HPO3 Метафосфорная кислота
Метафосфорная кислота — одноосновная кислота, простейшая формула которой HPO3; действительный же состав её молекул выражается формулой (HPO3)n, где n = 3,4,5 и т. д. В чистом виде представляет собой стекловидную массу, легко растворимую в воде.
· Получают взаимодействием оксида фосфора(V) c водой:
Метафосфорная кислота представляет собой белое стеклообразное вещество, хорошо растворимое в воде и, присоединяя её, постепенно переходит в ортофосфорную кислоту:
Очень ядовитое вещество.
Ортофо́сфорная кислота́ (фо́сфорная кислота́) — неорганическая кислота средней силы, с химической формулой H3PO4, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы.
При температуре выше 213 °C она превращается в пирофосфорную кислоту H4P2O7. Очень хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85 % водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). Растворима также в этаноле и других растворителях.
Фосфорную кислоту получают из фосфата:
Можно получить гидролизом пентахлорида фосфора:
Или взаимодействием с водой оксида фосфора(V), полученного сжиганием фосфора в кислороде:
С водой реакция идет очень бурно, поэтому оксид фосфора(V) обрабатывают нагретым до 200 °C концентрированным раствором ортофосфорной кислоты.
Расплавленная ортофосфорная кислота и её концентрированные растворы обладают большой вязкостью, что обусловлено образованием межмолекулярных водородных связей.
H3PO4 — трехосновная кислота средней силы. При взаимодействии с очень сильной кислотой, например, с хлорной HClO4, фосфорная кислота проявляет признаки амфотерности — образуются соли фосфорила, например [Р(ОН)4]ClO4.
Отличительной реакцией ортофосфорной кислоты от других фосфорных кислот является реакция с нитратом серебра — образуется жёлтый осадок:
Качественной реакцией на ион РО4 3− является образование ярко-жёлтого осадка молибденофосфата аммония:
Соли фосфорной кислоты называются фосфатами. Фосфорная кислота образует одно-, двух- и трехзамещенные соли.
Дигидрофосфаты (однозамещенные фосфаты) имеют кислую реакцию, гидрофосфаты (двузамещенные фосфаты) — слабощелочную, средние (трехзамещенные фосфаты, или просто фосфаты) — щелочную.
Дигидрофосфаты обычно хорошо растворимы в воде, почти все гидрофосфаты и фосфаты растворимы мало. Прокаливание солей приводит к следующим превращениям:
Фосфаты при прокаливании не разлагаются, исключение составляет фосфат аммония (NH4)3PO4.
Органические фосфаты играют очень важную роль в биологических процессах. Фосфаты сахаров участвуют в фотосинтезе. Нуклеиновые кислоты также содержат остаток фосфорной кислоты.
Используется при пайке в качестве флюса (по окисленной меди, по чёрному металлу, по нержавеющей стали), для исследований в области молекулярной биологии. Применяется также для очищения от ржавчины металлических поверхностей. Образует на обработанной поверхности защитную плёнку, предотвращая дальнейшуюкоррозию. Также применяется в составе фреонов, в промышленных морозильных установках как связующее вещество.
В составе гидрожидкостей НГЖ-5У и ее иностранных аналогов.
Ортофосфорная кислота зарегистрирована в качестве пищевой добавки E338. Применяется как регулятор кислотности в газированных напитках.
В звероводстве (в частности, при выращивании норок) используют выпойку раствора ортофосфорной кислоты для профилактики повышенного рН желудка и мочекаменной болезни.
Ортофосфорная кислота применяется для протравливания (снятия смазанного слоя) эмали и дентина перед пломбированием зубов. При применении адгезивных материалов 2 и 3 поколения требуется протравливание эмали зуба кислотой, с последующим промыванием и просушиванием. Кроме дополнительных временных затрат на проведение данные этапы несут в себе опасность возникновения различных ошибок и осложнений.
При нанесении ортофосфорной кислоты сложно проконтролировать степень и глубину деминерализации дентина и эмали. Это приводит к тому, что нанесенный адгезив не полностью (по всей глубине) заполняет открытые дентинные канальцы, а это в свою очередь не обеспечивает образование полноценного гибридного слоя.
Кроме того, не всегда удается полностью удалить ортофосфорную кислоту после её нанесения на дентин. Это зависит от того, каким способом сгущена фосфорная кислота. Остатки ортофосфорной кислоты ухудшают прочность бондинга, а также приводят к образованию так называемой «кислотной мины».
С появлением адгезивных материалов 4 и 5 поколения стали использовать технику тотального протравливания (дентин — эмаль). В адгезивных системах 6 и 7 поколения отдельный этап протравливания кислотой отсутвует. Так адгезивы являются самопротравливающимися. Хотя некоторые производители все же рекомендуют для усиления адгезии кратковременно протравливать эмаль и при использовании самопротравливащих адгезивов.
Дифосфорная кислота — неорганическое соединение, четырёхосновная кислородсодержащая кислота с формулой H4P2O7, бесцветные кристаллы, растворимые в воде, образует кристаллогидраты.
Растворение оксида фосфора в воде:
Нагревание ортофосфорной кислоты:
Реакция ортофосфорной кислоты с оксидом фосфора:
Дифосфорная кислота — белое аморфное или кристаллическое вещество, очень гигроскопично. Существует в двух кристаллических модификациях с температурами плавления 54,3 и 71,5°С, смесь плавится при 61°С.
Хорошо растворяется в воде, этаноле, эфире.
Является четырёхосновной кислотой с константами диссоциации p K1 = 1, p K2 = 2, p K3 = 6,6, p K4 = 9,6.
Образует кристаллогидраты вида H4P2O7•n H2O, где n = 1, 5 и 6
При нагревании в вакууме разлагается:
При кипячении водных растворов переходит в ортофосфорную кислоту:
Реагирует с щелочами с образованием нормальных или кислых солей:
Источник
Метафосфорная кислота плюс вода
Степень окисления фосфора равна +5.
Оксид фосфора (V), взаимодействуя с водой, образует метафосфорную кислоту, последняя при кипячении переходит в ортофосфорную, при нагревании ортофосфорной кислоты образуется пирофосфорная кислота.
Метафосфорная кислота HPO3 неустойчива и в чистом виде не выделена, так же как не выделены из растворов её соли. Существует в виде полимеров. Относится к сильным кислотам, ей не свойственны окислительные и восстановительные свойства.
Ортофосфорная кислота
Среди оксокислот фосфора наибольшее значение имеет ортофосфорная кислота Н3РО4, она является наиболее устойчивой из всех кислот фосфора.
Строение молекулы
В газовой фазе молекула имеет форму тетраэдра с атомом фосфора в центре, в вершинах тетраэдра находятся атом кислорода и три гидроксогруппы. Поэтому фосфорная кислота является трехосновной.
В кристаллическом виде она построена из молекул РО(ОН)3, связанных водородными связями в двухмерные слои. Твердую фосфорную кислоту получить очень сложно: благодаря большому числу водородных связей концентрирование растворов приводит к образованию вязких сиропов, которые кристаллизуются лишь со временем.
Физические свойства
Бесцветные гигроскопичные кристаллы моноклинной сингонии, плотность 1,88 г/см 3 , температура плавления 42,5 °С. Расплывается на воздухе, смешивается с водой в любых соотношениях. Не ядовита.
Химические свойства
При комнатной температуре довольно инертна, при нагревании проявляет свойства кислот, относится к кислотам средней силы.
- Диссоциация в водном растворе:
Реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов до водорода:
С оксидами металлов:
Не проявляет ни окислительных, ни восстановительных свойств.
Получение
Термический способ получения фосфорной кислоты основан на окислении элементарного фосфора в избытке воздуха с последующей гидратацией и образующегося оксида фосфора (V) и конденсацией фосфорной кислоты:
Также ортофосфорную кислоту получают при переработке апатитов:
Источник
Фосфор
Фосфор (греч. phos — свет + phoros — несущий) — химический элемент, принадлежащий к Vа группе и 3 периоду. Простое желтоватое вещество, легко воспламеняющееся и светящееся.
Основное и возбужденное состояние фосфора
При возбуждении атома фосфора электроны на s-подуровне распариваются и переходят на d-подуровень.
Природные соединения
В промышленности фосфор получают в ходе сплавления фосфата кальция, песка и угля.
Химическая активность фосфора значительно выше, чем у азота. Активность также определяется аллотропной модификацией: наиболее активен белый фосфор, излучающий видимый свет из-за окисления кислородом.
В жидком и газообразном состоянии до 800 °C фосфор состоит из молекул P4. Свыше 800 °C молекулы P4 распадаются до P2.
- Реакции с неметаллами
C неметаллами фосфор часто проявляет себя как восстановитель и окислитель. Легко окисляется кислородом.
Схожим образом происходит взаимодействие фосфора и хлора.
2P + 3Cl2 → 2PCl3 (недостаток хлора)
2P + 5Cl2 → 2PCl5 (избыток хлора)
Реакции с водородом крайне затруднена. Тем не менее, в ходе разложения фосфидов металлов можно получить ядовитый газ — фосфин — боевое отравляющее вещество.
2P + 3Ca → Ca3P2 (фосфид кальция)
Реакция с водой
При взаимодействии с водой фосфор вступает в реакцию диспропорционирования (так называются реакции, в которых одно и то же вещество является и окислителем, и восстановителем).
Реакция с щелочами
При добавлении фосфора в растворы щелочей также происходит реакция диспропорционирования.
При поджигании спичек происходит реакция между фосфором и бертолетовой солью, которая выступает в качестве окислителя.
Оксид фосфора V — P2O5
Кислотный оксид, пары которого имеют формулу P4O10. Твердый оксид характеризуется белым цветом.
Активно реагирует с водой с образованием фосфорной кислоты. При недостатке воды образует метафосфорную кислоту.
Реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли фосфорной кислоты. Какая именно получится соль — определяет соотношение основного оксида/основания и кислотного оксида.
6KOH + P2O5 = 2K3PO4 + 3H2O (фосфат калия, избыток щелочи — соотношение 6:1)
4KOH + P2O5 = 2K2HPO4 + H2O (гидрофосфат калия, незначительный избыток кислотного оксида — соотношение 4:1)
2KOH + P2O5 = 2KH2PO4 + H2O (дигидрофосфат калия, избыток кислотного оксида — соотношение 2:1)
Обладает выраженным водоотнимающим (дегидратационным) свойством: легко извлекает воду из других соединений.
Фосфорные кислоты
Существует несколько кислородсодержащих фосфорных кислот:
- Ортофосфорная кислота — H3PO4 (трехосновная кислота, соли — фосфаты PO4 3- )
- Метафосфорная кислота — HPO3 (одноосновная кислота, соли — метафосфаты PO3 — )
- Фосфористая — H3PO3 (двухосновная кислота, соли — фосфиты HPO3 2- )
- Фосфорноватистая — H3PO2 (одноосновная кислота, соли гипофосфиты — H2PO2 — )
Фосфорноватистая кислота способна вытеснять из солей малоактивные металлы, при этом превращаясь в ортофосфорную кислоту.
Ортофосфорная кислота
В твердом виде представляет собой кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в воде.
Фосфорную кислоту получают из фосфатов, воздействуя на них серной кислотой. Также известны способы гидролиза пентахлорида фосфора, взаимодействия оксида фосфора V с водой.
Фосфорная кислота может образоваться при окислении фосфора сильной кислотой:
За счет кислотных свойств отлично реагирует с основными оксидами, основаниями. При различных соотношениях кислоты и основания получаются различные соли (фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты).
Реакции с солями
Реакции идут, если выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода). Например, характерный осадок желтого цвета — фосфат серебра — образуется в результате реакции с нитратом серебра.
В реакции с карбонатами образуется нестойкая угольная кислота, которая распадается на воду и углекислый газ.
Реакции с металлами
Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из фосфорной кислоты.
При сильном нагревании ортофосфорная кислота теряет воду и переходит в метафосфорную кислоту.
Соли фосфорной кислоты
Соли фосфорной кислоты получаются в ходе реакции ортофосфорной кислоты и оснований.
Фосфаты являются хорошими удобрениями, которые повышают урожайность. Перечислим наиболее значимые:
- Фосфоритная мука — Ca3(PO4)2
- Простой суперфосфат — смесь Ca(H2PO4)2*H2O и CaSO4
- Двойной суперфосфат — Ca(H2PO4)2*H2O
- Преципитат — CaHPO4*2H2O
- Костная мука — продукт переработки костей домашних животных Ca3(PO4)2
- Аммофос — в основном состоит из моноаммонийфосфата — NH4H2PO4
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
