Описание ортофосфорной кислоты
Фосфорные кислоты, являются кислородными кислотами фосфора, продуктами гидратации фосфорного ангидрида (см. раздел Фосфора окислы). Существует разновидность ортофосфорной кислоты, обычно называемой фосфорной кислотой, и конденсированной фосфорной кислоты. Ученые уделяют наибольшее внимание изучению важной ортофосфорной кислоты H3PO4, образующейся при растворении в воде P4O10 (или P2O5).
Особенности физических и химических свойств
Ортофосфорная кислота имеет форму бесцветных гидроскопических кристаллов, с плотностью 1,87 г/см3, температурой плавления 42,35 °С, известна форма кристаллогидрата H3PO4?1/2 H2O с температурой плавления 29,32 °С. Обычно применяемая 85%-ная кислота обладает плотностью 1,685 г/см3 при 25 °С; вязкостью 47?10-3 мн?сек/м2 при 20 °С, удельной теплоемкостью 2064,1 дж/кг?К (0,493 кал/г °С) в температурном интервале от 20 до 120°С. Смешивание ортофосфорной кислоты с водой происходит, независимо от отношений Константы диссоциации при 25 °С K1 = 7?10-3, K2 = 8?10-8, K3 = 4?10-13. Кислота является трехосновной, обладает средней силой, образуя 3 ряда солей – фосфатов. Нагревание растворов кислоты приводит к ее дегидратации, с образующимися во время реакции конденсированными фосфорными кислотами.
Получение
Для промышленного получения ортофосфорной кислоты эффективно использование экстракционного (сернокислотного) или термического способов. Принцип экстракционного способа заключается в разложении фосфатов с помощью природных серной и фосфорной кислот, при последующем разделении на фильтрах нерастворимого CASO + образовавшейся кислоты. Принцип термического способа заключается в сжигании фосфора с образованием фосфорного ангидрида P4 + 5O2 P4O10 + гидратацией последнего P4O10 + 6H2O = 4H3PO4.
Полимерные либо конденсированные фосфорные кислоты могут быть полифосфорными, отличающимися линейным строением фосфат-аниона + общей формулой HN+2PNO3N+1, метафосфорными, отличающимися циклическим строением фосфат-аниона + общей формулой (HPO3) n, а также ультрафосфорными кислотами, обладающими разветвленной, сетчатой структурой. Наибольшим практическим значением обладают полифосфорные кислоты. Среди полифосфорных кислот наибольшее внимание уделяется изучению дифосфорной (пирофосфорной) кислоты H4P2O7. Она выделяется в кристаллической форме, отличается двумя формами, обладающими температурами плавления 54,3 °С либо 71,5 °С. Пирофосфорная кислота является четырёхосновной, с константами диссоциации K1 = 1,4?10-1, K2= 1,1?10-2, K3= 2,1?10-7, K4= 4,1?10-10 при 18 °С. Выделение трех- и тетраполифосфорных кислот осуществляется в форме разбавленных растворов. Для доказательства существования фосфорных кислот, обладающих большей конденсацией, содержащих в цепи до 12 атомов, использовали бумажную хроматографию. Полифосфорные кислоты являются полиэлектролитами. Например, циклическая разновидность метафосфорных кислот ( H3P3O9, H4P4O12) относится к сильным кислотам. Изучение ультрафосфорных кислот пока остается недостаточным.