Asam Metafosforik, Asam Fosfat, Asam Pirofosforik, dan Asam Fosforus

 

Asam fosfor ditemukan dalam 4 bentuk yaitu:

1. asam metafosforik (metaphosphoric acid)

2. asam ortofosforik (ortophosphoric acid)

3. asam pirofosforik (pyrophosphoric acid)

4. asam fosforus (phosphorus acid)

 

1. ASAM METAFOSFORIK (METAPHOSPHORIC ACID)

Asam metafosforik (metaphosphoric acid) adalah senyawa anorganik yang mempunyai rumus kimia HPO₃ dan massa molekul relatif (Mr) 79,98.

Rumus umumnya adalah (HPO₃)_n. dalam fase gas, senyawa ini mungkin ditemukan dalam bentuk monomer HPO₃.

Asam metafosforik disebut juga sebagai:

- asam fosforik glasial (glacial phosphoric acid).

- asam metafosforik linier atau siklik rantai panjang dengan rumus (HPO₃)n juga disebut asam polimetafosporat.

 

1. Kegunaan Asam Metafosforik

Asam metafosforik digunakan dalam pembuatan semen gigi oksifosfat. Garam ini juga digunakan sebagai reagen dalam kimia analitik.

 

2. Sifat Fisika Asam Metafosforik

Sifat fisika asam metafosforik adalah sebagai berikut.

- zat padat tak berwarna seperti kaca;

- lembut dan transparan;

- massa jenis 2,2 hingga 2,5 g/cm³;

- larut perlahan dalam air dingin;

- terurai menjadi asam fosfoforik (phosphoric acid);

- larut dalam alkohol.

 

3. Pembuatan Asam Metafosforik

Asam metafosforik dapat dibuat dengan cara memasnakan asam fosfat (H₃PO₄) atau asam pirofosfat (H₄P₂O₇) di atas 300 °C. Saat pendinginan akan tebentuk asam metafosforik (HPO₃)_n. Padatan yang diperoleh nampak seperti polimer kaca.

Asam metafosforik juga diperoleh dari hidrasi parsial fosfor pentoksida, dengan cara melarutkannya dalam air dingin.

 

2. ASAM ORTOFOSFORIK (ORTOPHOSPHORIC ACID)

Asam asam ortofosforik (ortophosphoric acid) adalah senyawa anorganik dengan rumus kimia H₃PO₄ dan massa molekul relatif 97,995.

Senyawa ini juga membentuk hemihidrat (H₃PO₄•1/2H₂O), yang dikenal sebagai asam difosforik (diphosphoric acid).

Kristal asam anhidrat atau hemihidrat tersusun dari unit-unit PO₄ tetrahedral yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen (hydrogen bonding).

Asam ortofosforik disebut juga sebagai:

- asam fosfat

- asam fosforik (phosphoric acid);

- trihidrogen fosfat (trihydrogen phosphate).

 

Asam fosfat dibuat pertama kali oleh Robert Boyle pada tahun 1694 dengan melarutkan fosfor pentoksida dalam air.

 

1. Penggunaan Asam Fosfat

Asam fosfat mungkin merupakan senyawa fosfor yang paling penting. Senyawa ini adalah bahan kimia anorganik terbesar kedua (berdasarkan volume), setelah asam sulfat, yang dipasarkan di Amerika Serikat.

Aplikasi terpenting dari asam ini adalah membuat garam fosfat untuk pupuk. Pupuk fosfat termasuk natrium, kalsium, amonium, dan kalium fosfat.

Aplikasi lain dalam pengawetan logam dan perawatan permukaan logam untuk menghilangkan oksida logam dari permukaan logam; elektropolishing aluminium; sebagai bahan pengikat pada berbagai produk tahan api seperti alumina dan magnesia; sebagai katalisator dalam pembuatan nilon dan bensin; sebagai agen dehidrasi; di kayu dan kain tahan api; dalam ukiran litograf; dalam pewarnaan tekstil; di semen gigi; dalam lateks koagulasi karet; dalam memurnikan hidrogen peroksida; dan sebagai reagen laboratorium.

Larutan encer asam fosfat digunakan sebagai aditif untuk minuman berkarbonasi untuk rasa asam yang unik.

Juga, asam fosfat encer digunakan dalam pemurnian gula; sebagai nutrisi; dan sebagai agent buffer dalam pembuatan selai, jelly, dan antibiotik.

 

2. Sifat Fisika Asam Fosfat

Sifat fisika asam fosfat sebagai berikut.

- kristal ortorombik putih dalam keadaan murni dan anhidrat atau cairan bening seperti sirup;

- meleleh pada suhu 42,35 °C;

- hidroskopis;

- dapat didinginkan menjadi padatan seperti kaca;

- bentuk hemihidrat (H₃PO₄•1/2H₂O) meleleh pada suhu 29,32 °C dan kehilangan air pada suhu 150 °C;

- massa jenis bentuk hemihidrat 1,834 g/mL pada suhu 18 °C;

- massa jenis H₃PO₄ komersial (85%) 1,685 g/mL pada suhu 25 °C;

- sangat larut dalam air, 548 g/100 mL pada suhu kamar;

- larut dalam alkohol.

 

3. Produksi Asam Fosfat

Asam fosfat juga dapat dibuat dengan berbagai metode. Pelarutan fosfor pentoksida dalam air mendidih menghasilkan asam fosfat.

Asam fosfat dengan tingkat kemurnian rendah yang digunakan untuk pembuatan pupuk dihasilkan dari reaksi atau campuran antara batuan fosfat dengan asam sulfat pekat. Batuan fosfat, apatit, yang sebagian besar tersusun dari kalsium fosfat, dapat digunakan dalam proses ini.

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ + 6H₂O → 2H₃PO₄ + 3(CaSO₄•2H₂O)

 

Bubur kalsium sulfat yang tidak larut dipisahkan dengan cara penyaringan. Asam dari proses ini tidak begitu murni tetapi dapat dimurnikan dengan berbagai metode. Langkah-langkah pemurnian yang digunakan biasanya melibatkan teknik pengendapan, ekstraksi pelarut, kristalisasi, dan pertukaran ion.

Asam fosfat murni dapat diperoleh dengan cara membakar fosfor dalam campuran udara dan uap.

Persamaan reaksinya:

P₄(l) + 5O₂(g) → P₄O₁₀(s)

P₄O₁₀(s) + H₂O(g) → 4H₃PO₄(l)

 

Asam fosfat juga dapat dibuat dengan cara memanaskan fosfor ungu dengan asam nitrat 33%.

Persamaan reaksinya:

4P + 10HNO₃ + H₂O → 4H₃PO₄ + 5NO ↑ + 5NO₂ ↑

 

Selain itu, asam fosfat juga dapat dibuat dengan cara memanaskan fosfor merah dengan asam nitrat (perbandingan 1: 1).

Persamaan keseluruhannya adalah:

P + 3HNO₃ → H₃PO₄ + NO + 2NO₂

 

4. Reaksi Asam Fosfat

a. Reaksi Asam Basa

Asam fosfat bukan asam pengoksidasi. Dalam larutan air asam fosfat terdisosiasi menjadi ion H₂PO₄^–, HPO₄^2–, dan PO₃^3–. Konstanta disosiasi penguraian asam fosfat sebagai berikut.

H₃PO₄ + H₂O ↔ H₃O⁺ + H₂PO₄^–     Ka₁ = 7.1 × 10^–3

H₂PO₄^– + H₂O ↔ H₃O⁺ + HPO₄^2–    Ka₂ = 8.0 × 10^–8

HPO₄^2– + H₂O ↔ H₃O⁺ + PO₄^3–       Ka₃ 4,8 × 10^–13

 

Dari persamaan di atas bisa dilihat bahwa, dari tiga hidrogen yang dapat terionisasi dalam asam fosfat, H⁺ pertama lebih mudah dihilangkan daripada yang kedua, dan H⁺ yang kedua lebih mudah terdisosiasi daripada ion H⁺ yang ketiga.

Ketika asam fosfat dititrasi dengan natrium hidroksida, ia akan membentuk garam asam dan basa,

Persamaan reaksinya:

H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O (cukup asam)

H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O (basa sangat lemah)

H₃PO₄ + 3NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O (basa lemah)

 

Awalnya, pH larutan tiba-tiba berubah menjadi 4,5 setelah pembentukan NaH₂PO₄ selesai. Perubahan kedua pH menjadi sekitar 9 setelah Na₂HPO₄ terbentuk sempurna. Kurva titrasi untuk H₃PO₄ = NaOH menunjukkan dua titik infleksi pH. Oleh karena itu, campuran Na₂HPO₄ dan NaH₂PO₄, menunjukkan sifat buffer pada pH 6 sampai 8. Karena perbedaan besar pada dua konstanta ionisasi pertama, asam fosfat dapat dititrasi sebagai asam monobasa atau asam dibasa. Larutan trinatrium fosfat (Na₃PO₄) dalam air  bersifat basa.

 

b. Pemanasan

Jika asam fosfat dipanaskan maka akan berubah menjadi asam metafosforik (HPO₃), dan asam pirofosforik (H₄P₂O₇).

Jika asam fosfat anhidrat meleleh dan didiamkan selama beberapa minggu, maka sebagian akan berubah menjadi asam pirofosfosforik (H₄P₂O₇). Keseimbangan yang terjadi dalam fase cair adalah sebagai berikut.

2H₃PO₄ ↔ H₄P₂O₇ + H₂O

 

Namun, ketika dipanaskan pada suhu 215 °C, asam fosfat sepenuhnya berubah menjadi asam pirofosfosforik.

Ketika dipanaskan pada suhu 300 °C, asam fosfat berubah menjadi asam metafosfosforik (HPO₃).

H₃PO₄ → HPO₃ + H₂O

 

c. Reaksi dengan Logam

Asam fosfat bereaksi dengan sebagian besar logam dan oksidanya pada suhu di atas 400 °C membentuk logam fosfat. Logam reaktif, seperti magnesium, bereaksi dengan larutan asam fosfat membentuk magnesium fosfat disertai dengan pembebasan gas hidrogen.

Persamaan reaksinya:

2H₃PO₄ + 3Mg → Mg₃(PO₄)₂ + 3H₂

 

d. Reaksi dengan Amonia

Ketika gas amonia digelembungkan melalui larutan asam fosfat, maka akan dihasilkan diammonium hidrogen fosfat.

Persamaan reaksinya:

H₃PO₄(aq) + 2NH₃(g) → (NH₄)₂HPO₄(s)

 

e. Reaksi dengan Kalsium Trifosfat Fluorida

Reaksi dengan kalsium trifosfat fluorida menghasilkan kalsium dihidrogen fosfat (calcium dihydrogen phosphate), yang merupakan komponen penting dari pupuk superfosfat.

Persamaan reaksinya:

7H₃PO₄ + Ca(PO₄)₃F + 5H₂O → 5Ca(H₂PO₄)HPO₄ + HF

 

f. Reaksi Dengan Natrium Bromida

Ketika asam fosfat dipanaskan dengan natrium bromida padat, maka akan menghasilkan natrium dihidrogen fosfat dan gas hidrogen bromida.

Persamaan reaksinya:

H₃PO₄(l) + NaBr(s) → NaH₂PO₄(s) + HBr(g)

 

3. ASAM PIROFOSFORIK (PYROPHOSPHORIC ACID)

Asam pirofosforik (pyrofosforik acid) adalah senyawa anorganik yang memiliki rumus kimia H₄P₂O₇ dan massa molekul relatif (Mr) 177.98. Senyawa fosfor ini disebut juga sebagai asam disfosforik (disphosphoric acid).

 

1. Kegunaan Asam Pirofosforik

Tidak ada aplikasi komersial dari asam ini yang diketahui.

 

2. Sifat Fisika Asam Pirofosforik

Sifat fisika asam pirofosforik adalah sebagai berikut.

- cairan tak berwarna;

- hidroskopis. Mengkristal dalam dua bentuk anhidrat: bentuk pertama meleleh pada suhu 54,3 °C dan bentuk kedua yang lebih stabil meleleh pada suhu 71,5 °C;

- sangat larut dalam air dingin.

- cepat terurai dalam air panas;

- sangat larut dalam alkohol dan eter.

 

3. Pembuatan Asam Pirofosforik

Asam pirofosfosforik dapat dibuat dengan cara memanaskan asam fosfat pada suhu 215 °C.

Persamaan reaksinya:

2H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O

 

Larutan asam dalam bentuk murni dapat diperoleh melalui reaksi pertukaran ion. Hal ini dapat dilakukan dengan cara melewatkan larutan natrium pirofosforik (Na₄P₂O₇), melalui kolom penukar kation yang sesuai.

 

4. Reaksi Asam Pirofosforik

Asam pirofosforik memiliki empat ion H⁺ yang dapat diganti. Konstanta disosiasi menunjukkan bahwa dua ion H⁺ bersifat asam kuat sedangkan dua H⁺ lainnya bersifat asam lemah. Konstanta disosiasi pertama sangat besar.

Persamaan reaksi disosiasinya:

H₄P₂O₇ + H₂O ↔ H₃O+ + H₃P₂O₇^–       Ka₁ = ~ 10–1

H₃P₂O₇^– + H₂O ↔ H₃O⁺ + H₂P₂O₇^2–     Ka₂ = ~ 1.5x10–2

H₂P₂O₇^2– + H₂O ↔ H₃O+ + HP₂O₇^3–     Ka₃ = ~ 2.7x10–7

HP₂O₇^3– + H₂O ↔ H₃O+ + P₂O₇^4–         Ka₄ = ~ 2.4x10–10

 

Asam pirofosfat dapat membentuk garam asam, seperti NaH₃P₂O₇ dan Na₂H₂P₂O₇.

 

4. ASAM FOSFORUS (PHOSPHORUS ACID)

Asam fosforus adalah senyawa fosfor yang memiliki rumus kimia H₃PO₃ dan massa molekul relatif (Mr) 82. Senyawa ini disebut juga sebagai asam ortofosforus (orthophosphorus acid).

 

1. Kegunaan Asam Fosforus

Asam fosforus digunakan untuk membuat garam fosfit (phosphite salts). Biasanya dijual sebagai larutan berair dengan konsentrasi 20%.

 

2. Sifat Fisika Asam Fosforus

Sifat fisika asam fosforus sebagai berikut.

- kristal putih;

- aromanya seperti bawang putih;

- massa jenis kepadatan 1,651 g/mL pada suhu 21 °C;

- meleleh pada suhu 73,6 °C;

- terurai pada suhu 200 °C menjadi fosfin (phosphine) dan asam fosforik (phosphoric acid);

- larut dalam air, sekitar 310 g/100 mL;

- larut dalam alkohol.

 

3. Pembuatan Asam Fosforus

Asam fosfor dapat dibuat dengan cara mereaksikan fosfor triklorida dengan air.

Persamaan reaksinya:

PCl₃ + 3H₂O → H₃PO₄ + 3HCl

 

Reaksi di atas berlangsung keras. Penambahan PCl₃ harus sangat berhati-hati dan dilakukan secara perlahan. Penambahan dapat dilakukan dengan aman dengan adanya HCl pekat. Sebagai alternatif, aliran udara yang mengandung uap PCl₃ dilewatkan ke dalam air es dingin.

Asam fosforus juga dapat dibuat dengan cara mereaksikan fosfor triklorida dengan asam oksalat anhidrat.

Persamaan reaksinya:

PCl₃ + 3(COOH)₂ → H₃PO₃ + 3CO + 3CO₂ + 3HCl

 

Dalam reaksi di atas, semua produk, kecuali H₃PO₃, akan keluar sebagai gas meninggalkan asam cair.

 

Pelarutan fosfor sesquioxide dalam air juga membentuk asam fosforus. Saat dikocok dengan air es, asam fosforus akanmenjadi  satu-satunya produk yang terbentuk.

P₄O₆ + 6H₂O → 4H₃PO₃

 

4. Reaksi Asam Fosforus

a. Pemanasan

Pemanasan terhadap asam fosforus pada suhu 200 °C akan mengubahnya menjadi fosfin (phosphine) dan asam fosforik (phosphoric acid).

Persamaan reaksinya:

4H₃PO₃ → 3H₃PO₄ + PH₃

 

b. Reaksi dengan basa

Asam fosforus merupakan asam dibasa yang cukup kuat. Asam fosforus bereaksi dengan natrium hidroksida menghasilkan natrium dihidrogen fosfit dan dinatrium hidrogen fosfit. Perlu diperhatikan bahwa dalam reaksi ini tidak menghasilkan natrium fosfat (Na₃PO₄).

H₃PO₃ + NaOH → NaH₂PO₃ + H₂O

H₃PO₃ + 2NaOH → Na₂HPO₃ + 2H₂O

 

c. Reaksi dengan Merkuri(II) Klorida

Asam fosfor termasuk zat pereduksi kuat. Saat direaksikan dengan larutan dingin merkuri(II) klorida, maka akan terbentuk endapan putih merkuri(I) klorida.

Persamaan reaksinya:

H₃PO₃ + 2HgCl₂ + H₂O → Hg₂Cl₂ + H₃PO₄ + 2HCl

 

Merkuri(I) klorida akan direduksi lebih lanjut oleh asam fosforus menjadi logam merkuri ketika dilakukan pemanasan.

Persamaan reaksinya:

H₃PO₃ + Hg₂Cl₂ + H₂O → 2Hg + H₃PO₄ + 2HCl

 

d. Reaksi dengan Perak Nitrat

Asam fosforus bereaksi dengan perak nitrat dalam larutan encer menghasilkan endapan putih Ag₃PO₃, yang akan cepat tereduksi menjadi logam perak.

Persamaan reaksinya:

H₃PO₃ + 2Ag₃PO₃ + H₂O → 6Ag + H₃PO₄ + 2HPO₃

 

SUMBER RUJUKAN

Pradyot Patnaik, Ph.D. 2001. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.