Acide du phosphore

Les acides du phosphore sont des composés de formule brute H_xP_yO_zM_q où M représente un hétéroatome pouvant être métallique, soufré ou halogéné. Quatre familles de composés caractérisent les acides du phosphore :

• la plus répandue et diversifiée est la famille des oxoacides du phosphore qui contiennent les fonctions hydroxyle (O-H), oxydes de phosphore (P=O) et phosphures d'hydrogène (P-H). Leur formule est du type H_xP_yO_z. Un membre caractéristique de cette famille est l'acide phosphorique de formule H₃PO₄. Cette catégorie d'acides présente une chimie diversifiée et de nombreux domaines d'application (biologie, industrie, agriculture, etc.) ;
• celle des peroxoacides du phosphore (peroxophosphates protonnés) qui contiennent la fonction peroxyde. Ainsi ces composés exotiques se caractérisent par une forte réactivité ;
• celle des fluoroacides de phosphore de formule H_xP_yO_zF_q[1] (fluorophosphates protonnés). Ces composés ont la particularité d'être isostères d'acides communénent connus et utilisés ;
• celle des thioacides du phosphore de formule H_xP_yS_z. Toutefois l'existence de cette famille est transitoire, liée à une faible stabilité des acides en milieu aqueux[1].

Oxoacides

Propriétés et caractéristiques

Les oxoacides résultent de l'action de l'eau (hydrolyse) sur des oxydes de phosphore ou (anhydrides de phosphore) selon la réaction globale suivante :

P_xO_y + nH₂O → mH_aP_bO_c

Un aspect intéressant est que les oxoacides du phosphore conservent certaines propriétés de leur anhydride correspondant, notamment le nombre d'oxydation du phosphore, la stabilité ou l'état physique dans les conditions standards thermodynamiques. Par exemple l'acide orthophosphorique (appelé acide phosphorique par abus de langage) est extrêmement stable et sa réduction en phosphore n'est possible que dans des conditions très agressives (avoisinant 1 000 °C[1]) avec des réducteurs très énergétiques (comme le carbone[1]) ; il en est de même pour son anhydride correspondant qui est l'hémipentoxyde de tétraphosphore P₄O₁₀ :

P₄O₁₀ + 10C → 4P + 10CO_(g)

2H₃PO₄ + 5C → 3H₂O + 2P + 5CO_(g)

Tableau récapitulatif

[2]Oxoacides du phosphore H_xP_yO_z

Catégorie de l'acide	Nombre d'oxydation du phosphore	Nom de l'acide	Formule brute	Structure	Anhydride correspondant
Hypophosphoreux	+ I	Acide hypophosphoreux	H3PO2		Oxyde de diphosphore P2O (hypothétique)
Phosphoreux	+ III	Acide métaphosphoreux	HPO2		Hexoxyde de tétraphosphore P4O6
		Acide pyrophosphoreux	H4P2O5
		Acide orthophosphoreux	H3PO3
Hypophosphorique	+ IV	Acide hypophosphorique	H4P2O6		Tétraoxyde de diphosphore P2O4
Phosphorique	+ V	Acide métaphosphorique	HPO3		Hémipentoxyde de tétraphosphore P4O10
		Acide pyrophosphorique	H4P2O7
		Acide orthophosphorique	H3PO4

Les fluoroacides du phosphore H_xP_yO_zF_n

Définition

Un fluoroacide de phosphore est un oxoacide de phosphore où un ou plusieurs groupements hydroxyles sont substitués par un ou plusieurs atomes de fluor.
Théoriquement une ribambelle de fluoroacides du phosphore existent, mais expérimentalement seuls les fluoroacides phosphoriques (dérivés issus de l'acide ortho-phosphorique H₃PO₄) ont été caractérisés et isolés.

Préparation

La synthèse d'acides fluorophosphoriques comporte trois étapes :

1) La première étape consiste à totalement oxyder du phosphore blanc pour générer l'anhydride correspondant à l'acide ortho-phosphorique P₄O₁₀ :

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀

2) La seconde étape consiste à mettre en contact P₄O₁₀ avec de l'acide fluorhydrique HF pour produire le trioxyfluorure de phosphore et l'acide ortho-phosphorique H₃PO₄) :

P4O10 + 6HF → 2POF3 + 2H3PO4

3) Pour finir, après avoir isolé le trioxyfluorure, celui-ci est hydrolysé et génère un mélange d'acide monofluorophosphorique H₂PO₃F et difluorophosphorique HPO₂F₂ dans de l'acide fluorhydrique HF :

(a) POF₃ + 2H₂O → H₂PO₃F + 2HF

(b) POF₃ + H₂O → HPO₂F₂ + HF

Propriétés

Les acides fluorophosphorique ont la particularité d'être isostères (molécules caractérisées par le même nombre d'atomes et d'électrons de valence) d'acides communément utilisés et connus.
Typiquement l'acide monofluorophosphorique H₂PO₃F est isostère de l'acide sulfurique H₂SO₄ puisque ces deux composés comportent respectivement 7 atomes et 22 électrons de valence.
De manière équivalente, l'acide difluorophosphorique HPO₂F₂ est isostère de l'acide perchlorique (HO)ClO₃ puisque ces deux composés comportent respectivement 6 atomes et 22 électrons de valence.

Utilisation

Les acides fluorophosphorique trouvent quelque applications quand ils sont sous forme de sels de fluorophosphates.
Par exemple, le monofluorophosphate de disodium Na₂PO₃F est un composé alcalin contenu dans les dentifrices; le rôle de ce dernier est d'assurer une protection contre les bactéries qui causent les caries.

Références

1. A. Michel et J. Bénard, Chimie minérale - Généralités et étude particulière des éléments, Masson, 1964, 730 p., chap. D : « Le Phosphore, Combinaisons du phosphore avec l'oxygène ».
2. R.B. Heslop et P.L. Robinson, Chimie Inorganique, Flammarion Médecine Sciences, 1973, 822 p., page 472