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 H
3PO
4, образующаяся при растворении P
4O
10 (или P
2O
5) в воде.
Ортофосфорная кислота - бесцветные гидроскопические кристаллы, плотность 1,87
г/см3, tпл 42,35 °С, известен кристаллогидрат H
3PO
4․
1/
2 H
2O с
tпл 29,32 °С. Плотность обычно широко применяемой 85\%-ной H
3PO
4 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 H
3PO
4 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 (См.
Фосфаты)
. 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 (См.
Фосфаты природные) серной и фосфорной кислотами:
Ca5F (PO4)3 + 5H2SO4 + nH3PO4 = (n+3) H3PO4 + 5CaSO4 + HF
и последующим разделением на фильтрах образовавшейся
кислоты и нерастворимого CaSO
4. Термический способ основан на сжигании фосфора до фосфорного ангидрида P
4 + 5O
2 P
4O
10 и гидратации последнего P
4O
10 + 6H
2O = 4H
3PO
4. Промышленная ортофосфорная кислота - важнейший полупродукт для производства фосфорных и комплексных удобрений и технических фосфатов, широко используется также для фосфатирования (См.
Фосфатирование) 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 Hn+2PnO3n+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.