Фосфор

3 Р + 5 НNO3 + 2 H2O = 3 H3PO4 + 5 NO­.

В промышленности Н3РО4 получают исходя из Р2О5, образующегося при сжигании фосфора (или его паров) на воздухе.

Интересен метод получения Н3РО4 путём взаимодействия паров фосфора и воды по реакции:

Р4 + 16 Н2О = 4 Н3РО4 + 10 Н2 + 1305 кДж,

в присутствии катализатора (например, мелкораздробленной меди) достаточно быстро протекающей около 700 °С. Как видно из уравнения, фосфор ведёт себя в данном случае подобно цинку или железу. Получающийся водород используется для синтеза NH3. Рассматриваемый процесс особенно пригоден для выработки аммофоса.

Фосфорная

кислота

представляет собой бесцветные, расплывающиеся на воздухе кристаллы. Продаётся она обычно в виде 85%-ного водного раствора, приблизительно отвечающего составу 2Н3РО4·Н2О и имеющего консистенцию густого сиропа. В отличие от многих других производных фосфора, фосфорная кислота неядовита. Окислительные свойства для неё вовсе не характерны.

Будучи трёхосновной кислотой средней силы, Н3РО4 способна образовывать три ряда солей, дигидрофосфаты, гидрофосфаты и фосфаты. Дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде, а из гидрофосфатов и фосфатов растворимы лишь немногие, в частности соли Na. Как правило, фосфаты бесцветны.

Безводная фосфорная кислота (т. пл. 42 °С) весьма склонна к переохлаждению, а при нагревании заметно летуча. В жидком состоянии она характеризуется высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 61 при 25 °С) и в ней довольно сильно представлена самодиссоциация по схеме:

2 Н3РО4 Û Н4РО4+ + Н2РО4-.

При нагревании она активно разъедает стекло и почти все металлы. Для неё известен кристаллогидрат 2Н3РО4·Н2О (т. пл. 30 °С). В водных растворах Н3РО4 умеренно диссоциирована (К1 = 7·10-3, К2 = 6·10-8, К3 = 4·10-13). Её 0,1 н раствор имеет рН = 1,5, максимальной электропроводностью обладает 48%-ный раствор, а 65%-ный раствор замерзает лишь около -85 °С. Фосфорная кислота используется иногда для изготовления прохладительных напитков.

Наличие у фосфорной кислоты заметных признаков амфотерности выявляется при её взаимодействии с НСlO4. Реакция (в отсутствие воды) идёт по уравнению:

РО(ОН)3 + НСlO4 = [P(OH)4]ClO4.

Получающееся солеобразное соединение представляет собой бесцветные кристаллы (т. пл. 47 °С). Подобным же образом взаимодействует Н3РО4 и с серной кислотой.

Разбавленные (1%-ные) растворы фосфатов натрия характеризуются следующими значениями концентраций водородных ионов: NaH2PO4 — pH = 4,6, Na2HPO4 — pH = 8,9 и Na3PO4 — pH = 12,1.

При прокаливании дигидрофосфаты образуют метафосфаты и выделяют воду. Гидрофосфаты при нагревании образуют пирофосфаты и воду, а фосфаты остаются без изменения. Если катион термически неустойчив, при прокаливании происходит распад соли с выделением летучих продуктов разложения. Например, из малорастворимого смешанного третичного фосфата магния и аммония MgNH4PO4 c выделением NH3 и Н2О образуется пирофосфорнокислый магний — Mg2P2O7. Образование малорастворимого MgNH4PO4 используется при количественном определении фосфорной кислоты (а также магния).

Пирофосфорная кислота образуется при постепенном нагревании ортофосфорной до 260 °С. Она представляет собой мягкую стекловидную массу (т. пл. 61 °С), легкорастворимую в воде. Обратный переход в ортогидрат идёт на холоду лишь очень медленно. При кипячении раствора, особенно в присутствии сильных кислот, он значительно ускоряется.

Пирофосфорная кислота четырёхосновна, причём по лёгкости диссоциации два первых её водорода резко отличаются от двух других (К1 = 3·10-2, К2 = 4·10-3, К3 = 3·10-7, К4 = 6·10-10). Ион Р2О74- построен из двух тетраэдров РО4 с одним общим кислородным атомом [d(PO) = 163 пм, ÐРОР = 134 °]. Длины остальных связей фосфора с кислородом лежат в пределах 145 ¸ 148 пм.

Для пирофосфорной кислоты характерны соли двух типов: кислые М2Н2Р2О7 и средние М4Р2О7. Первые, как правило, хорошо растворимы в воде, причём растворы их показывают кислую реакцию (в 1%-ном растворе Na2H2P2O­7 рН = 4,2). Из вторых растворимы только соли наиболее активных одновалентных металлов. Растворы их имеют щелочную реакцию (в 1%-ном растворе Na4P2O7 рН = 10,2).

При нагревании пирофосфорной кислоты до 300 °С постепенно образуется метафосфорная кислота. Она является полимерным соединением состава (НРО3)n и представляет собой бесцветную стекловидную массу, которая плавится около 40 °С. Метафосфорная кислота (главным образом Н4Р4О12) получается также при взаимодействии Р2О5 с малым количеством воды. В растворе она очень медленно (быстрее при кипячении и в присутствии сильных кислот) присоединяет воду и переходит в ортогидрат. Кислотные свойства (НРО3)n выражены очень сильно (последние константы диссоциации Н3Р3О9 и Н4Р4О12 равны соответственно К3 = 2·10-2 и К4 = 3·10-3). Из средних метафосфатов растворимы только соли Mg и наиболее активных одновалентных металлов. Остальные почти нерастворимы в воде, но растворяются в НNO3 или избытке НРО3 и её растворимых солей. Сплавлением NaH2PO4 с Н3РО4 могут быть получены кислые метафосфаты общей формулы NaxHy(PO3)x+y.

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru