인산

인산
Ball-and-stick model	Space-filling model
이름
	IUPAC 이름 phosphoric acid
	별칭 orthophosphoric acid
식별자
CAS 번호	7664-38-2 ;
3D 모델 (JSmol)	Interactive image;
ChEBI	CHEBI:26078 ;
ChEMBL	ChEMBL1187 ;
ChemSpider	979 ;
ECHA InfoCard	100.028.758
EC 번호	231-633-2;
E 번호	E338 (산화 방지제, ...)
KEGG	D05467 ;
PubChem CID	1004;
RTECS 번호	TB6300000;
UNII	E4GA8884NN ;
UN 번호	1805
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID5024263 ;
	InChI InChI=1S/H3O4P/c1-5(2,3)4/h(H3,1,2,3,4) Key: NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/H3O4P/c1-5(2,3)4/h(H3,1,2,3,4) Key: NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYAI;
	SMILES OP(=O)(O)O;
성질
화학식	H; 3PO; 4
몰 질량	97.994 g·mol−1
겉보기	흰색 고체
냄새	무취
밀도	1.6845 g⋅cm−3 (25 °C, 85%), 1.834 g⋅cm−3 (solid)
녹는점	40–42.4 °C (104.0–108.3 °F; 313.1–315.5 K)
끓는점	212 °C (414 °F) (물만 증발);
물에서의 용해도	392.2 g/100 g (−16.3 °C); 369.4 g/100 mL (0.5 °C); 446 g/100 mL (15 °C); 548 g/100 mL (20 °C);
용해도	에탄올에 용해
log P	−2.15
증기 압력	0.03 mmHg (20 °C)
짝염기	인산 이수소
자화율 (χ)	−43.8·10−6 cm3/mol
굴절률 (nD)	1.3420 (8.8% w/w aq. soln.); 1.4320 (85% aq. soln) 25 °C;
점도	2.4–9.4 cP (85% aq. soln.) ; 147 cP (100%)
구조
결정 구조	단사정
분자 형상	사면체
열화학
열용량 (C)	145.0 J/mol⋅K
표준 몰 엔트로피 (So298)	150.8 J/mol⋅K
표준 생성 엔탈피 (ΔfH⦵298)	−1271.7 kJ/mol
기브스 자유 에너지 (ΔfG˚)	-1123.6 kJ/mol
위험
물질 안전 보건 자료	ICSC 1008
GHS 그림문자
신호어	위험
GHS 유해위험문구	H290, H314
GHS 예방조치문구	P280, P305+351+338, P310
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)	0 3 0
인화점	불연성
	반수 치사량 또는 반수 치사농도 (LD, LC):
LD50 (median dose)	1530 mg/kg (rat, oral)
	NIOSH (미국 건강 노출 한계):
PEL (허용)	TWA 1 mg/m3
REL (권장)	TWA 1 mg/m3 ST 3 mg/m3
IDLH (직접적 위험)	1000 mg/m3
관련 화합물
관련 인의 산소산	하이포아인산; 아인산; 피로인산; 삼인산; 퍼옥시일인산; 퍼옥시이인산;
	달리 명시된 경우를 제외하면, 표준상태(25 °C [77 °F], 100 kPa)에서 물질의 정보가 제공됨. 확인 (관련 정보 ?) 정보상자 각주

인산(燐酸, 영어: phosphoric acid)은 화학식이 ${\ce {H3PO4}}$ 인 약산이다. 오르토인산(영어: orthophosphoric acid)) 또는 인산(V)(영어: phosphoric(V) acid))이라고도 한다. 순수한 인산은 무색의 고체이다.

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
2PO−
4 또는 인산 수소 이온 HPO2−
4가 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 눈을 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.

제조

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

{\ce {Ca5(PO4)3OH + 5H2SO4 -> 3H3PO4 + 5CaSO4v + H2O}}

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 인 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 특성

3개의 수소는 모두 산성이며, 해리 상수 pK_a1 = 2.14, pK_a2 = 7.20, pK_a3 = 12.37이다. 따라서 수용액에서 인산은 매우 낮은 pH를 제외하고 대부분 3가지 음이온의 일부 조합으로 해리된다. 화학 평형식은 다음과 같다.

H₃PO₄ + H₂O ⇄ H₃O⁺ + H₂PO₄⁻ , K_a1= 7.25×10⁻³ , [pK_a1 = 2.14]

H₂PO₄⁻+ H₂O ⇄ H₃O⁺ + HPO₄²⁻ , K_a2= 6.31×10⁻⁸ , [pK_a2 = 7.20]

HPO₄²⁻+ H₂O ⇄ H₃O⁺ + PO₄³⁻ , K_a3= 3.98×10⁻¹³ , [pK_a3 = 12.37]

용도

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, 잼과 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.

인산염 피막 처리 또는 부동태화에 의한 방청 처리
- 파커라이징 공정을 통한 철 산화 방지
인-31 핵자기공명에 대한 외부 표준
인산형 연료 전지
활성탄 생산^[23]
화합물 반도체 공정에서 인듐 인화물에 대해 선택적으로 인듐 갈륨 비소화물을 에칭하기 위해^[24]
이산화 규소에 대해 선택적으로 질화 규소를 에칭하기 위한 미세 가공^[25]
화장품 및 스킨케어 제품의 pH 조절제^[26]
유제품, 식품 및 양조 산업에서의 살균제^[27]

안전성

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 설탕과 카페인이 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 보기

각주

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인용 출처

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

외부 링크

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인산

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[24] Wet chemical etching. 보관됨 25 9월 2012 - 웨이백 머신 umd.edu.

[Wolf-25] Wolf, S.; R. N. Tauber (1986). 《Silicon processing for the VLSI era: Volume 1 – Process technology》. 534쪽. ISBN 978-0-9616721-6-4.

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