Fosforik asit

2 görüntülenme

Fosforik asit, aynı zamanda ortofosforik asit olarak da bilinir, kimyasal formülü H₃PO₄ olan zayıf, triprotik inorganik bir asittir.^[1] Saf katı hali için molekül ağırlığı 97.995 g/mol (kütlece yaklaşık %31.6 fosfora karşılık gelir), erime noktası 42.35 °C, kaynama noktası 407 °C (bu sıcaklıkta bozunur) ve yoğunluğu 1.834 g/cm³ olan berrak, renksiz, kokusuz kristal bir katı veya viskoz sulu bir çözelti olarak bulunur.^[1] Suda yüksek oranda çözünerek azeotropik karışımlar oluşturur ve etanolde de çözünür; pKa değerleri 2.14, 7.20 ve 12.67 olmak üzere üç adımda ayrışır, bu da onu orta derecede güçlü bir birinci asit yaparken sonraki iyonlaşmalarda daha zayıf kılar.^[1]

Bileşik, küresel üretimin %90’ından fazlasını oluşturan ve gübre üretimine uygun saf olmayan fosforik asit elde etmek için fosfat kayasının (başlıca florapatit, Ca₅(PO₄)₃F) sülfürik asit ile reaksiyona girmesini içeren ıslak proses aracılığıyla endüstriyel olarak devasa bir ölçekte üretilir.^[2] Üretimin %10’undan azını oluşturan daha yüksek saflıktaki termal proses, elementel fosforu fosfor pentoksite (P₄O₁₀) yakar ve ardından bunu su ile hidratlayarak gıda ve teknik sınıf asit üretir.^[2] Küresel üretim kapasitesi, P₂O₅ eşdeğeri olarak ölçüldüğünde, 2024 yılında yaklaşık 65 milyon metrik tona ulaşmıştır; Çin, Fas, Amerika Birleşik Devletleri ve Rusya başlıca üreticiler arasında yer almaktadır; bol miktarda fosfat kayası rezervi kullanarak sağladığı maliyet etkinliği nedeniyle ıslak proses hakim konumdadır.^[3]

Fosforik asidin üretiminin yaklaşık %80-90’ını tüketen birincil uygulaması, tarıma gerekli fosforu sağlayan ve küresel gıda üretimini destekleyen monoamonyum fosfat (MAP) ve diamonyum fosfat (DAP) gibi fosfatlı gübrelerin imalatıdır.^[2] Gübrelerin ötesinde, kolalar gibi alkolsüz içeceklerde asitliği düzenlemek için bir gıda katkı maddesi (E338) olarak işlev görür, burada mayhoşluk verir, koruyucu olarak görev yapar ve işlenmiş gıdalarda pH kontrolü sağlar.^[4] Endüstriyel olarak, pas giderme ve fosfatlama (korozyonu önlemek için) amacıyla metal yüzey işlemlerinde, deterjanlarda yapılandırıcı olarak, su yumuşatmada, şeker rafinasyonunda ve hatta dental çimentolarda ve dağlama çözeltilerinde kullanılır.

Biyolojik olarak fosforik asit, yaşam için vazgeçilmez olan fosfat iyonunun (PO₄³⁻) öncüsü olarak hizmet eder: DNA ve RNA’nın omurgasını oluşturur, hücresel metabolizmada ATP’ye enerji verir ve hidroksiapatit olarak kemik mineralinin yaklaşık %85’ini oluşturur.^[5] İnsanlarda, fosforik asit veya diyet kaynaklı fosfor, asit-baz dengesini korur, sinyalizasyon için protein fosforilasyonunu destekler ve membran yapısına yardımcı olur; eksikliği zayıflamış kemiklere yol açabilirken, katkı maddelerinden alınan aşırı miktar kalsiyum emilimini etkileyebilir.^[6] Bununla birlikte, konsantre fosforik asit oldukça aşındırıcıdır, temas veya soluma üzerine cilde, gözlere ve solunum dokularına ciddi yanıklar verir ve bazlar ve belirli metallerle şiddetli reaksiyona girerek kullanımda katı güvenlik protokolleri gerektirir.^[1]

Tarihçe ve isimlendirme

Tarihsel gelişim

Elementel fosforun 1669 yılında felsefe taşını ararken fermente idrarın damıtılması yoluyla elde eden Alman simyacı Hennig Brand tarafından keşfedilmesi, fosfor bileşiklerine yönelik bilimsel ilginin başlangıcı oldu.^[7] Bu çığır açan buluş, Brand’ın prosesinin Avrupa çapındaki kimyacıların ilgisini çeken mumsu, parlayan bir madde üretmesiyle, fosfordan türetilen asitlere yönelik daha sonraki araştırmaların temelini attı.^[8]

Fosforik asit ilk olarak 1770 yılında İsveçli kimyagerler Johan Gottlieb Gahn ve Carl Wilhelm Scheele tarafından izole edildi; kemik külünden ekstrakte ederek, hayvansal kalıntılardaki temel bir bileşen olarak tanımladılar.^[9] Çalışmaları, kemiklerin bir fosfat tuzu içerdiğini ve bunu asitlerle muamele ederek o dönemde bilinen diğer mineral asitlerden ayıran yeni asidi ürettiklerini gösterdi.^[10] Bu izolasyon, fosforun biyolojik sistemlerdeki rolünü doğruladı ve kimyasal özelliklerine yönelik daha fazla araştırmayı teşvik etti.

19. yüzyılda, fosforik asidin gelişimi, özellikle John Bennet Lawes’ın 1842 yılında fosfat kayasını sülfürik asit ile muamele ederek süperfosfat gübresi üretmeye yönelik patenti aracılığıyla tarımsal uygulamalarla ivme kazandı.^[11] Lawes’ın İngiltere’deki Rothamsted arazisinde gerçekleştirdiği bu yenilik, fosforik asidi ticari bir ürüne dönüştürerek ekinlere daha verimli fosfor iletimini sağladı ve küresel gübre kullanımını artırdı.

20. yüzyıl, fosforik asit üretiminde, artan küresel gıda taleplerini karşılamak için İkinci Dünya Savaşı sonrası tarımsal genişlemenin etkisiyle dramatik bir büyüme gördü ve yıllık üretim 1950’lere gelindiğinde birkaç milyon tona ulaştı.^[12] Önemli dönüm noktaları arasında, öncelikle endüstriyel ve gıda sınıfı uygulamalar için elementel fosfor oksidasyonu yoluyla yüksek saflıkta asit üreten termal prosesin 1900’lerin başında tanıtılması yer alıyordu.^[13] 2025 yılına gelindiğinde, gübre üretimindeki hakimiyetini yansıtacak şekilde küresel üretim tahminleri yılda yaklaşık 97 milyon metrik ton civarında seyrediyordu.^[14]

İsimlendirme kuralları

Fosforik asit, moleküler formülü H₃PO₄ olan inorganik bileşik için birincil yaygın isimdir.^[1] Ayrıca, onu pirofosforik asit (H₄P₂O₇) gibi polifosforik asitlerden ayırt etmek için kullanılan bir adlandırma olan ortofosforik asit olarak da bilinir.^[15] Bu “orto-” ön eki, asidin yoğunlaşmış varyantlara tezat olarak yapısal kimliğini vurgulayan tamamen hidratlanmış monomerik formunu gösterir.^[16]

IUPAC terminolojisine göre, bileşik sistematik olarak fosforun +5 oksidasyon durumunu yansıtacak şekilde fosforik asit veya alternatif olarak bu valansı açıkça belirtmek için fosforik(V) asit olarak adlandırılır.^[17] H₃PO₄ formülü, üç hidroksil grubu ve bir okso grubu ile dört oksijen atomuna bağlı bir fosfor atomunu temsil eder.^[18]

Alternatif isimler arasında, tek fosfor ünitesini vurgulayan monofosforik asit ve orto- formunun bir kısaltması olarak o-fosforik asit yer alır.^[19] Tarihsel olarak, kalsiyum fosfat açısından zengin bir kaynak olan kemik külünden erken dönem izolasyonu nedeniyle “kemik asidi” olarak adlandırılıyordu.^[20]

Fosforik asit, fosforun +3 oksidasyon durumunda bulunduğu ve yapı ile reaktivite bakımından farklılık gösterdiği, üç hidroksil grubu ve bir P=O bağı yerine iki hidroksil grubu ve bir P-H bağı içeren fosforöz asitten (H₃PO₃) ayırt edilmelidir. Benzer şekilde, polimerizasyon katalizörleri gibi farklı uygulamalarda kullanılan, iki ortofosforik asit molekülünün dehidrasyonu ile oluşan bir dimer olan pirofosforik asit (H₄P₂O₇) gibi poli formlardan da zıtlık gösterir.^[21]

Düzenleyici bağlamlarda fosforik asit, içecekler ve reçeller gibi ürünlerde asitlendirici ve kenetleyici (sekestran) olarak kullanım için onaylanmış gıda katkı maddesi E338 olarak adlandırılır.^[22] Eşsiz Chemical Abstracts Service (CAS) kayıt numarası 7664-38-2’dir ve kimyasal veri tabanları ve endüstriler genelinde standartlaştırılmış bir tanımlayıcı görevi görür.^[1]

Fiziksel özellikler

Görünüm ve faz davranışı

Fosforik asit saf susuz (anhidrit) formunda, higroskopik ve havaya maruz kaldığında eriyen, nemi kolayca emerek hidratlar oluşturan renksiz, kokusuz kristal bir katı olarak bulunur.^[1] Bu katı 42.35 °C’de eriyerek viskoz bir sıvıya dönüşür ve bu sıcaklıkta yoğunluğu 1.834 g/cm³’tür.^[1]

En yaygın ticari form, fosforik asit molekülleri ile su arasındaki kapsamlı hidrojen bağlanmasına atfedilen şurup benzeri bir dokuya sahip, berrak, renksiz, viskoz bir sıvı olarak görünen %85’lik sulu bir çözeltidir.^[1] Bu çözelti yaklaşık 21 °C’de donar ve kokusuz kalarak yaklaşık 158 °C’de kaynar veya ayrışmaya başlar. Standart koşullar altında hiçbir yanıcılık göstermez.

Fosforik asit-su sisteminde faz diyagramı, -85 °C’de donan %62.5 konsantrasyonda ötektik bir karışımı ortaya koyarak, daha düşük konsantrasyonlar için önemli bir donma noktası alçalması sağlar.^[23] Sulu çözeltiler, sistemin karmaşık hidrasyon dengeleri nedeniyle, özellikle ötektik bölgede, nominal erime noktalarının altında aşırı soğutulmuş sıvılar oluşturabilir.^[23] Termal olarak, fosforik asit yaklaşık 200 °C’ye kadar stabilite gösterir, ancak bu sıcaklığın üzerinde fosfor oksitlere ve su buharına ayrışır.^[24]

Yoğunluk ve çözünürlük

Susuz katı formundaki fosforik asit 1.834 g/cm³ yoğunluğa sahiptir.^[1] Yaygın olarak kullanılan %85’lik sulu çözelti 25°C’de 1.685 g/cm³ yoğunluk sergiler ve suyun aside göre daha düşük yoğunluğunu yansıtacak şekilde, su içeriği arttıkça daha fazla seyreltme ile bu yoğunluk azalır.^[1]^[25]

%85’lik sulu çözeltinin viskozitesi 40°C’de yaklaşık 23 mPa·s’dir.^[26] Viskozite, çözeltideki daha güçlü moleküller arası hidrojen bağları ve iyonik etkileşimler nedeniyle asit konsantrasyonunun artmasıyla yükselir.^[27]

Fosforik asit oda sıcaklığında su ile her oranda tamamen karışabilir.^[1] Etanol ve aseton gibi polar organik çözücülerde de çözünür, ancak oldukça polar yapısı nedeniyle benzen gibi polar olmayan çözücülerde yalnızca hafif bir çözünürlük gösterir.^[1]^[28]

Fosforik asit çözeltilerinin yoğunluğu, termal genleşme moleküler paketlenmeyi azalttığından, genellikle konsantre çözeltiler için °C başına yaklaşık 0.0007–0.0008 g/cm³ oranında, artan sıcaklıkla birlikte düşer.^[29] Sulu sistemlerde su ile karışabilirliği standart çalışma aralıkları içindeki sıcaklık değişimlerinden etkilenmeden kalır ve tam çözünürlüğünü korur.^[1]

Higroskopik bir madde olarak fosforik asit atmosferik nemi kolayca emer; bu da seyreltmeye ve açık depolama sırasında konsantrasyonda olası değişikliklere yol açabilir.^[1]^[30]

Kimyasal özellikler

Asidik davranış

Fosforik asit (H₃PO₄), birbirini izleyen ayrışma adımları yoluyla sulu çözeltide üç proton verebilen triprotik bir asittir. İlk ayrışma şu şekilde gerçekleşir:

H₃PO₄ ⇌ H⁺ + H₂PO₄⁻

bir asit ayrışma sabiti ile K_{a1} = 7.1 × 10⁻³ (25°C’de pK_{a1} = 2.15). İkinci adım şunları içerir:

H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻

burada K_{a2} = 8.1 × 10⁻⁸ (pK_{a2} = 7.09). Üçüncü ayrışma ise:

HPO₄²⁻ ⇌ H⁺ + PO₄³⁻

ve K_{a3} = 4.8 × 10⁻¹³ (pK_{a3} = 12.32) şeklindedir. Bu pKa değerleri, ilk protonun orta derecede asidik olmasına karşın ikinci ve üçüncü protonların önemli ölçüde daha zayıf olmasıyla fosforik asidin genel olarak zayıf bir asit gibi davrandığını gösterir; bu da bazik koşullar altında bile tam ayrışmanın sınırlı kalmasına neden olur.^[1]

Asit kuvveti profili, konjuge bazların artan stabilitesinden kaynaklanır; dihidrojen fosfat iyonu (H₂PO₄⁻), fosfat grubu üzerindeki negatif yükün daha fazla proton kaybını itmesi nedeniyle H₃PO₄’ten daha zayıf bir asittir ve bu etki HPO₄²⁻ için daha da yoğunlaşır. Uygulamada, fosforik asit çözeltileri nadiren tipik sulu koşullar altında PO₄³⁻’e tamamen deprotonasyon (protonsuzlaşma) sağlar çünkü yüksek pKa₃ son derece alkali ortamlar gerektirir.^[31]

Fosforik asit, bazlarla kısmi veya tam nötralizasyon yoluyla tuzlar oluşturarak, birincil fosfatlar (örn., NaH₂PO₄, monosodyum fosfat), ikincil fosfatlar (örn., Na₂HPO₄, disodyum fosfat) ve üçüncül fosfatlar (örn., Na₃PO₄, trisodyum fosfat) verir. Bu tuzlar amfoteriktir ve özellikle karışımların pH değişikliklerine direndiği tampon sistemlerinde asit-baz kimyasında önemli roller oynar. Örneğin, birincil ve ikincil sodyum fosfatlar nötr pH civarında etkili tamponlar oluşturmak üzere birleşirler.^[1]

H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ konjuge çifti, pH 7.1 civarında, hücre içi sıvılar ve idrar gibi biyolojik sistemlerdeki fizyolojik koşullara yakın bir tampon olarak özellikle kullanışlıdır; burada protonları emerek veya serbest bırakarak homeostazı korumaya yardımcı olur. Bu tamponun etkinliği, pKa₂’sinin tipik hücresel pH aralıklarıyla (6.8-7.4) hizalanmasından kaynaklanır ve önemli pH kaymaları olmadan verimli proton mekiğine izin verir.^[32]

Ayrışmalar için denge ifadeleri şunlardır:

$$ K_{a1} = \frac{[\text{H}^+][\text{H}_2\text{PO}_4^-]}{[\text{H}_3\text{PO}_4]}, \quad K_{a2} = \frac{[\text{H}^+][\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]}, \quad K_{a3} = \frac{[\text{H}^+][\text{PO}_4^{3-}]}{[\text{HPO}_4^{2-}]} $$

Sulu çözeltilerde, fosfat türlerinin ayrışması bu dengelere göre pH ile değişir. pH 2.15’in altında, H₃PO₄ baskındır (toplam fosfatın >%90’ı); pH 2.15 ve 7.09 arasında H₂PO₄⁻ ana türdür (orta nokta aralığında %99’a kadar); pH 7.09’dan 12.32’ye kadar HPO₄²⁻ baskındır; ve pH 12.32’nin üzerinde PO₄³⁻ önemli hale gelir, ancak zayıf K_{a3} nedeniyle güçlü bazlar olmadan nadiren %50’yi aşar. Bu pH’a bağlı dağılım, fosforik asidin tamponlar ve reaksiyonlar gibi kontrollü ortamlardaki uygulamalarını etkiler.^[33]

Yoğuşma ve diğer reaksiyonlar

Fosforik asit, özellikle dehidrasyon (su kaybetme) koşulları altında kendi kendine yoğuşmaya yönelik güçlü bir eğilim sergiler. %95’ten fazlasına konsantre edildiğinde veya 200°C’nin üzerine ısıtıldığında, iki fosforik asit molekülü reaksiyona göre pirofosforik asit oluşturmak üzere dehidrasyona uğrar:

2 H₃PO₄ → H₄P₂O₇ + H₂O

Daha fazla ısıtma veya bu koşullara uzun süre maruz kalma, ek yoğuşmayı teşvik ederek, fosfoanhidrit bağlarıyla birbirine bağlanan fosfat ünitelerinin zincirleri veya halkaları olan trifosforik asit (H₅P₃O₁₀) ve daha yüksek polifosfatlar üretir.^[34]^[13]

Alüminyum veya demir gibi aktif metallerle olan reaksiyonlarda fosforik asit, metal fosfatları oluşturmak ve yanıcı hidrojen gazı açığa çıkarmak üzere hidrojeni yerinden eden aşındırıcı bir ajan olarak işlev görür. Alüminyum ile reaksiyon için temsili bir örnek şöyledir:

2 Al + 2 H₃PO₄ → 2 AlPO₄ + 3 H₂

Bu süreç, asidin yapısal metalleri içeren endüstriyel ortamlarda korozyona neden olma potansiyelini vurgular.^[35]

Bazlarla olan nötralizasyon reaksiyonları, dahil olan proton transferi nedeniyle ekzotermik (ısı veren) bir şekilde fosfat tuzları ve su üretir. Örneğin, sodyum hidroksit ile tam nötralizasyon trisodyum fosfat verir:

H₃PO₄ + 3 NaOH → Na₃PO₄ + 3 H₂O

Hafif bir oksitleyici ajan olarak fosforik asit, hidritleri içeren mekanokimyasal süreçler gibi güçlü indirgeyici koşullar altında fosfitlere indirgenebilir. Nitrometan ile uyumsuzdur ve temas halinde patlayıcı karışımlar oluşturur.^[36]^[37]

Fosforik asit aynı zamanda organik sentezde bir dehidrasyon ajanı ve katalizör olarak işlev görür; karboksilik asitler ve alkollerden suyun uzaklaştırılmasını teşvik ederek esterler oluşturmak gibi esterifikasyon reaksiyonlarını kolaylaştırır.^[38]

Üretim

Islak proses

Islak proses, bol miktardaki fosfat kayası kaynaklarını kullanmadaki ekonomik verimliliği nedeniyle küresel üretimin yaklaşık %90’ını oluşturan fosforik asit üretimi için birincil endüstriyel yöntemdir.^[4] Bu yöntem, hammadde kaynaklı safsızlıklar (kirlilikler) ortaya çıkarmasına rağmen büyük ölçekli gübre üretimi için tercih edilen, kalsiyum sülfat yan ürünlerinin yanı sıra fosforik asit elde etmek üzere fosfat kayasının sülfürik asit ile asidülasyonunu içerir.^[2]

Temel hammadde, aşağıdaki basitleştirilmiş denklemde konsantre sülfürik asit (H₂SO₄) ile reaksiyona giren ve öncelikle florapatitten (Ca₅(PO₄)₃F) oluşan fosfat kayasıdır:

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

Bu reaksiyon, fosforik asit, ana yan ürün olarak dihidrat jips (alçıtaşı – CaSO₄·2H₂O) ve hidrojen florür (HF) üretir.^[2] Reaksiyon verimliliğini optimize etmek için, fosfat kayası sülfürik asit ile kütlece 1:1 ila 1:1.5 kaya-asit oranında karıştırılmadan önce tipik olarak kırılır ve kurutulur.^[2]

Proses, ekzotermik reaksiyonun ısı ürettiği ve kaya matrisinin parçalanmasını kolaylaştırmak için 70-80°C sıcaklıkların korunduğu sürekli reaktörlerde çürütme (sindirim) ile başlar.^[2] Fosforik asit, çözülmemiş katılar ve çökelmiş jips içeren ortaya çıkan bulamaç, daha sonraki yıkama adımlarıyla asidin %99’undan fazlasının geri kazanımını sağlayarak fosfojips katılarını ayırmak için — genellikle eğilebilir tavalı veya bantlı filtreler kullanılarak — filtrasyondan geçer.^[2] Başlangıçta %23-33 P₂O₅ eşdeğeri olan süzüntü, daha sonra ticari kullanım için vakumlu buharlaştırma yoluyla %40-54 P₂O₅’e konsantre edilir; bu süreç, fazla suyu uzaklaştırmak için enerji yoğun bir buharlaştırma gerektirir.^[2]

Islak proses, gübre dışı uygulamalar için aşağı akışta saflaştırma gerektiren ve florür bileşikleri (HF ve silikon tetraflorürden), demir (birkaç yüz ppm’ye kadar) ve eser miktarda uranyum (tipik olarak 50-150 ppm) dahil olmak üzere fosfat kayasından türetilen önemli safsızlıkları içeren fosforik asit üretir.^[39] Safsızlık seviyeleri cevher kalitesine göre değişmekle birlikte genel verim, kayadaki P₂O₅ içeriğine bağlı olarak %95-98’e yaklaşır.^[2]

Bu yöntem, ucuz hammaddeler ve basit ekipmanlarla sağlanan, enerji fiyatlarına ve tesis verimliliğine bağlı olarak P₂O₅ eşdeğeri metrik ton başına yaklaşık 800-1000 ABD Doları gibi düşük bir maliyetle çalışır; bununla birlikte filtrasyon ve buharlaştırma adımları enerji yoğun olup önemli miktarda buhar ve elektrik tüketir.^[40] Başlıca üretim tesisleri, en iyi fosfat kayası üreticilerinde yoğunlaşmıştır: Fas (2023’te 36 milyon metrik ton fosfat kayası, küresel P₂O₅ üretim kapasitesinin yaklaşık %18’ini oluşturmaktadır), Amerika Birleşik Devletleri (özellikle Florida) ve Çin. 2024 yılı itibarıyla küresel kapasite yaklaşık 65 milyon metrik ton P₂O₅ olup, 2028 yılına kadar 70.6 milyona ulaşması öngörülmektedir.^[41]^[42]^[43]

Yan ürünler, üretilen her ton P₂O₅ başına yaklaşık 4.5-5.5 ton fosfojips içerir; bu yan ürün suyu alınır ve çevresel salınımı önlemek için büyük atık havuzlarında istiflenerek yönetilir.^[44] Çürütme sırasında oluşan HF emisyonları, florürleri su florizasyonunda yeniden kullanım amacıyla hidroflorosilisik asit olarak yakalamak için ıslak sistemler kullanılarak yıkanır.^[2]

Termal proses

Fosforik asit üretimine yönelik termal proses, fosfat kayasının elementel fosfora elektrotermal indirgenmesiyle başlayan enerji yoğun bir sekansı içerir. Fosfat kayası, bir indirgeyici olarak kok kömürü ve bir akışkanlaştırıcı olarak silika ile karıştırılır, ardından karbon monoksit ve kalsiyum silikat cürufu ile birlikte elementel P₄ buharı vermek üzere yaklaşık 1500°C’de elektrikli bir fırında ısıtılır.^[45] Genel reaksiyon şu şekilde temsil edilir:

2 Ca₃(PO₄)₂ + 6 SiO₂ + 10 C → P₄ + 10 CO + 6 CaSiO₃

Bu adım, yüksek sıcaklıklı elektrik ark ocağı çalışması nedeniyle önemli miktarda elektrik enerjisi gerektirir.^[45]

Daha sonra elementel fosfor havada veya oksijende yakılarak fosfor pentoksit oluşturulur:

P₄ + 5 O₂ → P₄O₁₀

Bu ekzotermik reaksiyon 1650–2760°C’de gerçekleşir ve P₄O₁₀ buharı üretir.^[2] Son olarak, P₄O₁₀ bir kulede veya absorplayıcıda su ile hidratlanır:

P₄O₁₀ + 6 H₂O → 4 H₃PO₄

böylece doğrudan yaklaşık %85 H₃PO₄ konsantrasyonunda fosforik asit elde edilir.^[46] Venturi yıkayıcılar veya elektrostatik çökelticiler gibi buğu giderici ekipmanlar, egzoz gazlarından ince asit buğusunu uzaklaştırır.^[2]

Bu yöntem, fosfat kayasının yapısında bulunan ağır metal kirleticilerinden arındırılmış, %99’un üzerinde saflığa sahip fosforik asit üreterek onu elektronik, gıda ve farmasötik kaliteleri için uygun hale getirir.^[47] Sülfürik asit çürütmesinden safsızlıklar getiren ıslak prosesin aksine, termal yol saflaştırılmış elementel fosfor ara ürünü sayesinde bu tür kirlenmeleri önler.^[46] Bu yöntem, öncelikli olarak yüksek saflıktaki uygulamalar için küresel üretimin yaklaşık %5-10’unu oluşturur.^[2]

1900’lerin başında elementel fosforun ticari üretiminin ölçeklenmesiyle geliştirilen süreç, verimliliği ve saflığı artırmak için tek adımlı konfigürasyonlardan iki adımlı konfigürasyonlara doğru evrilmiştir.^[48] Bununla birlikte, elektrik talepleri nedeniyle ıslak prosesten kabaca 3-5 kat daha yüksek toplam maliyetlere sahip olan fosfor üretimi için elektrik fırınlarına dayandığından, oldukça enerji yoğundur.^[49]

Süreçten kaynaklanan emisyonlar, kok indirgeme adımından kaynaklanan karbon dioksit ve karbon monoksitin yanı sıra, %99’un üzerinde yakalama verimliliği elde etmek için yıkayıcılar ve çökelticiler aracılığıyla kontrol edilen fosfor pentoksit buharlarını içerir.^[45]^[2] Ortaya çıkan asit minimum safsızlığa sahiptir ve hassas uygulamalarda kullanımını destekler.^[47]

Saflaştırma ve sınıflar

Saflaştırma yöntemleri

Islak proses fosforik asidinin saflaştırılması, fosfat kayasının sülfürik asit ile çürütülmesi sırasında ortaya çıkan ağır metaller, organikler ve florür gibi safsızlıkları uzaklaştırmak ve daha yüksek değerli uygulamalarda kullanılmasını sağlamak için gereklidir.^[50]

Çözücü ekstraksiyonu, aminler içeren gazyağı veya siklohegzanol gibi alkoller ile tribütil fosfatın birleştirildiği organik çözücülerin, demir (Fe) ve alüminyum (Al) gibi safsızlıkları geride bırakırken fosforik asidi seçici olarak çözdüğü yaygın olarak benimsenen bir tekniktir.^[50]^[51] Bu süreç tipik olarak, metalik safsızlıkların etkin bir şekilde sıyrılmasıyla fosforik asit için %90’ı aşan geri kazanım oranlarına ulaşan çok aşamalı zıt akım ekstraksiyonunu içerir.^[50]

Çöktürme ve kristalizasyon yöntemleri, magnezyum oksit (MgO) veya sodyum hidroksit (NaOH) gibi maddeler ekleyerek kadmiyum, bakır ve arsenik gibi safsızlıkları hedefleyen çözünmeyen metal hidroksitleri veya diğer çökeltileri oluşturarak asidi daha da saflaştırır.^[52] Çökelmenin ardından çözelti, genellikle -5°C’nin altına soğutularak saf fosforik asidin kristalleşmesini sağlar, böylece magnezyum (Mg), demir (Fe) ve florür (F) seviyeleri azalmış olarak kalan ana likörden ayrılabilir.^[53]^[54]

Deflorinasyon (flor giderme), kireç veya silika ilavesiyle florürü kalsiyum florür (CaF₂) olarak çökelterek veya ısıtma veya sıyırma süreçleri sırasında ortaya çıkan hidrojen florürün (HF) yıkanması yoluyla florür içeriğini hedefler.^[55]^[56]

Gıda sınıfı uygulamalar için organikleri ve ağır metalleri seçici olarak uzaklaştırmak amacıyla işlevselleştirilmiş veya katman katman birleştirilmiş membranların kullanıldığı ve geleneksel yöntemlere kıyasla daha gelişmiş bir seçicilik (permselektivite) elde edilen 2022 çalışmalarıyla kanıtlanan nanofiltrasyon membranları, son gelişmelere örnek teşkil etmektedir.^[53]^[57] 2025 yılına gelindiğinde, eşzamanlı metal safsızlığı giderme için rekabetçi katyon-melamin kompleksleşmesi ve sülfat ekstraksiyonu için stronsiyum tuzunun kullanılması gibi ek yenilikler rapor edilmiş olup, bu durum ıslak proses asidinde saflaştırma verimliliğini artırmıştır.^[58]^[59] İyon değiştirme süreçleri ayrıca, ilk saflaştırma sonrasında kalan iyonları hedef alarak elektronik düzeyde saflığa ulaşmak için de rafine edilmiştir.^[60]

Bu yöntemler kolektif olarak ıslak proses asidinin metaller ve organikler için milyonda 10 parçadan (ppm) daha az safsızlık seviyelerine kadar saflaştırılmasını sağlarken, ısıtma, çıkarma ve ayırma adımları nedeniyle enerji tüketimi toplam üretim maliyetlerinin yaklaşık %10-20’sini oluşturmaktadır.^[61]^[62]

Ticari sınıflar

Fosforik asidin ticari sınıfları esas olarak konsantrasyonlarına, safsızlık düzeylerine ve özel uygulamalara uygunluklarına göre sınıflandırılır; büyük çoğunluğu daha düşük saflıktaki kullanımlar için ıslak prosesten üretilirken, daha yüksek saflık ihtiyaçları için termal veya saflaştırılmış ıslak prosesler kullanılır. Bu sınıflar, tarımdaki rolü nedeniyle üretime hakim olan gübre sınıfı asitten, elektronik ile gıda/farmasötik sektörleri için ultra yüksek saflıktaki varyantlara kadar uzanmaktadır. Spesifikasyonlar, gıda uygulamaları için Food Chemical Codex (FCC) veya elektronik için SEMI standartları gibi endüstri standartları tarafından yönetilerek performansta ve güvenlikte tutarlılık sağlar.^[1]^[63]

Çoğu zaman ticari kalite asit (MGA) olarak adlandırılan gübre sınıfı fosforik asit, en yaygın ve uygun maliyetli çeşittir; tipik olarak %52-54 oranında P₂O₅ (yaklaşık %72-75 H₃PO₄ eşdeğeri) içerir ve ıslak üretim sürecinden gelen sülfatlar ile florürler dahil olmak üzere genellikle %1’in altında safsızlığa sahiptir. Bu kalite doğrudan toprağa uygulama veya diamonyum fosfat (DAP) gibi fosfat tuzlarına dönüştürme için tasarlanmıştır ve ultra düşük kirleticiler yerine fosfor içeriğine öncelik verir. Organik ve metal safsızlıkları nedeniyle viskoz, genellikle yeşilimsi veya sarımsı bir sıvı olarak görünür. Depolama, kap malzemeleriyle reaksiyonları önlemek için korozyona dayanıklı polietilen tanklarda yapılır.^[1]^[64]^[65]

Gıda ve farmasötik sınıf fosforik asit, FCC ve USP standartlarını karşılamak, yenmeye veya tıbbi kullanıma uygun olmasını sağlamak için %85 H₃PO₄’ü aşan konsantrasyonlar ve ağır metaller üzerinde katı sınırlar (toplamda tipik olarak ≤5 ppm, kurşun ≤1 ppm) ile daha yüksek saflık gerektirir. Bu berrak, renksiz sıvı, çözücü ekstraksiyonu gibi ek saflaştırma adımlarıyla elde edilir; arsenik, demir ve diğer eser elementleri çoğu metal için 10 ppm’nin altındaki seviyelere indirger. Berraklığı korumak ve bozulmayı önlemek için yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) veya paslanmaz çelik kaplarda, serin, havalandırılmış koşullar altında saklanır. Bu kalitenin fiyatı metrik ton başına 1.500 ile 2.000 ABD Doları arasında değişmekte olup bu durum saflaştırma maliyetlerini yansıtmaktadır.^[66]^[67]^[68]

Teknik sınıf fosforik asit, deterjanlar ve su arıtma gibi endüstriyel uygulamalara hizmet eder; %75-85 H₃PO₄ saflık seviyelerine ve yaygın metaller için %0.1’e varan izin verilen safsızlıklara sahiptir, genellikle hafif sarımsı tonlu bir çözelti olarak görünür. Elektronik veya yarı iletken kullanımları için, dağlama (aşındırma) veya katkılama işlemlerinde kirlenmeyi önlemek üzere SEMI Grade 1 spesifikasyonlarına uyan, tipik olarak %85 konsantrasyonda, toplam metalik safsızlıkları 1 ppm’nin altında (örn. sodyum <1 ppm) ve genel saflığı %99.999’u aşan daha yüksek saflıkta bir varyant (elektronik sınıf) gerekir. Bu sınıflar HDPE tanklarda veya özel astarlı kaplarda taşınır; teknik sınıfın fiyatı metrik ton başına yaklaşık 800-1.200 ABD Dolarıyken, elektronik sınıf zorlu saflaştırma işlemleri nedeniyle metrik ton başına 1.300-1.500 ABD Doları civarındadır.^[69]^[70]^[71]^[72]

Sınıf	Tipik Konsantrasyon	Önemli Safsızlık Sınırları	Görünüm	Birincil Uygulamalar	Yaklaşık Fiyat (USD/ton)
Gübre (MGA)	%52-54 P₂O₅ (%72-75 H₃PO₄)	Toplam <%1 (örn. sülfatlar, florürler)	Yeşilimsi/sarımsı viskoz sıvı	Gübreler, fosfat tuzları	$900-1,200
Gıda/Pharma	>%85 H₃PO₄	Ağır metaller ≤5 ppm, Pb ≤1 ppm (FCC/USP)	Berrak, renksiz	İçecekler, ilaçlar	$1,500-2,000
Teknik	%75-85 H₃PO₄	Metaller %0.1’e kadar	Hafif sarımsı tonlu	Deterjanlar, su arıtma	$800-1,200
Elektronik	%85 H₃PO₄ (>%99.999 saf)	Metaller <1 ppm (örn. Na <1 ppm, SEMI Grade 1)	Berrak, renksiz	Yarı iletkenler, dağlama (aşındırma)	$1,300-1,500

Piyasa dağılımı açısından, gübre sınıfı asit tarımsal talebin yönlendirmesiyle küresel üretimin yaklaşık %80’ini oluştururken, gıda/farmasötik ve endüstriyel/teknik sınıflar kalan payı oluşturmaktadır; elektronik sınıf ise niş ama büyüyen bir segmenti temsil etmektedir.^[14] Genel piyasa fiyatlandırması ham madde maliyetleri ve tedarik zincirleri ile dalgalanmaktadır, ancak dereceler saflığa dayalı olarak fiyat avantajına sahiptir ve küresel ortalamalar 2025 yılı itibarıyla standart teknik asit için ton başına yaklaşık 900-1.200 ABD Doları civarındadır.^[73]^[74]^[75] Korozyonu önlemek için polietilen gibi uyumlu malzemelerde dikkatli bir şekilde taşınması ve çapraz bulaşmayı önlemek için saflıklarına göre ayrıştırılması gerekir.

Kullanım alanları

Gübre üretimi

Fosforik asit, küresel tüketiminin yaklaşık %90’ını oluşturan fosfatlı gübrelerin üretimi için birincil öncü bileşen olarak hizmet vermektedir. Üretim sürecinde, tipik olarak %52-54 oranında P₂O₅ içeren ıslak proses fosforik asit, amonyak veya fosfat kayası ile reaksiyona girerek bitki beslenmesi için gerekli olan çözünür fosfor bileşiklerini verir. Bu gübreler, bitkilerin kökleri yoluyla emebileceği hazır ortofosfat iyonları sağlayarak, topraklardaki fosfor eksikliklerini giderir ve enerji aktarımı ve kök gelişimi gibi önemli fizyolojik süreçleri destekler.^[46]^[76]

Fosforik asitten türetilen başlıca amonyum fosfat gübreleri monoamonyum fosfat (MAP) ve diamonyum fosfattır (DAP). MAP, fosforik asidin susuz amonyakla kontrollü ekzotermik bir süreçte (H₃PO₄ + NH₃ → NH₄H₂PO₄) reaksiyona sokulmasıyla üretilir; bu da yaklaşık %11-12 azot ve %52 P₂O₅ içeren, anında ekin alımı için suda oldukça çözünür bir ürünle sonuçlanır. MAP’ın daha fazla amonyaklanması, (NH₄H₂PO₄ + NH₃ → (NH₄)₂HPO₄) %18’lik daha yüksek bir azot içeriği ve %46 P₂O₅ ile DAP üretir ve bu da onu fosfor açısından fakir topraklara doğrudan uygulama için uygun hale getirir. Bu ürünler, entegre gübre tesislerinde üre gibi diğer besin maddeleri ile harmanlanması ve granülasyondaki verimlilikleri nedeniyle pazara hakim durumdadır.^[77]^[78]

Süperfosfat gübreler, özellikle üçlü süperfosfat (TSP) ve çift süperfosfat (DSP) da jips (CaSO₄) yerine fosfat kayası ile reaksiyona giren fosforik asit kullanılarak üretilmektedir. Reaksiyon, monokalsiyum fosfat üretmek için öğütülmüş fosfat kayasının (başlıca florapatit, basitleştirme amacıyla Ca₃(PO₄)₂ olarak yaklaşılan Ca₅(PO₄)₃F) fosforik asit ile muamele edilmesini (Ca₃(PO₄)₂ + 4 H₃PO₄ → 3 Ca(H₂PO₄)₂) içerir. Sülfürik asit işlemlerinden kaynaklanan tekli süperfosfatın %16-20’lik daha düşük oranına kıyasla, %44-46 P₂O₅ içeren TSP veya (karışık asitler kullanılarak) yaklaşık %40-50 P₂O₅ içeren DSP varyantları verir. Bu granüler ürünler, SSP’nin sülfat içeriği olmadan fosfor mevcudiyetini artırarak dengeli beslenme için çinko veya bor gibi mikro besinleri içeren formülasyonlara olanak tanır.^[79]^[80]

Küresel olarak, fosforik asit bazlı gübreler tarımda kullanılan fosforun %80’inden fazlasını tedarik ederek, iyileştirilmiş kök büyümesi, tohum oluşumu ve genel biyokütle birikimi yoluyla yetersiz topraklarda mahsul verimini %20-30 oranında önemli ölçüde artırmaktadır. Örneğin, buğday ve mısır üzerindeki saha çalışmaları, hedeflenen fosfor uygulamasıyla sırasıyla %21-38 ve %10-16’lık verim artışları göstermiştir. Artan gıda ihtiyaçları ve NPK karışımları gibi bileşik gübreler oluşturmak için üre gibi nitrojen kaynaklarıyla entegre üretimin yönlendirdiği gübre üretimindeki fosforik asit talebi 2024’te yaklaşık 80 milyon tona (asit eşdeğeri) ulaştı; küresel kapasitenin 2025’te 65.1 milyon metrik ton P₂O₅ eşdeğerine genişlemesi beklenmektedir. Ticari sınıf fosforik asit, saflığı ve maliyet etkinliği nedeniyle bu işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.^[81]^[82]^[83]

Gıda ve farmasötik uygulamaları

Fosforik asit, Avrupa Birliği’nde E338 gıda katkı maddesi olarak tanımlanmıştır ve temel olarak çeşitli yiyecek ve içecek ürünlerinde asitlendirici olarak kullanılır; keskin bir lezzet verir ve mikrobiyal büyümeyi engellemek için pH’ı düşürerek korumaya yardımcı olur.^[84] Kolalar gibi karbonatlı alkolsüz içeceklerde, fosforik asit 100 mL’de 50-70 mg konsantrasyonlarda eklenir ve 2.3-2.6’lık karakteristik düşük pH’ı elde etmek için ana asitlendirici olarak hizmet eder. Bu, pH’ı yalnızca çok az değiştiren çözünmüş CO₂’den oluşan karbonik asitten asitliğe çok daha fazla katkıda bulunur; gazı giderilmiş kola, asiditesinin çoğunu yalnızca fosforik asitten alır. Ayrıca formülasyonları stabilize etmek için bir sekestran (kenetleyici) görevi görür.^[85] Reçel, jöle ve peynir gibi işlenmiş gıdalarda ürün stabilitesini sağlamak ve raf ömrünü uzatmak için pH’ı düzenlemek amacıyla da kullanılır.^[86]

Amerika Birleşik Devletleri’nde fosforik asit, iyi üretim uygulamalarına uygun olarak kullanıldığında 21 CFR 182.1073 uyarınca Genel Olarak Güvenli Kabul Edilen (GRAS) statüsüne sahiptir ve genel güvenlik yönergelerinin ötesinde spesifik kantitatif sınırlar olmaksızın asitlik ayarı için doğrudan gıda katkı maddesi olarak kullanılmasına izin verilir.^[87] Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi de benzer şekilde E338’i (EC) No 1333/2008 sayılı Yönetmelik uyarınca asitlik düzenleyici olarak yetkilendirir ve (AB) 231/2012 sayılı Komisyon Yönetmeliğindeki spesifikasyonları karşılamak için gerekli olan gıda sınıfı saflıkla, içeceklerde ve diğer kategorilerde kuantum satis kullanımına izin verir.^[84] Fosforik asitten türetilenler dahil olmak üzere fosfatların ortalama günlük alımının, başlıca işlenmiş gıdalar ve içecekler yoluyla diyet kaynaklarından 1 ila 2 gram olduğu tahmin edilmektedir.^[88]

Farmasötik uygulamalarda fosforik asit, çözünme için karbondioksit oluşturmak üzere karbonatlarla reaksiyona girdiği efervesan tabletlerde tamponlama maddesi olarak işlev görür ve optimum pH’ı koruyarak vitamin takviyeleri gibi formülasyonları stabilize eder.^[89] Diş ürünlerinde, kompozitler gibi restoratif malzemelerin yapışmasını artırmak üzere mine ve dentin dağlaması (aşındırması) için %35-40’lık bir jel olarak kilit bir bileşendir.^[90] Ek olarak, fosforik asit tortuları hafifçe demineralize ederek plak giderimine yardımcı olmak üzere oral durulamalarda düşük konsantrasyonlarda yer alır ve hipofosfatemiyi düzeltmek için toplam parenteral beslenmeye yönelik intravenöz elektrolit çözeltilerinde bir fosfat kaynağı olarak görev yapar.^[91]^[92] Tüm farmasötik sınıf kullanımlar saflık ve güvenlik açısından Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi (USP) standartlarına uyar.^[93]

Gıda güvenliği ve sağlık etkileri

Fosforik asit, çeşitli ürünlerde asitliği düzenleyici, lezzet arttırıcı ve sekestran olarak kullanılmak üzere gıda katkı maddesi (AB’de E 338) olarak onaylanmıştır; en belirgin şekilde mayhoşluk sağladığı ve pH’ı düşürerek içeceği korumaya yardımcı olduğu kola tipi alkolsüz içeceklerde kullanılır.

ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), fosforik asidi iyi üretim uygulamalarına (21 CFR 182.1073) uygun olarak kullanıldığında genel olarak güvenli kabul edilen (GRAS) madde olarak sınıflandırır.

2019 yılında, Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi (EFSA) fosforik asit ve fosfatları yeniden değerlendirerek, onaylanmış seviyelerde genotoksisite veya karsinojenisite açısından hiçbir endişe yaratmadan genel popülasyon için koruyucu olduğu sonucuna varmış; fosfor olarak ifade edilen günlük 40 mg/kg vücut ağırlığı seviyesinde kabul edilebilir günlük grup alım (ADI) değeri türetmiştir.

Fosfor, yetişkinler için günlük 700 mg önerilen diyet ödeneği (RDA) ve sağlıklı bireylerin çoğu için günlük 4.000 mg tolere edilebilir üst alım seviyesi ile temel bir besindir. İçeceklerde tipik bir kutu kola, ölçülü tüketildiğinde günlük fosfor alımına mütevazı bir şekilde katkıda bulunan, fosforik asitten gelen yaklaşık 50-60 mg fosfor içerir.

Düzenlenmiş seviyelerde güvenli olmakla birlikte, aşırı fosfor alımı – özellikle fosforik asit içeren alkolsüz içeceklerin sık tüketilmesi – kalsiyum-fosfor dengesini bozabilir. Yüksek fosfor, idrarda kalsiyum atılımını artırabilir ve kalsiyum emilimini azaltarak kemik mineral yoğunluğunun düşmesine, osteoporoz veya kırık riskinin artmasına (özellikle kalsiyum/D vitamini alımı düşük olanlarda) ve hassas bireylerde taş veya alevlenmiş kronik böbrek hastalığı gibi böbreklerle ilgili sorunlara potansiyel olarak katkıda bulunabilir. Bu riskler öncelikli olarak orta düzeyde kullanımdan ziyade yüksek alım (örn., günde birden fazla porsiyon) ve genel olarak zayıf beslenme ile ilişkilidir. Konsantre fosforik asit aşındırıcı ve tehlikeli olmaya devam etmektedir, ancak gıda sınıfı seyreltileri bu tür akut riskler oluşturmaz.

Endüstriyel ve diğer kullanımlar

Fosforik asit, bileşimin tipik olarak %10-20’sini oluşturduğu deterjan formülasyonlarında, suyu yumuşatmak ve temizlik verimliliğini artırmak üzere kalsiyum ve magnezyum iyonları ile çözünmeyen fosfatlar oluşturarak önemli bir yapılandırıcı olarak işlev görür.^[94] Bu uygulama, su sistemlerinde ötrofikasyona katkıda bulunan fosfat akışına ilişkin endişeler nedeniyle Avrupa Birliği ve Kuzey Amerika’nın bazı bölgelerinde aşamalı olarak azaltılmıştır.^[95]

Su arıtımında, fosforik asit pH ayarı ve korozyon önleyici olarak kullanılır; özellikle 0.1-1 ppm konsantrasyonların alkaliniteyi korumaya ve kireç oluşumunu önlemeye yardımcı olduğu kazan sistemlerinde yer alır. Ayrıca demir ve bakır gibi metalleri tutarak soğutma ve proses suyu sistemlerinde tortu birikmesini azaltır ve ekipman ömrünü uzatır.^[96]

Metal işlemlerinde, fosforik asit %10-30 konsantrasyonlarda pas temizleme çözeltilerinde yaygın olarak kullanılır; demir oksidi (Fe₂O₃) daha fazla korozyonu engelleyen stabil demir fosfata (FePO₄) kimyasal olarak dönüştürür.^[97] Elektronik imalatında, yarı iletken ve devre kartı üretiminde hassas yüzey hazırlığını sağlayarak alüminyum ve diğer metaller için bir aşındırıcı (dağlayıcı) olarak işlev görür.^[98]

Bunların ötesinde fosforik asit, esterleşme ve polikondenzasyon reaksiyonlarını kolaylaştırarak, süreç verimliliğini ve polimer kalitesini artırarak polietilen tereftalat (PET) üretiminde bir katalizör olarak görev yapar.^[99] Ayrıca tekstillerde ve polimerlerde yangına dayanıklılığı artırmak için fosforik asit türevlerinin yanma sırasında kömür oluşumunu teşvik ettiği alev geciktirici formülasyonlara dahil edilir.^[100] Toplu olarak, bu endüstriyel uygulamalar küresel fosforik asit tüketiminin yaklaşık %5’ini oluşturmaktadır.^[101]

Gelişmekte olan kullanımlar arasında, yüksek saflıkta fosforik asidin katot malzemeleri için bir öncü olarak hizmet ettiği, daha güvenli ve daha sürdürülebilir enerji depolama çözümlerini destekleyen lityum demir fosfat (LFP) batarya elektrolitlerindeki rolü yer almaktadır.^[102] Yeşil kimyadaki ilerlemeler ve elektrikli araç bataryalarına yönelik artan talebin yönlendirdiği bu tür uygulamaların pazarı 2025’e kadar önemli ölçüde büyümüştür.^[103]

Güvenlik ve çevresel yönler

Sağlık tehlikeleri

Fosforik asit, doğrudan maruz kalındığında önemli akut sağlık riskleri oluşturan aşındırıcı bir maddedir. %10’dan daha yüksek konsantrasyonlarla temas cilde ve gözlere ciddi yanıklara neden olarak ağrı, kızarıklık, kabarma ve potansiyel kalıcı yara izlerine yol açabilir.^[104] Fosforik asit buğusunun solunması üst solunum yolunu, burnu, boğazı ve akciğerleri tahriş eder, şiddetli vakalarda öksürük, nefes darlığı ve pulmoner ödem gibi semptomlar görülür; sıçanlar için LC50, 1 saat boyunca 850 mg/m³’ten fazladır ve orta düzeyde akut soluma toksisitesini gösterir.^[105]^[106] %5 konsantrasyonu aşan solüsyonların yutulması, şiddetli mide-bağırsak tahrişi, mide bulantısı, kusma ve karın ağrısıyla birlikte ağızda, boğazda ve yemek borusunda yanıklara neden olur; sıçanlarda oral LD50 yaklaşık 1.530 mg/kg’dır ve bu yol ile orta düzeyde toksisitesini vurgular.^[104]^[107]

Fosforik aside, özellikle kola gibi asidik içeceklerde tüketim yoluyla kronik maruziyet, zamanla diş minesini demineralize eden düşük pH’ı nedeniyle diş erozyonuyla ilişkilidir. Günde 1 litreden fazla gibi yüksek miktarda kola içecek alımı, daha düşük tüketim seviyelerine kıyasla diş minesi erozyonu riskinin yaklaşık iki kat artmasıyla ilişkilendirilmiştir.^[108]^[109] Ek olarak, karbonatlı alkolsüz içeceklerden, özellikle kolalardan ve koyu renkli gazozlardan fosforik asidin aşırı tüketimi, kalsiyum ve magnezyum gibi minerallerin emilimindeki potansiyel girişimlerle ilişkilendirilmiştir. Yüksek fosfor içeriği bu mineralleri bağırsakta bağlayarak, biyoyararlanımlarını azaltan ve kalsiyum-fosfor dengesini bozan çözünmez fosfat bileşikleri oluşturabilir. Bu etki, fosforik asit içeren içeceklerde, içermeyen berrak gazozlara kıyasla daha belirgindir. Kronik olarak yüksek alım, bu minerallerin vücut depolarının düşmesine katkıda bulunabilir ve bu da osteoporoz gibi kemik sağlığı sorunları risklerini artırabilir; ancak kanıtlar öncelikli olarak gözlemsel çalışmalardan elde edilmiştir (kadınlarda düşük kemik mineral yoğunluğu ile olan ilişkiler gibi) ve nedensellik kurmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Olası bağlanma etkilerini en aza indirmek için, özellikle mineral takviyeleri alırken bu tür içeceklerin ölçülü tüketilmesi önerilir.^[110] Bu tür içeceklerin yüksek tüketimi de azalan sitrat ve artan fosfat atılımı dahil olmak üzere idrar kompozisyonunda fosforik aside bağlı değişiklikler nedeniyle böbrek taşı riskinin artmasıyla ilişkilendirilmiştir.^[111] Fosforik asitten gelen diyet kaynaklı fosfat yükü, renal kalsifikasyon ve tübüler hasar yoluyla kronik böbrek hastalığının ilerlemesine daha fazla katkıda bulunabilir.^[112] Dahası, yüksek diyet alımından kaynaklanan yüksek serum fosfatı, damar kireçlenmesini teşvik eden ve kardiyovasküler olaylar ve ölüm oranları dahil olmak üzere kardiyovasküler hastalık riskini artıran hiperfosfatemi ile bağlantılıdır.^[113]

Mesleki ortamlarda OSHA, 8 saatlik işgünü boyunca zaman ağırlıklı ortalama olarak 1 mg/m³ izin verilebilir maruziyet sınırı (PEL) belirlemiştir; NIOSH tahrişi ve diğer etkileri önlemek için 1 mg/m³ TWA ve 3 mg/m³ STEL’lik bir REL önermektedir.^[105] Ciltle uzun süreli temas kuruluk, çatlama ve iltihaplanma ile karakterize edilen dermatite neden olabilirken, tekrarlayan göz teması kalıcı hasar riski taşır.^[105] İlk yardım önlemleri, etkilenen cildin veya gözlerin en az 15 dakika bol suyla hemen yıkanmasını ve ardından tıbbi müdahaleyi içerir.^[105] Gübre üretimi gibi fosforik asit kullanan endüstrilerdeki işçiler, yanıkları ve sistemik toksisiteyi kötüleştirebilen hidroflorik asit ile eş maruziyetten kaynaklı artan risklerle karşı karşıyadır.^[114]

Gelişen dişleri gazozlardaki fosforik asitten erozyona karşı özellikle duyarlı olan çocuklar ile hidroflorik asit gibi safsızlıklardan (kirliliklerden) kaynaklanan bileşik etkiler yaşayabilen kronik maruziyet altındaki mesleki işçiler hassas popülasyonlar arasında yer alır.^[109]^[114]

Çevresel etkiler

Islak proses yoluyla fosforik asit üretimi, dünya çapında yıllık tahmini 200 milyon ton olan fosfojips formunda önemli miktarda yan ürün atığı yaratır.^[115] Bu kalsiyum sülfat dihidrat malzemesi, fosfat kayasının sülfürik asit ile reaksiyonundan kaynaklanır ve üretim sahalarında büyük yığınlar veya havuzlar halinde birikir.^[116] Fosfojips, fosfat kayasındaki uranyumdan türetilen radyum-226 gibi eser miktarda radyoaktif elementlerin yanı sıra florür bileşikleri içerir ve uygun şekilde yönetilmediğinde uzun vadeli çevresel riskler oluşturur.^[117] Genellikle devasa açık havuzları andıran bu yığınlar, yapısal çöküntülere ve sızıntılara karşı hassastır ve yeraltı ile yüzey sularını radyonüklitler ve ağır metallerle potansiyel olarak kirletebilir; dikkat çekici bir olay 2021 yılında Florida’daki Piney Point tesisinde meydana gelmiş olup, bir fosfojips yığınından sızan milyonlarca galon asidik atıksu yakınlardaki ekosistemleri ve toplulukları tehdit etmiştir.^[118]

Islak proses üretiminin çürütme (sindirim) aşamasından kaynaklanan emisyonlar; salındığında atmosferik asitlenmeye ve asit yağmurlarına katkıda bulunabilen hidrojen florür (HF), kükürt dioksit (SO₂) ve silika tozu içerir.^[119] Bu gazlar, fosfat kayası safsızlıklarının sülfürik asit ile reaksiyonundan kaynaklanır; SO₂ öncelikle yukarı akış sülfürik asit tesisinden gelir.^[120] Modern tesisler, bu kirleticileri yakalamak için ıslak yıkama sistemleri kullanır ve HF ile SO₂ için %95-99 oranında uzaklaştırma verimliliğine ulaşır, ancak operasyonel koşullara ve ekipman bakımına bağlı olarak %1-5’i yine de kaçabilir.^[121]

Fosforik asit kaynaklı fosfatlı gübrelerin kullanımı, fazla fosforun tarımsal drenaj ve erozyon yoluyla su yollarına girdiği besin akışıyla birlikte sucul sistemlerdeki ötrofikasyonu daha da kötüleştirir.^[122] Bu durum, bozunduğunda çözünmüş oksijeni tüketen aşırı alg çoğalmasını tetikleyerek balıkları boğan ve biyolojik çeşitliliği bozan hipoksik “ölü bölgeler” yaratır; tarım, tatlı sulara ve kıyı bölgelerine yönelik küresel fosfor kirlilik yükünün yaklaşık %38-50’sini oluşturur.^[123]^[124]

Fosforik asidin doğrudan dökülmesi veya uygunsuz şekilde bertaraf edilmesi, toprağı ve su kütlelerini asitleştirerek pH seviyelerini düşürebilir, etkilenen alanlarda mikrobiyal aktiviteyi ve bitki büyümesini zayıflatabilir.^[24] Sucul ortamlarda böyle bir asitlenme hassas türlere zarar verir; sivrisinek balığı gibi balık türleri için 96 saat boyunca yaklaşık 138 mg/L olarak rapor edilen ortanca öldürücü konsantrasyonlar (LC50), daha yüksek konsantrasyonlarda orta düzeyde akut toksisiteye işaret eder.^[125] ABD EPA incelemeleri, Radyoaktif Yol Olmaması Yasası (No Radioactive Roads Act) ve Biyolojik Çeşitlilik Merkezi’nin Şubat 2025’te fosfojipsin yol yapımında kullanımı için EPA onaylarına karşı açtığı davalar gibi 2025 yılındaki gelişmekte olan yönetmelikler, bu tür salınımları en aza indirmek ve atık geri kazanımını artırmak amacıyla geri dönüşüm girişimlerini teşvik etmektedir.^[126]^[127]

Azaltım stratejileri, arazi doldurma işlemlerini ve ilişkili sızma risklerini azaltmak amacıyla yol tabanı malzemeleri ve jips levhaları gibi inşaat uygulamalarında fosfojipsin yeniden amaçlandırılmasını içerir.^[128] Nanofiltrasyon membran teknolojileri, kadmiyum, arsenik ve ağır metaller gibi safsızlıkları %99’a kadar geri çevirerek fosforik asit akışlarını saflaştırabilir ve böylece gübre kullanımından kaynaklanan çevresel kirlenmeyi aşağı yönde azaltabilir.^[54] Islak proses fosforik asit üretiminin toplam karbon ayak izi, enerji geri kazanımlı entegre tesisler bunu %80’e kadar azaltabilmesine rağmen, başlıca enerji yoğun sülfürik asit sentezinden ve hammadde işlenmesinden kaynaklanarak asit tonu başına ortalama 1.4 ton CO₂ eşdeğeridir.^[129]