Фосфорна кислота

Глава I. Загальні інформацію про фосфорної кислоте.

1. Історія відкриття й отримання фосфорної кислоти. Фосфорну кислоту відкрив Р. Бойль з допомогою індикаторів. Спалюючи фосфор і розчиняючи зчинений білий продукт у питній воді він отримав невідому хімікам кислоту. По вихідному речовини він їх назвав її фосфорної. Технічно фосфорну кислоту вперше одержали понад 100 тому розкладанням низькоякісних фосфоритів, містять значні кількості сполук трехвалентных металів, розведеною (5−10%) сірчаної кислотою, у якій сполуки заліза і особливо алюмінію переходить до розчин в незначній мірі. Розчин з концентрацією 8−10% Р2О5 упаривали до вмісту у ньому приблизно 40% Р2О5. Під час розкладання фосфатной породи більш концентрованої (30−40%) сірчаної кислотою виділяються голчасті кристали гіпсу. Вони утримують значну кількість рідкої фази й погано промиваються. У результаті втрати Р2О5 великі. Істотним кроком уперед, у виробництві фосфорної кислоти був перехід до настановам безперервного дії і розведення 75 і 93% іншої сірчаної кислоти не водою чи слабкими промывочными водами, а розчином фосфорної кислоти, тобто. проведення процесу із застосуванням розчину розведення. У цих умовах виділяються ромбические кристали, що добре фільтруються і відмиваються. 2. Фізичні властивості. Ортофосфорная кислота в чистому вигляді при умовах представляє безколірні кристали ромбічної форми, плавящиеся за нормальної температури 42.3оС. Проте якщо з такий кислотою хіміки трапляються нечасто. Набагато частіше вони теж мають працювати з полугидратом Н3РО4 * 0.5 Н2О, який випадає як безбарвних гексагональных призм при охолодженні концентрованих водних розчинів ортофосфорной кислоти. Температура плавлення полугидрата 29.3оС. Чиста Н3РО4 після плавлення утворює в’язку маслообразную рідина з малої електричної провідністю і дуже зниженою здатність до дифузії. Ці властивості, і навіть детальне вивчення спектрів показують, молекули Н3РО4 у разі мало диссоциированы і об'єднані міцними водневими зв’язками на єдину макромолекулярную структуру. Як правило, молекули пов’язані одне з одним однієї, рідше двома і дуже рідко трьома водневими зв’язками. Якщо ж кислоту розбавляти водою, що його молекули охочіше утворюють водневі через відкликання водою, ніж друг з одним. Через таких «симпатій «до води кислота змішується із нею у будь-яких відносинах. Енергія гідратації не такою є, як в сірчаної кислоти, тому розігрівання Н3РО4 при розведенні менш сильне і дисоціація виражена менше. За першим щаблі дисоціації ортофосфорная кислота вважається електролітом середньої сили (25 — 30%), за другою — слабким, по третьої - дуже слабким. 3. Будова Близьке уявлення про будову молекули Н3РО4 дає її структурна формула. Але тут потрібні уточнения.

О.

просторове АЛЕ — Р — ВІН строение.

О.

Структурна формула.

Просторове розташування атомів і довжини зв’язків в молекулі призводять до висновку, що зв’язок Р = Про насправді не подвійна, тобто. її кратність не дорівнює 2. За розрахунками кратність цьому разі 1,74. Зв’язок Р — О (Н) також одинарна. Якщо раніше кратність дорівнювала 1, то довжина було б 0,17 нм. Насправді в ортофосфорной кислоті і большенстве її кислих солей довжина цьому разі 0,154 — 0,157 нм, що він відповідає кратності 1,3 — 1,4. Отже, електронна щільність подвійний зв’язку Р = Про частково «розтікається «за трьома іншим зв’язкам, злегка збільшуючи їх кратність. Крім того, між атомами кисню і фосфором виникає помітне донорноакцепторное взаємодія. Усе це вкупі взяте призводить до того, що у Н3РО4 немає такої різкі відмінності в довжинах зв’язків, яке практикується в сірчаної і азотної кислот. Довжини зв’язків Р = Про і Р — О (Н) виявляються майже выровненными, і остов молекули перетворюється фактично на тетраэдр. Зрозуміло, така перебудова різко підвищує стійкість самої кислоти і її похідних. Звідси випливає своєрідна хімічна пасивність ортофосфорной кислоти. 4. Хімічні властивості Н3РО4 Ортофосфорная кислота у водних розчинах набагато слабші сірчаної і азотної кислот. Це трехосновная кислота. Электролитическая дисоціація кислоти, як та інших многоосновных кислот, здійснюється східчасто: Н3РО4 М+ + Н2РО4- (I щабель) Н2РО4- М+ + НРО42- (II щабель) НРО42- М+ + РО43- (IIIступень) Н3РО4 ДТ+ + РО43- (Сумарна уранение) Порівняємо значення констант іонізації кислоти відповідних ступеней:

[М+] [Н2РО4-] К1 = = 7,52 10−3.

[Н3РО4].

[М+] [НРО42-] К2 = = 6,31 10−8.

[Н3РО4].

[М+] [РО43-] К3 = = 1,2 10−12.

[Н3РО4] Як свідчать ці дані, в розчині Н3РО4 переважно присутні дигидрофосфот-ионы Н2РО4-. Іонів, які виникають за другою щаблі дисоціації, — гидрофосфат-ионов НРО42-, значно менше. І відсутні фосфат-ионы РО43- - продукти третьої, останнього ступеня іонізації. За першим щаблі іонізації фосфорна кислота є кислотою середньої сили. Відповідно до існуванням трьох видів кислотних залишків при нейтралізації фосфорної кислоти лугами утворюються солі: дигидрофосфаты, гидрофосфаты, і навіть фосфати, наприклад: Н3РО4 + NaOH NaH2PO4 + H2O дигидрофосфат натрію H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4 + 2H2O гидрофосфат натрію H3PO4 + 3NaOH Na3PO4 + 3H2O фосфат натрію Ортофосфорную кислоту можна від інших фосфорних кислот по реакції з нітратом срібла — утворюється жовтий осад Н3РО4 + 3AgNO3 Ag3PO4 + HNO3 фосфат срібла Решта фосфорні кислоти утворюють білі опади. При упаривании ортофосфорной кислоти утворюється дифосфорная (пирофосфорная) кислота: 2Н3РО4 = Н4Р2О7 + Н2О.

Про Про М — Про Про — Н.

Р — Про — Р М — Про Про — Н.

5. Значення фосфорної кислоти Фосфорна кислота має значення як із найважливіших компонентів живлення рослин. Фосфор використовується рослинами для побудови своїх самих життєво важливих частин — насіння ріпаку та плодів. Похідні ортофосфорной кислоти конче потрібні як рослинам, а й тваринам. Кістки, зуби, панцири, пазурі, голки, шипи у большенства живих організмів складаються, переважно, з ортофосфата кальцію. З іншого боку, ортофосфорная кислота, створюючи різні з'єднання з органічними речовинами, активну участь у процесах обміну речовин живого організму з довкіллям. Внаслідок цього похідні фосфору зберігають у кістках, мозку, крові, в м’язових і сполучних тканинах організмів людини і тварин. Як багато ортофосфорной кислоти у складі нервових (мозкових) клітин, що дозволило А.Є. Ферсману, відомому геохимику, назвати фосфор «елементом думки ». Дуже негативно (захворювання тварин рахітом, недокрів'я, та інших.) б'є по стан організму зниження вмісту у раціоні харчування сполук фосфору або уведення в неусвояемой формі. 6. Застосування фосфорної кислоти (див. таблицю № 1) Застосовують ортофосфорную кислоту нині доволі. Основним її споживачем служить виробництво фосфорних і комбінованих добрив. Для цього щорічно видобувається в усьому світі фосфоросодержащей руди близько 100 млн. т. Фосфорні добрива як сприяють поліпшенню врожайності різних сільськогосподарських культур, а й надають рослинам зимостійкість і опірність іншим несприятливим кліматичних умов, створюють умови до швидшого дозрівання врожаю районах з коротким вегетативним періодом. Вони також сприятливо діють на грунт, сприяючи її структуированию, розвитку ґрунтових бактерій, зміни розчинності інших які у грунті речовин та придушенню деяких які виникають шкідливих органічних речовин. Чимало ортофосфорной кислоти споживає харчова промисловість. Річ у тому, що у смак разбавленная ортофосфорная кислота дуже приємна і невеликі її добавки в мармелади, лимонадів і сиропи помітно покращують їх смакові якості. Цим самим властивістю мають і пояснюються деякі солі фосфорної кислоти. Гидрофосфаты кальцію, наприклад, з давніх-давен входить у хлібопекарні порошки, поліпшуючи смак булочок хліба. Цікаві й інші застосування ортофосфорной кислоти у промисловості. Наприклад, зазначалося, що просочування деревини самої кислотою і його солями роблять дерево негорючим. І на цій основі зараз виробляють огнезащитные фарби, негорючие фосфодревесные плити, азбестовий фосфатне пінопласт і інші будівельні матеріали. Різні солі фосфорної кислоти широко застосовують у багатьох галузях промисловості, у будівництві, різних галузях техніки, в комунальному господарство і побуті, захисту від радіації, для умягчения води, боротьби з котельної накипом і виготовлення різних мийних засобів. Фосфорна кислота, конденсированные кислоти і дегидротированные фосфати служать каталізаторами у процесах дегидратирования, алкилирования і полімеризації вуглеводнів. Особливе останнє місце посідають фосфорорганические сполуки як экстрагенты, пластифікатори, мастильні речовини, присадки до пороху і абсорбенты в холодильних установках. Солі кислих алкилфосфатов використовують як поверхнево-активні речовини, антифризы, спеціальні добрива, антикоагулянти латексу та інших. Кислі алкилфосфаты застосовують для экстракционной переробки урановорудных щелоков.