아인산

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1. 개요

아인산(H₃PO₃)은 구조식 HPO(OH)₂로 나타낼 수 있으며, IUPAC 명명법에 따라 포스폰산으로 불린다. 삼염화 인의 가수분해 또는 삼산화 인의 가수분해를 통해 산업적으로 제조되며, 이양성자산으로 산-염기 특성을 보이며 환원제 역할도 한다. 200°C에서 가열하면 인산과 포스핀으로 불균형화 반응을 일으키며, PVC 안정제, 유기 인 계열 살충제, 수처리제 생산에 사용된다. 또한 철 재료의 부식을 방지하는 데 활용되며, 유기 유도체는 포스폰산으로 명명된다.

아인산

화학 정보

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아인산 와이어프레임 모델

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아인산 공-막대 모델

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IUPAC 이름	포스폰산
다른 이름	다이하이드록시포스핀 옥사이드 다이하이드록시(옥소)-λ⁵-포스판 다이하이드록시-λ⁵-포스파논 오르토아인산 옥소-λ⁵-포스판다이올 옥소-λ⁵-포스폰산 메타포스포로산
계통 이름	아인산

식별 정보

CAS 등록번호	13598-36-2
ChEBI	44976
ChEMBL	1235291
ChemSpider ID	10449259
EINECS	237-066-7
Gmelin	1619
KEGG	C06701
PubChem	107909
RTECS	SZ6400000
UN 번호	2834
UNII	35V6A8JW8E
InChI	1/H3O3P/c1-4(2)3/h4H,(H2,1,2,3)
InChIKey	ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYAF
표준 InChI	1S/H3O3P/c1-4(2)3/h4H,(H2,1,2,3)
표준 InChIKey	ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N
SMILES	OP(=O)O
SMILES (수정)	OP(O)O

성질

화학식	H₃PO₃
몰 질량	81.99 g/mol
외형	흰색 고체, 조해성
밀도	1.651 g/cm³ (21 °C)
용해도	310 g/100 mL
기타 용해도	에탄올에 용해됨
pKa	1.3, 6.7
녹는점	73.6 °C
끓는점	200 °C (분해)
자기 감수율	−42.5·10⁻⁶ cm³/mol

구조

분자 모양	유사 사면체

위험성

외부 SDS	Sigma-Aldrich
주요 위험성	피부 자극제
NFPA 704	건강: 3 반응성: 1 화재: 0
GHS 그림 문자
GHS 신호어	위험
H-문구	H302 H314
P-문구	P260 P264 P270 P280 P301+312 P301+330+331 P303+361+353 P304+340 P305+351+338 P310 P321 P330 P363 P405 P501

관련 화합물

관련 화합물	H₃PO₄ (i.e., PO(OH)₃) H₃PO₂ (i.e., H₂PO(OH))

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1. 개요
2. 명명법 및 호변이성질화
3. 제법
4. 반응
5. 용도
6. 유기 유도체

2. 명명법 및 호변이성질화

국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)에서는 HPO(OH)₂를 포스폰산, P(OH)₃를 아인산이라고 명명한다. 환원된 인 화합물만 이름이 "–ous"로 끝난다.

고체 상태의 포스폰산(HPO(OH)₂)은 사면체 구조를 가지며, P-H 결합은 132 pm, P=O 결합은 148 pm, P-O(H) 결합은 154 pm이다. 포스폰산은 극소량의 아인산(P(OH)₃)과 호변이성질화 평형을 이루지만, 평형은 포스폰산 쪽에 매우 유리하다. (K = 10^10.3, 25°C, 수용액)

--

3. 제법

산업적으로 아인산은 삼염화 인을 물 또는 수증기로 가수분해하여 제조한다.

: PCl₃ + 3 H₂O → HPO(OH)₂ + 3 HCl

삼산화 인의 가수분해를 통해서도 HPO(OH)₂를 생성할 수 있다.

: P₄O₆ + 6 H₂O → 4 HPO(OH)₂

실험실에서는 아인산 칼륨(K₂HPO₃)을 과량의 염산과 반응시킨 후, 알코올을 이용한 농축 및 침전을 통해 순수한 아인산을 분리할 수 있다.

4. 반응

아인산(phosphorous acid^영어)은 다양한 화학 반응에 참여한다. 산-염기 특성으로, 아인산은 이양성자산이며, pK_a는 1.3이다. 짝염기인 HP(O)₂(OH)⁻는 인산수소 이온, 두 번째 짝염기인 아인산염 이온()은 각각 포스폰산 수소 및 포스폰산염으로 불린다.

200°C에서 가열하면 인산과 포스핀으로 불균형화 반응을 일으키며, 이는 실험실에서 포스핀 제조에 사용된다. 아인산은 공기 중에서 서서히 인산으로 산화된다. 또한 환원제로 작용하여 귀금속 이온을 금속으로 환원시킨다. 차가운 염화 수은(II) 용액과 반응하여 염화 수은(I)의 흰색 침전물을 형성하고, 추가로 수은으로 환원될 수 있다. 아인산의 산성 수용액에서 표준 산화환원 전위는 -0.276V이다.

아인산은 드물게 리간드로 작용하여 P(OH)₃ 호변이성질체로 배위되는 경우가 보고된다. 예로는 Mo(CO)₅(P(OH)₃) 및 [Ru(NH₃)₄(H₂O)(P(OH)₃)]²⁺ 등이 있다. 사염화백금산 칼륨과 혼합물을 가열하면 발광성 염인 칼륨 이백금(II) 테트라키스피로아인산염이 생성된다.

4.1. 산-염기 특성

아인산(phosphorous acid^영어)의 pK_a는 1.3이다. 아인산은 이양성자산이고, 인산수소 이온(HP(O)₂(OH)⁻)은 약산이다.
: pK_a = 6.7
짝염기인 HP(O)₂(OH)⁻는 인산수소 이온이라고 하고, 두 번째 짝염기인 아인산염 이온()은 국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)의 권장 사항에 따라 각각 포스폰산 수소(hydrogen phosphonate) 및 포스폰산염(phosphonate)으로 불린다. 인 원자에 직접 결합된 수소 원자는 쉽게 이온화되지 않는다. 화학 시험에서는 종종 와 달리 수용액 상태에서 3개의 수소 원자가 모두 산성이 아니라는 사실에 대한 학생들의 이해를 평가한다.

4.2. 산화환원 특성

아인산은 200°C에서 가열하면 인산과 포스핀으로 불균형화 반응을 일으킨다. 이 반응은 실험실에서 포스핀을 제조하는 데 사용된다.

아인산은 공기 중에서 서서히 인산으로 산화된다.

아인산 및 그것의 탈양성자화된 형태는 환원제로 작용하여, 귀금속 이온을 금속으로 환원시킨다. 아인산은 차가운 염화 수은(II) 용액과 반응하여 염화 수은(I)의 흰색 침전물을 형성한다.
:H₃PO₃ + 2 HgCl₂ + H₂O → Hg₂Cl₂ + H₃PO₄ + 2 HCl
염화 수은(I)을 가열하거나 방치하면 아인산에 의해 추가로 수은으로 환원된다.
:H₃PO₃ + Hg₂Cl₂ + H₂O → 2 Hg + H₃PO₄ + 2 HCl

아인산의 산성 수용액에서의 표준 산화환원 전위는 -0.276V이다.

4.3. 리간드로 역할

아인산은 d⁶ 배위구조를 가진 금속과 반응하여 P(OH)₃ 호변이성질체로 배위되는 경우가 드물게 보고된다. 예로는 Mo(CO)₅(P(OH)₃) 및 [Ru(NH₃)₄(H₂O)(P(OH)₃)]²⁺ 등이 있다.

사염화백금산 칼륨과 아인산의 혼합물을 가열하면 발광성 염인 칼륨 이백금(II) 테트라키스피로아인산염이 생성된다.

5. 용도

아인산의 가장 중요한 용도는 폴리염화 비닐(PVC) 및 관련 염소화 중합체의 안정제인 염기성 아인산 납을 생성하는 것이다.

아인산은 염기성 납 포스페이트 PVC 안정제, 아미노메틸렌 포스폰산 및 하이드록시에테인 다이포스폰산의 생산에 사용된다. 또한 강력한 환원제로 작용하며, 합성 섬유, 유기 인 계열 살충제 및 고효율 수처리제인 아미노트라이메틸렌포스폰산(ATMP) 생산에도 사용된다.

철 재료는 산화("녹")를 촉진시킨 다음 인산을 사용하여 산화물을 금속인산염으로 전환하고 표면 코팅으로 추가로 보호할 수 있다.

6. 유기 유도체

IUPAC 명명법에서 인에 유기 작용기가 결합된 유도체는 포스폰산으로 명명된다. 예를 들어 (CH₃)PO(OH)₂는 메틸포스폰산이며, 메틸포스포네이트 에스터를 형성할 수 있다.