfato. La mayor solubilidad de los fosfatos de hidrógeno de calcio los hace más fácilmente disponibles para las plantas.

Basándose en el trabajo de Lawes, la industria comercial de fertilizantes surgió a mediados del siglo XIX. La producción de fertilizantes fosfatados implica la conversión de roca fosfórica en ácido fosfórico, que luego se procesa en sales de fosfato. El proceso húmedo, que comprende la reacción de roca fosfórica triturada y seca con ácido sulfúrico concentrado, domina la producción mundial. El ácido fosfórico resultante y el yeso se separan, y una parte del ácido se recicla para aumentar la concentración de P2O5. La purificación del ácido fosfórico implica el uso de compuestos orgánicos, lo que da como resultado un producto final con un contenido de fósforo típicamente entre el 30% y el 40%.

El proceso térmico produce H3PO4 altamente puro, adecuado para productos farmacéuticos, productos químicos de alta calidad y la industria de alimentos y bebidas. En este proceso, la roca fosfórica se somete a fundición con sílice y coque, produciendo fósforo elemental que luego se combina para producir P2O5. El P2O5 se hidrata con ácido fosfórico diluido, lo que resulta en una solución concentrada de fósforo con un contenido aproximado de P2O5 del 85%. El ácido fosfórico, el segundo ácido industrial más utilizado después del ácido sulfúrico, es un componente clave en diversas aplicaciones a nivel mundial.

La importancia industrial del ácido fosfórico se extiende más allá de los fertilizantes, encontrando aplicaciones en suplementos de alimentación animal, productos químicos para el tratamiento del agua, tratamientos de superficies metálicas, agentes de grabado y productos para el cuidado personal. Sirve como catalizador en la industria petrolera y de polímeros, mientras que en la industria alimentaria actúa como conservante, acidulante y potenciador del sabor. Además, el ácido fosfórico se utiliza en la eliminación de óxido, limpieza de metales, producción de vidrio para control de opacidad, te?ido de textiles, coagulación de látex de goma, cementos dentales y diversas aplicaciones más.

Referencia

Richard L. Myers (2009). Los 100 Compuestos Químicos Más Importantes: Una Guía de Referencia. Greenwood Publishing Group. 1 de octubre de 2009. https://doi.org/10.1021/ed086p1182