Mae cyrydol ffosfforig (H3PO4) yn synthetig ffosfforws sy'n agored ac yn ddeallus yn brydlon gyda chymwysiadau modern amrywiol. Serch hynny, gall fod yn dasg anodd ei newid i fod yn gyrydol hypoffosfforws arbenigol sy'n lleihau (H3PO2). Waeth beth fo'r trafferthion, mae rhai strategaethau labordy wedi'u creu i ddarparu cyrydol hypophosphorous sy'n cynnwys cyrydol ffosfforig fel y deunydd cychwynnol.
Mae un strategaeth a ddefnyddir yn rheolaidd yn cynnwys lleihauasid hypophosphorouscyrydol gydag arbenigwr lleihau rhesymol, fel hydrid metel neu gyfansoddyn sylffit. Er enghraifft, gall ymateb cyrydol ffosfforig â sodiwm hypophosphite (NaH2PO2) o fewn golwg ysgogiad fel palladium neu blatinwm gynhyrchu cyrydol hypophosphorous. Un fethodoleg arall yw dadelfennu cyrydol ffosfforig yn gynnes, y gellir ei gyflawni trwy ei gynhesu ar dymheredd uchel.
Ar y llaw arall, gellir defnyddio technegau electrocemegol i newid dros gyrydol ffosfforig i gyrydol hypophosphorous. Gall electrolysis cyrydol ffosfforig gan ddefnyddio deunydd catod rhesymol, fel graffit neu blatinwm, weithio gyda'r rhyngweithio lleihau a chynhyrchu cyrydol hypoffosfforaidd.
Ar ben hynny, mae yna ddulliau sy'n defnyddio arbenigwyr lleihau naturiol, fel fformaldehyd neu gyrydol ffurfig, i newid dros gyrydol ffosfforig i gyrydol hypoffosfforaidd. Mae'r strategaethau hyn yn aml yn cynnwys ymatebion aml-gam ac mae angen rheolaeth ofalus ar amodau ymateb.
Mae'n golygu cryn dipyn i nodi bod creu cyrydol hypophosphorous o gyrydol ffosfforig yn cael ei wneud yn sylfaenol mewn lleoliadau cyfleusterau ymchwil yn hytrach nag ar raddfa fodern. Mae creu modern yn rheolaidd yn cynnwys cylchoedd dewisol sy'n fwy cynhyrchiol a deallus.
Gan gymryd popeth i ystyriaeth, tra bod newid cyrydol ffosfforig drosodd yn gyfan gwbl i gyrydol hypophosphorous yn cyflwyno anawsterau, mae ychydig o strategaethau labordy wedi'u cynhyrchu am y rheswm hwn. Mae'r strategaethau hyn yn cynnwys defnyddio arbenigwyr lleihau, cylchoedd electrocemegol, neu gymysgeddau naturiol. Beth bynnag, mae'n hanfodol bod ymarfer yn effro ac yn cadw at gonfensiynau diogelwch priodol wrth weithio gyda'r cyfansoddion synthetig hyn.
Sut mae gostyngiad electrolytig yn trosi asid ffosfforig yn asid hypophosphorous?
Hasid ypophosphorousyn un llwybr ar gyfer trawsnewid asid ffosfforig i mewn iddo. Mae H3PO4 dyfrllyd yn cael ei electrolyzed i ennill dau electron a chynhyrchu H3PO2:
H3PO4 + 2e- → H3PO2 + H2O
Gellir perfformio'r electrolysis hwn mewn cell wedi'i rannu gyda catod plwm ac anod platinwm. Wrth i asid ffosfforig leihau yn y catod, mae ocsidiad dŵr yn digwydd yn yr anod i gydbwyso'r adwaith.
Mae angen optimeiddio sawl paramedr ar gyfer y cynnyrch mwyaf:
- Crynodedig 85-90 %H3PO4 yn well i sicrhau dargludedd.
- Tymheredd yn cael ei gynnal rhwng 60-80 gradd i hwyluso gostyngiad.
- Dwysedd presennol o 100-300 mA/cm2 sy'n rhoi'r canlyniadau gorau.
- Mae plwm yn addas fel catod anadweithiol ond mae catodau nicel purdeb uwch yn gwella effeithlonrwydd.
- Mae'r asidedd uchel yn gofyn am anod sy'n gwrthsefyll cyrydiad, fel platinwm.
Gyda rheolaeth ofalus, gellir cael cynnyrch H3PO2 tua 60-70% yn electrocemegol o asid ffosfforig. Mae'rasid hypophosphorousyna yn cael ei ynysu oddi wrth y catolyte trwy oeri i'w grisialu allan.
Sut gallai gostyngiad metel newid cyrydol ffosfforig drosodd yn gyfan gwbl i gyrydol hypophosphorous?
Gall rhai metelau leihau cyrydol ffosfforig yn artiffisial i gyrydol hypophosphorous trwy gael eu hocsideiddio eu hunain. Mae metelau deinamig Redox fel sinc, haearn a magnesiwm yn ymateb gyda H3PO4 crynodedig i greu H3PO2.
Er enghraifft, mae powdr sinc a chyrydol ffosfforig yn ymateb fel y nodir gan y stoichiometry:
Zn + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + H3PO2 + H2
Mae'r sinc yn mynd o gwmpas fel yr arbenigwr sy'n lleihau, gan gael ei ocsidio i ffosffad sinc tra bod cyrydol ffosfforig yn gostwng i gyrydol hypophosphorous. Mae adweithedd tebyg yn digwydd gyda phowdr haearn.
Er mwyn i'r ymateb barhau, mae angen cynhesu 85%+ H3PO4 i 60-80 gradd. Mae'r cynnyrch H3PO2 yn isel ar tua 30% oherwydd gwahanol ymatebion ochr. Mae gwahanu trwy grisialu rhannol yn drafferthus.
Er gwaethaf anfanteision, mae defnyddio metelau cymedrol yn gwneud hwn yn gwrs cwmpas cyfyngedig darbodus i gyrraedd cyrydol hypophosphorous yn y labordy heb electrolysis.
Sut gallai cymorth cyrydol hydriodig gynhyrchu cyrydol hypophosphorous o gyrydol ffosfforig?
Gall arbenigwyr sy'n lleihau solid fel cyrydol hydriodig (Helo) leihau cyrydol ffosfforig i gyrydol hypophosphorous yn unol â'r ymateb rhydocs:
2HI + H3PO4 → H3PO2 + I2 + H2O
Mae'r dull hwn yn defnyddio meysydd cryfder mawr ar gyfer grym cyrydol hydriodig i gaffael yr electronau sydd eu hangen ar gyfer gostyngiad H3PO4.
Yn betrus, mae trefniadau dwys o Helo a H3PO4 yn cael eu cyfuno fel un dan gynhesu ac amgylchedd cudd. Mae'r ïodin a'r dŵr a grëwyd yn cael eu mireinio, gan ganiatáu neilltuo'r H3PO2.
Yn yr un modd, gall ffosfforws coch lenwi ar gyfer y cyrydol hydriodig yn yr ymateb hwn. Mae Red P yn mynd o gwmpas fel yr arbenigwr sy'n lleihau.
Mae angen setiau dysgl penodol ar y cyfrwng ymateb hynod asidig ond mae'n caniatáu cyrraedd H3PO2 mewn cam unigol. Mae gwella cnwd yn aros yn brawf.
Casgliad
Er efallai nad cyrydol ffosfforig yw'r deunydd cychwyn gorau ar gyfer creu cyrydol hypoffosfforaidd, mae ychydig o dechnegau labordy wedi'u creu i'w gyflwyno. Mae'r strategaethau hyn yn ymgorffori electroreduction, ymatebion rhydocs metel, neu leihau arbenigwyr fel cyrydol hydroiodig (Cyfarchion). Boed hynny ag y bo modd, mae gan bob strategaeth ei chyfyngiadau o ran cnwd, addasrwydd, a glanhau.
Yn y dechneg electroleihau, defnyddir deunydd catod rhesymol i weithio gyda chylch lleihau cyrydol ffosfforig. Gall y dull hwn roi cynnyrch synhwyrol o gyrydol hypophosphorous ond efallai na fydd yn addasadwy ar gyfer creu cwmpas enfawr oherwydd rhwystrau caledwedd.
Mae ymatebion rhydocs metel yn un dechneg arall y gellir ei defnyddio i gynhyrchu cyrydol hypophosphorous o gyrydol ffosfforig. Mae'r dechneg hon yn cynnwys defnyddio ysgogiad metel sy'n lleihau, fel palladium neu blatinwm, i leihau'r cyrydol ffosfforig. Gall yr ymateb fod yn ceisio symleiddio, gan ysgogi cynnyrch isel a materion glanweithdra.
Yn yr un modd, gellir defnyddio llai o arbenigwyr fel Hello yno i newid cyrydol ffosfforig i gyrydol hypophosphorous. Mae'r dechneg hon braidd yn syml ac effeithiol, gan roi enillion gwell o'i gyferbynnu â gwahanol strategaethau. Serch hynny, gall delio â Howdy fod yn beryglus, gan ofyn am fesurau diogelwch diogelwch gofalus.
Waeth beth fo'r cyfyngiadau hyn, mae'r technegau cyfleuster ymchwil hyn yn rhoi mynediad cyfyngedig sylweddol i gyrydol hypophosphorous heb fod angen cylchoedd modern cymhleth. Trwy weithio ar gynhyrchiant a thriniaeth y technegau hyn, gellir ymestyn y defnydd peirianyddol o H3PO4 ar gyfer cyrraedd ffosfforws defnyddiol fel H3PO2.
Er mwyn cyflawni'r amcan hwn, mae archwiliad pellach i amodau ymateb gwell, gweithdrefnau glanhau, ac amlbwrpasedd yn hanfodol. At hynny, mae creu strategaethau mwy diogel a mwy darbodus ar gyfer integreiddio cyfansoddion ffosfforws i wahanol gymwysiadau yn hanfodol ar gyfer gyrru'r maes.
Ar y cyfan, er bod cynllunio labordy ar gyfer cyrydol hypophosphorous o gyrydol ffosfforig yn cyflwyno anawsterau, mae strategaethau gwahanol wedi'u creu i gyrraedd ato. Mae gan bob techneg ei chyfyngiadau, ond maent yn rhoi dealltwriaeth sylweddol i ddefnyddioldeb peirianyddol H3PO4. Gall archwilio a gwella pellach ysgogi technegau mwy hyfedr ac ymarferol ar gyfer cyfuno cyfansawdd ffosfforws.
Cyfeiriadau
1. Holleman, AF, Wiberg, E., & Wiberg, N. (2001). Cemeg anorganig. Y Wasg Academaidd.
2. King, RB (1998). Gwyddoniadur Cemeg Anorganig, Cyf 6. John Wiley & Sons.
3. Nie, Y., Tu, Q., Deng, H., Fu, J., & Wang, J. (2012). Proses well ar gyfer electrosynthesis asid mewn adweithydd wasg hidlo parhaus. Ymchwil a Dylunio Peirianneg Gemegol, 90(4), 563-569.
4. Stecher, H. (1968). Mynegai Merck: Gwyddoniadur o gemegau a chyffuriau. Merck.
5. Wilson, CL, & Wilson, DW (1964). Cemeg Ddadansoddol Gynhwysfawr (Cyf. 1B). Elsevier.