Acide phosphorique

Il s'agit d'un triacide minéral capable de céder trois protons en formant successivement trois bases conjuguées : l'ion dihydrogénophosphate H₂PO₄^-, l'ion hydrogénophosphate HPO₄^2- et l'ion phosphate PO₄^3-, avec les constantes d'équilibres suivantes (à 25 °C) :

H3PO4 (s) + H2O(l)  ${\displaystyle \rightleftharpoons }$  H2PO4−(aq) + H3O+(aq),	Ka1= 7,13 × 10−3,	pKa1= 2,15.
H2PO4−(aq) + H2O(l)  ${\displaystyle \rightleftharpoons }$  HPO42−(aq) + H3O+(aq),	Ka2= 6,38 × 10−8,	pKa2= 7,20.
HPO42−(aq) + H2O(l)  ${\displaystyle \rightleftharpoons }$  PO43−(aq) + H3O+(aq),	Ka3= 3,79 × 10−13,	pKa3= 12,42.

Les dimères et trimères de l'acide phosphorique interviennent dans de nombreux domaines en biologie comme les transporteurs d'énergie ADP/ATP, l'ADN et dans les os.

L'acide phosphorique est généralement obtenu par l'attaque dans un réacteur de l'apatite (principal minerai de phosphate) par de l'acide sulfurique H₂SO₄. L'apatite est souvent un mélange de :

• chlorapatite Ca₅(PO₄)₃Cl ;
• fluorapatite Ca₅(PO₄)₃F ;
• hydroxyapatite Ca₅(PO₄)₃(OH).

et aussi les carbonate-apatites où un groupe CO₃OH ou CO₃F remplace un tétraèdre PO₄.

Les réactions sont donc :

Ca₅(PO₄)₃Cl + 5 H₂SO₄ + 10 H₂O → 3 H₃PO₄ + 5 (CaSO₄,2H₂O) + HCl.

Ca₅(PO₄)₃F + 5 H₂SO₄ + 10 H₂O → 3 H₃PO₄ + 5 (CaSO₄,2H₂O) + HF.

Ca₅(PO₄)₃OH + 5 H₂SO₄ + 9 H₂O → 3 H₃PO₄ + 5 (CaSO₄,2H₂O).

Les carbonates donnent du dioxyde de carbone et de l'eau au lieu d'une partie de l'acide phosphorique.

Après un certain temps de séjour dans le réacteur (variable selon le type de réacteur utilisé et le minerai traité), il est procédé à une opération de filtration de la bouillie résultante (le liquide et le solide) afin de séparer l'acide phosphorique ainsi fabriqué des cristaux de sulfate de calcium dihydraté (CaSO₄,2H₂O) ou semi-hydraté (CaSO₄,1/2H₂O) appelé phosphogypse.

On peut également le préparer par calcination à haute température de l'apatite avec de la silice et du carbone (sable et charbon). La vapeur de phosphore produite est oxydée en pentoxyde de phosphore qui réagit avec de la vapeur d'eau.

L'acide phosphorique est très utilisé en laboratoire, car il résiste à l'oxydation, à la réduction et à l'évaporation.

L'acide phosphorique est employé dans les boissons non alcoolisées comme régulateur de pH (E338) : principalement dans les sodas au cola (Coca-Cola, Pepsi Cola, Dr Pepper)[8].

L'acide phosphorique est employé comme composant des engrais, des détergents, ciments dentaires comme catalyseur ou dans les métaux inoxydables, et dans la production des phosphates — utilisés dans les adoucisseurs d'eau.

L'acide phosphorique est souvent utilisé en solution dans des produits utilisés en mécanique pour dérouiller les pièces métalliques. Il sert aussi à la phosphatation de pièces métalliques pour les protéger de l'oxydation à l'air libre.

L'acide phosphorique est aussi utilisé comme un électrolyte dans les piles à combustible PAFC.

L'ingestion d'une quantité importante d'acide phosphorique peut entraver le fonctionnement des reins et favoriser les calculs rénaux. Des chercheurs américains ont interrogé 465 personnes pour lesquelles une insuffisance rénale avait été récemment diagnostiquée et ils ont constaté à partir de la description de leur régime alimentaire qu'à partir de deux verres de Coca-Cola journalier, le risque d'insuffisance rénale est multiplié par deux. Il en est de même avec le Coca-Cola light alors qu'aucune association n'a été trouvée avec les autres sodas[9].

La France, en 2014, est nette importatrice d'acide phosphorique, d'après les douanes françaises. Le prix moyen au kilogramme à l'import était de 0,9 €[10].