«Синтез и свойства ортофосфорной кислоты» Физические свойства

«Синтез и свойства ортофосфорной кислоты»Физические свойстваО1,57 Å1,57 Å1,0 Å1,0 Å1,52 Åртофосфорная кислота - бесцветные кристаллы, быстро расплывающиеся на воздухе, температура плавления + 42,5 С. Структура молекулы H3PO4 с учётом водородных связей представлена на рис. 1. -атомы фосфора -атомы кислорода -атомы водорода1,58 ÅРис. 1.Фосфорная кислота образует гидрат H3PO4*0,5H2O , плавящийся при +29,32С. На рис. 2 представлена фазовая диаграмма H3PO4*0,5H2O и H3PO4 . Температура, К°Рис. 2.Другие физические свойства ортофосфорной кислоты представлены в таблице: Свойство tпл., °С Плотность, г/см3 H0обр­, кДж/моль Значение 42,5 1,88 -1283 Фосфолеум (жидкий фосфорный ангидрид, суперфосфорная кислота) – это продукт, образующийся при взаимодействии избытка Р4О10 и фосфорной кислоты. Он включает в себя кислоты, содержащие от 72,4 % до 88,6% Р4О10 и представляет собой равновесную систему состоящую из орто -, пиро-, триполи-, тетраполи- и других фосфорных кислот. При разбавлении фосфолеума водой выделяется значительное количество тепла, и полифосфорные кислоты переходят в ортофосфорную.^ Химические свойства.Ортофосфорная кислота - сильная по I-ой ступени, средней силы по II-ой и очень слабая по III-ей (K1=0,752*10-2, К11=7,99*10-8, К111=4,8*10-13). Она взаимодействует с некоторыми металлами, их оксидами и гидроксидами:2H3PO4+Mg=Mg(H2PO4)2+H22H3PO4+3CaO=Ca3(PO4)2+3H2O H3PO4+3NaOH=Na3PO4+3H2OФосфорная кислота образует три типа солей - средние, одно- и двухзамещённые, например, Ca3(PO4)2 – средняя, CaHPO4 – двухзамещённая, Ca(H2PO4)2 – однозамещённая.Большинство средних фосфатов мало растворимо в воде: растворимы фосфаты щелочных металлов, кроме лития, а также ортофосфат аммония. Соли типа MIIHPO4, где М= Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Zn, Cd, Sn, Pb, Fe, Co, Ni, Cu и другие растворимы в воде значительно лучше средних фосфатов этих металлов (некоторые из этих солей известны только в виде кристаллогидратов). Соли типа MIII(H2PO4)2 с теми же катионами растворимы ещё лучше: среди них практически нет нерастворимых.Другие отличительные черты ортофосфорной кислоты - её нелетучесть и низкая окислительная способность. Именно поэтому с помощью H3PO4 можно получать бромо- и йодоводород:H3PO4+3KI=K3PO4+3HIH3PO4+3KBr=K3PO4+3HBr, и некоторые другие летучие кислоты, например, HNO3, HCl, HF.При нагревании выше 150оС ортофосфорная кислота переходит в пирофосфорную, при нагревании до 300 С в вакууме в метафосфорную:2H3PO4=H4P2O7+H2OH3PO4=HPO3+H2Oю Реакция ортофосфорной кислоты с оксидами молибдена и вольфрама приводит к образованию сложных гетерополикислот:H3PO4+12WO3=H3[PW12O40] .Подобные реакции используются в аналитической химии для обнаружения фосфора, молибдена и вольфрама.При анодном окислении фосфорной кислоты может быть получена пероксофосфорная кислота H3PO3(O22-):H3PO4+H2O= H3PO3(O22-)+H2Эта кислота, подобно пероксосерной кислоте [кислоте Каро, H2SO3(O22-)] постепенно разлагается на пероксопирофосфорную H4P2O6(O22-):2H2SO3(O22-)=H2S2O6(O22-)+H2O+O2 - Разложение пероксосерной кислоты3H3PO3(O22-)=H4P2O6(O22-) +H2O+O2 +H3PO4 - Разложение пероксофосфорной кислоты.H4P2O6(O22-) – очень сильный окислитель, по окислительной способности близкий к пероксодисерной кислоте.Фосфорная кислота может давать соли не только с металлами, но и с некоторыми неметаллами - бором, йодом:B2O3+2H3PO4==2BPO4+3H2O,HIO2+H3PO4(IO+)H2PO4+H2O.Однако и сама фосфорная кислота под действием других очень сильных кислот может стать основанием: H3PO4+HClO4P(OH)4++ClO4-H3PO4+H2SO4P(OH)4++HSO4-.^ Органические фосфаты.Фосфорная кислота способна образовывать сложные эфиры со спиртами, к примеру, моноэтилфосфат C2H5OP(O)(OH)2:H3PO4+C2H5OH= C2H5OP(O)(OH)2+H2OНо такой метод синтеза фосфатов не очень удобен из-за необходимости в высоких температурах и низком давлении. Поэтому тот же моноэтилфосфат проще получать по реакции: 2H2O+POCl3+C2H5OH= C2H5OP(O)(OH)2 +3HCl (промышленный метод).Вместо спирта может использоваться фенол, вместо оксида-трихлорида фосфора-фосфорный ангидрид.Такие эфиры, как трифенилфосфат получают добавлением POCl3 к феноляту натрия, растворённому в углеводороде, или простым кипячением фенола с POCl3. _ ОNa 3 + POCl3 (PhO)3PO + 3NaClМногие органические фосфаты имеют важнейшее биологическое значение – аденозинтрифосфат (АТФ), фосфоенолпируват-карбоксилаза (ФЕП) и другие. ^ Получение ортофосфорной кислоты.В промышленности фосфорную кислоту получают двумя способами: термическим и экстракционным.Термический способ получения фосфорной кислоты даёт наиболее чистую кислоту. Он заключается в следующем: Сжигание (окисление) элементарного фосфора в избытке воздуха. P4+5O2=P4O10 .Гидратация и абсорбция Р4О10 .Конденсация фосфорной кислоты.Улавливание тумана из газовой фазы.Существует два способа окисления фосфора: окисление паров (в промышленности используется крайне редко) и окисление жидкого фосфора в виде капель или пленки. Вторую стадию получения термической фосфорной кислоты – гидратацию Р4О10 –осуществляют абсорбцией кислотой (или водой), либо взаимодействием паров Р4О10 с парами воды. Р4О10 + 6H2O=4H3PO4.Гидратация происходит через стадию образования полифосфорных кислот xH2O*yP4O10 . Состав и концентрация кислоты зависят от температуры и парциального давления паров воды.Все стадии термического метода могут быть совмещены в одном аппарате, кроме улавливания тумана фосфорной кислоты. Этот процесс всегда проводят в отдельном аппарате. В зависимости от принципа охлаждения паров существует три способа производства термической фосфорной кислоты: испарительный, циркуляционно-испарительный и теплообменно-испарительный. Промышленный аппарат для производства циркуляционно-испарительным методом термической фосфорной кислоты приведён на рис. 3: 1-сборник кислой воды 2-хранилище фосфора 3,9- циркуляционные насосы 4,10 – погружные насосы 5,11- пластинчатые теплообменники 6-башня сжигания 7-фосфорная форсунка 8-башня гидратации 12-электрофильтр 13-вентилятор. Рис.3.Экстракционный способ получения фосфорной кислоты более экономичен. Он основан на разложении природных фосфатов кислотами - серной, изредка соляной или азотной: Ca3(PO4)2+3H2SO4+mH2O = 3CaSO4* mH2O+ 2H3PO4 , Ca5(PO4)3F+5H2SO4 +nH3PO4+mH2O==(n+3)H3PO4+5CaSO4* mH2O+HF.В лаборатории фосфорную кислоту получают окислением красного фосфора концентрированной азотной кислотой по уравнению: P+5HNO3=H3PO4+5NO2+H2O.Библиографический список Ван Везер. Фосфор и его соединения. М: Иностранная литература, 1962. – 684 с..Химическая энциклопедия. – М.: Большая российская энциклопедия, 1998. Т.5. С. 124-162.Лидин Р.С., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Химические свойства неорганических веществ. М.: Химия, 2000. – 480 с.www.chemist.by.ru