Орто-, мета- и дифосфорные кислоты. Ортофосфаты

Оксид фосфора (V) Р₂О₅, взаимодействуя с водой, образует метафосфорную кислоту НРО₃; последняя при кипячении образует

Таблица 23. Фосфорные кислоты

ортофосфорную кислоту Н₃РО₄; при нагревании Н₃РO₄ образуется дифосфорная (или пирофосфорная) кислота Н₄Р₂О₇ (см. табл. 23).

Метафосфорная кислота неустойчива и в чистом виде не вы­делена, так же как не выделены из растворов ее соли. Может существовать в виде полимеров (НРО₃)_n. Причем возможны мак­ромолекулы, начиная со степени полимеризации л = 3. Метафос­форная кислота очень сильная, все ионы водорода в ней диссоци­ированы. Однако им не свойственны ни окислительные, ни восстановительные качества. Водой макромолекулы метафосфорной кислоты расщепляются до Н₃РО₄.

Таким образом, метафосфорные кислоты неустойчивы и пред­ставляют собой лишь промежуточную ступень реакции гидрата­ции оксида фосфора (V) Р₂О₅.

Ортофосфорная кислота Н₃РO₄ — наиболее устойчивая из всех кислот пятивалентного фосфора. Представляет собой твердое бесцветное кристаллическое легкоплавкое вещество. Ее кристал­лы на воздухе превращаются в сиропообразную массу. Не ядови­та. С водой смешивается в любых соотношениях. При нормальной температуре инертна, не восстанавливается углем и даже водоро­дом. Не проявляет ни окислительных, ни восстановительных свойств. Но при нагревании взаимодействует с металлами и их оксидами, действует на кварц и даже золото.

Как кислота она обладает средней силой. Проявляет свои кис­лотные свойства при взаимодействии с щелочами:

NaOH+H₃PO₄=NaH₂PO₄+H₂O

В промышленности ортофосфорную кислоту получают двумя способами: экстракционным и термическим. По первому способу измельченный фосфат кальция обрабатывают серной кислотой:

Са₃(РO₄)₂+3H₂SO₄=2Н₃РО₄+3CaSO₄¯

CaSO₄ выпадает в виде осадка, а кислота остается в растворе. При этом в раствор кислоты переходят многие примеси — сульфаты железа, алюминия. Такая кислота идет на производство удобрений.

По второму способу сначала получают фосфор (восстановле­нием природных фосфатов). Затем он окисляется до Р₄О₁₀, а пос­ледний взаимодействует с водой. Получается чистая кислота (концентрация до 80%).

В молекуле ортофосфорной кислоты атомы водорода соедине­ны с атомами кислорода:

В водном растворе ортофосфорная кислота подвергается сту­пенчато диссоциации:

I ступень: Н₃РO₄«Н⁺+Н₂РO^-₄

II ступень: Н₂РO-₄«Н⁺+НРО^2-₄

III ступень: НРO^2-₄«Н⁺+РO^3-₄

Обычно преобладает I ступень диссоциации. Будучи трехосновной, она образует соли — ортофосфаты трех видов:

1) фосфаты — замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте (К₃РO₄, (NH₄)₃PO₄);

2) гидрофосфаты — замещены два атома водорода кислоты (К₂НРO₄, (NH₄)₂HPO₄);

3) дигидрофосфаты — замещен один атом водорода кислоты (КН₂РO₄, NH₄H₂PO₄).

Все фосфаты щелочных металлов и аммония растворимы в воде. Из кальциевых солей фосфорной кислоты растворяется в воде лишь Са(Н₂РО₄)₂ — дигидрофосфат. Гидрофосфат кальция СаНРО₄ и фосфат кальция Са₃(РO₄)₂ растворимы в органических кислотах.

Соли ортофосфорной кислоты представляют собой ценные минеральные удобрения.

Суперфосфат — смесь CaSO₄ и Са(Н₂РО₄)₂•Н₂О. Для получе­ния суперфосфата природный фосфорит обрабатывают серной кислотой:

Са₃(РO₄)₂+2H₂SO₄=2CaSO₄+Сa(Н₂РO₄)₂

Двойной суперфосфат Са(Н₂РО₄)₂ получают действием фос­форной кислоты на природный фосфат кальция:

Са₃(РO₄)₂+4Н₃РO₄=3Са(Н₂РO₄)₂

Преципитат СаНРО₄•2Н₂О нерастворим в воде, но растворя­ется в кислых почвах. Чистый преципитат употребляют в качест­ве фосфорноизвестковой добавки к корму скота. Получают из гидроксида кальция:

Са(ОН)₂+Н₃РO₄=СаНРO₄•2Н₂O

Аммофос — смесь NH₄H₂PO₄ и (NH₄)₂HPO₄ — ценное удобре­ние, содержащее азот и фосфор. Получают взаимодействием ам­миака с фосфорной кислотой.

Дигидрофосфат натрия NaH₂PO₄ применяют в медицине.

Дифосфорная кислота Н₄Р₂О₇ представляет собой мягкую стекловидную массу (t_пл=61°С), легкорастворимую в воде. Кис­лота четырехосновная и является более сильной, чем ортофосфорная.