در سیستم شیمی فسفر، اسید فسفر (H3PO3)، اسید فسفریک (H3PO4)، اسید هیپوفسفر (H3PO2) و سایر اسیدهای فسفریک متعلق به خانواده اکسواسید فسفر هستند، اما آنها از نظر رفتار مولکولی قرمز، ساختار اسیدی، خاصیت اکسی بازیک، خواص شیمیایی و شیمیایی با یکدیگر تفاوت دارند. روشن کردن این تفاوت ها برای انتخاب دقیق سناریوهای قابل اجرا و بهینه سازی طراحی فرآیند بسیار مهم است.
از دیدگاه ساختار مولکولی، اتم فسفر مرکزی اسید فسفر در حالت اکسیداسیون +3 است. این مولکول حاوی یک اتم هیدروژن است که مستقیماً به فسفر (پیوند P-H)، دو گروه هیدروکسیل (-OH) و یک پیوند دوگانه P{2}O متصل شده است که یک پیکربندی چهار وجهی هیبرید شده sp3 را نشان میدهد. اسید فسفریک (H3PO4) دارای فسفر در حالت اکسیداسیون +5 است و مولکول حاوی سه گروه هیدروکسیل و یک پیوند دوگانه P=O است، اما هیچ پیوند P-H ندارد و آن را به عنوان اسید تری کربوکسیلیک طبقه بندی می کند. اسید هیپوفسفر (H3PO2) همچنین دارای فسفر در حالت اکسیداسیون +1 است، اما حاوی تنها یک گروه هیدروکسیل و دو پیوند P-H است که آن را به عنوان یک اسید مونو کربوکسیلیک طبقه بندی می کند. این تفاوت ساختاری مستقیماً منجر به واگرایی در اسیدیته و واکنش پذیری می شود: اسید فسفر، با تنها دو هیدروژن هیدروکسیل قادر به یونیزاسیون، یک اسید دوتایی نسبتاً قوی است. اسید فسفریک، با سه پروتون، یک اسید قوی تر و یک اسید تری بازیک است. هیپوفسفیت با تنها یک هیدروکسیل هیدروژن ضعیف ترین اسید است.
این تفاوت در اسیدیته و بازی بیشتر بر کاربرد آنها تأثیر می گذارد. اسیدیته ضعیف اسید فسفر و ماهیت دوتایی آن باعث انعطاف پذیری بیشتر آن در عملیات سطح فلز یا واکنش های سنتز می شود که نیاز به غلظت پروتون کنترل شده دارند. اسید فسفریک، به دلیل اسیدیته قوی و ماهیت چند جزئی، اغلب در کودها، مواد اسیدی مواد غذایی و سایر کاربردهایی که به محیطهای اسیدی قوی نیاز دارند استفاده میشود. هیپوفسفیت با اسیدیته بسیار ضعیف اما خاصیت احیا کنندگی قوی، بیشتر در آبکاری الکترولس، سنتز واسطه دارویی و سایر کاربردهایی که نیاز به قدرت احیا کنندگی بالایی دارند استفاده می شود.
خواص ردوکس مهمترین تفاوت عملکردی در بین این سه است. اسید فسفر به دلیل وجود پیوندهای P{1}H، دارای فسفر در حالت اکسیداسیون پایینتر (+3) است که هم خواص کاهشی و هم توانایی هماهنگی را از خود نشان میدهد. می تواند یون های فلزی با ظرفیت بالا را کاهش دهد یا به عنوان پیش ماده ای برای سنتز استرهای فسفیت عمل کند. اسید فسفریک، با فسفر در بالاترین حالت اکسیداسیون پایدار (+5)، عمدتاً دارای خاصیت اسیدی و هماهنگی است و تقریباً هیچ خاصیت کاهشی ندارد. اسید هیپوفسفریک به دلیل داشتن دو پیوند P{8}H دارای خواص احیایی قویتری نسبت به اسید فسفر است، یونهای فلزی را سریعتر به ظرفیت صفر کاهش میدهد و رسوب فلز را بدون جریان اعمال شده در آبکاری الکترولس امکانپذیر میسازد.
پایداری حرارتی و رفتار تبدیل آنها نیز متفاوت است. اسید فسفر پس از حرارت دهی به حدود 180 درجه به اسید فسفریک تبدیل می شود. اسید فسفریک در دماهای بالا نسبتاً پایدار است و برای تجزیه به اسید متافسفریک و غیره به شرایط قویتری نیاز دارد. اسید هیپوفسفریک پس از گرم شدن به راحتی به مونوکسید فسفر و آب تجزیه می شود و خواص کاهشی و ناپایداری بارزتری از خود نشان می دهد.
به طور خلاصه، اسید فسفر، با ویژگیهای اسید دی کربوکسیلیک، خواص احیایی متوسط، و واکنشپذیری منحصربهفرد ناشی از پیوندهای P{0}H، خود را از اسیدیته قوی و پایداری حالت اکسیداسیون بالای اسید فسفریک، و خواص احیایی قوی و ویژگیهای اسید مونو کربوکسیلیک اسید هیپو فسفریک متمایز میکند. این تفاوتها نقش مربوط به آنها را در زمینههایی مانند آبکاری، سنتز مواد و تصفیه آب تعیین میکنند: اسید فسفر برای سناریوهایی که نیاز به تعادل بین اسیدیته و نیازهای کاهشی دارند، مناسب است، اسید فسفریک بر کاربردهای اسید قوی و هماهنگی غالب است، در حالی که اسید هیپوفسفر روی فرآیندهایی با نیاز به کاهش بالا تمرکز میکند. درک این تمایزات میتواند پایهای علمی برای انتخاب و بهینهسازی فرآیند مواد شیمیایی مبتنی بر فسفر- فراهم کند.
