Большая советсткая энциклопедия Фосфорные кислоты

Фосфорные кислоты

Фосфорные кислоты, кислородные кислоты фосфора, представляющие собой продукты гидратации фосфорного ангидрида (см Фосфора окислы). Различают ортофосфорную кислоту (обычно называемую фосфорной кислотой) и конденсированные Ф. к. Наиболее изучена и важна ортофосфорная кислота H₃PO₄, образующаяся при растворении P₄O₁₀ (или P₂O₅) в воде.

Ортофосфорная кислота — бесцветные гидроскопические кристаллы, плотность 1,87 г/см³, t_пл 42,35 °С, известен кристаллогидрат H₃PO₄×¹/₂ H₂O с t_пл 29,32 °С. Плотность обычно широко применяемой 85%-ной H₃PO₄ при 25 °С 1,685 г/см³ вязкость при 20 °С 47×10^-3 мн×сек/м², удельная теплоемкость в интервале температур 20—120 °С 2064,1 дж/кг×К (0,493 кал/г °С). С водой H₃PO₄ смешивается в любых отношениях Константы диссоциации при 25 °С K₁ = 7×10^-3, K₂ = 8×10^-8, K₃ = 4×10^-13. Ортофосфорная кислота трехосновная, средней силы. Образует три ряда солей — фосфатов. При нагревании растворов кислоты происходит её дегидратация с образованием конденсированных фосфорных кислот.

В промышленности ортофосфорную кислоту получают экстракционным (сернокислотным) или термическим способами. Экстракционный способ заключается в разложении фосфатов природных серной и фосфорной кислотами:

Ca₅F (PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + nH₃PO₄ = (n+3) H₃PO₄ + 5CaSO₄ + HF

и последующим разделением на фильтрах образовавшейся кислоты и нерастворимого CaSO₄. Термический способ основан на сжигании фосфора до фосфорного ангидрида P₄ + 5O₂ P₄O₁₀ и гидратации последнего P₄O₁₀ + 6H₂O = 4H₃PO₄. Промышленная ортофосфорная кислота — важнейший полупродукт для производства фосфорных и комплексных удобрений и технических фосфатов, широко используется также для фосфатирования металлов, в качестве катализатора в органическом синтезе. Пищевая фосфорная кислота применяется для приготовления безалкогольных напитков, лекарств, зубных цементов и т.д.

Конденсированные (полимерные) Ф. к. подразделяются на полифосфорные с линейным строением фосфат-аниона общей формулы H_n+2P_nO_3n+1, метафосфорные с циклическим строением фосфат-аниона общей формулы (HPO₃) _n и ультрафосфорные кислоты, имеющие разветвленную, сетчатую структуру. Наибольшее практическое значение имеют полифосфорные кислоты Из полифосфорных кислот наиболее полно изучена дифосфорная (пирофосфорная) кислота H₄P₂O₇, выделенная в кристаллическом виде в двух формах с температурами плавления 54,3 °С и 71,5 °С. Пирофосфорная кислота четырёхосновна, константы диссоциации при 18 °С K₁ = 1,4×10^-1, K₂= 1,1×10^-2, K₃= 2,1×10^-7, K₄= 4,1×10^-10. Три- и тетраполифосфорные кислоты выделены в виде разбавленных растворов. Существование более конденсированных Ф. к., содержащих до 12 атомов в цепи, доказано методом бумажной хроматографии. Полифосфорные кислоты — полиэлектролиты. Циклические метафосфорные кислоты (например, H₃P₃O₉, H₄P₄O₁₂) представляют собой сильные кислоты. Ультрафосфорные кислоты мало изучены.

Конденсированные Ф. к. получают дегидратацией ортофосфорных кислот, гидратацией фосфорного ангидрида соответствующим количеством воды, а также путем ионного обмена из соответствующих конденсированных фосфатов. Применяют в основном для производства высококонцентрированных фосфорных удобрений, в качестве катализаторов при получении нефтепродуктов и в органическом синтезе, для производства различных полифосфатов.

Лит.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967, Везер Ван Дж., Фосфор и его соединения, пер. с англ., т. 1, М., 1962, Постников Н. Н., Термическая фосфорная кислота, М., 1970, Копылов Б. А., Технология экстракционной фосфорной кислоты, Л., 1972.

Л. В. Кубасова.