Кислородсодержащие кислоты фосфора, способы получения, строение молекул, свойства. Фосфаты, способы их получения и свойства.

а) Фосфористая кислота H₃PO₃. Безводная фосфористая кислота Н₃РО₃образует кристаллы плотностью 1, 65 г/см³, плавящиеся при 74°С.

При нагревании безводной Н₃РО₃ происходит реакция диспропорцио-нирования (самоокисления-самовосстановления):

4H₃PO₃ = PH₃^ + 3H₃PO₄.

Фосфористую кислоту Н₃РО₃ получают растворением в воде оксида фосфора (III) или гидролизом хлорида фосфора (III) РCl₃:

РCl₃ + 3H₂O = H₃PO₃ + 3HCl^.

б) Фосфорная кислота (ортофосфорная кислота) H₃PO₄.

Безводная фосфорная кислота представляет собой светлые прозрачные кристаллы, при комнатной температуре расплывающиеся на воздухе. Температура плавления 42, 35°С. С водой фосфорная кислота образует растворы любых концентраций.

Фосфорная кислота реагирует с металлами, расположенными в ряду стандартных электродных потенциалов до водорода, с основными оксидами, с основаниями, с солями слабых кислот.

В лаборатории фосфорную кислоту получают окислением фосфора 30%-ной азотной кислотой:

3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO^.

В промышленности фосфорную кислоту получают двумя способами: экстракционным и термическим. В основе экстракционного метода лежит обработка измельченных природных фосфатов серной кислотой:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ = 2H₃PO₄ + 3CaSO₄v.

Фосфорная кислота затем отфильтровывается и концентрируется упариванием.

Термический метод состоит в восстановлении природных фосфатов до свободного фосфора с последующим его сжиганием до Р₄О₁₀ и растворением последнего в воде. Производимая по данному методу фосфорная кислота характеризуется более высокой чистотой и повышенной концентрацией (до 80% массовых).

Фосфорную кислоту используют для производства удобрений, для приготовления реактивов, органических веществ, для создания защитных покрытий на металлах. Очищенная фосфорная кислота нужна для приготовления фармацевтических препаратов, кормовых концентратов.

Фосфорная кислота не является сильной кислотой. Как трёхосновная кислота, в водном растворе диссоциирует ступенчато. Легче идет диссоциация по первой ступени.

При нагревании фосфорная кислота вначале теряет воду - растворитель, затем начинается дегидратация фосфорной кислоты и образуется дифосфорная кислота:

2H₃PO₄ = H₄P₂O₇ + H₂O.

Значительная часть фосфорной кислоты превращается в дифосфорную при температуре около 260°С.

в) Фосфорноватая кислота (гипофосфорная кислота) H₄P₂O₆.

H₄P₂O₆ - четырёхосновная кислота средней силы. При хранении гипофосфорная кислота постепенно разлагается. При нагревании её растворов превращается в Н₃РО₄ и Н₃РО₃.

Образуется при медленном окислении Н₃РО₃ на воздухе или окислении белого фосфора во влажном воздухе.

г)Фосфорноватистая кислота Н₃РО₂

Степень окисления фосфора равна +1.

Молекула имеет форму тетраэдра с атомом фосфора в центре, в вершинах тетраэдра находятся два атома водорода, атом кислорода и гидроксогруппа. Поэтому фосфористая кислота, несмотря на наличие трех атомов водорода, является одноосновной.

Фосфорноватистая кислота – это белые кристаллы, хорошо растворимые в воде и в органических растворителях. Температура плавления 27 °С.

Одноосновная кислота средней силы. Очень сильный восстановитель:

5H₃PO₂ + 4KMnO₄ + 6H₂SO₄ = 5H₃PO₄ + 4MnSO₄ + 2K₂SO₄ + 6H₂O.

При температуре около 50 °С разлагается:

3H₃PO₂ = PH₃ + 2H₃PO₃.

Получается фосфорноватистая кислота разложением гипофосфитов кальция или бария серной кислотой:

Ba(H₂PO₂)₂ + H₂SO₄ = 2H₃PO₂ + BaSO₄v.

Фосфаты - соли кислородных кислот фосфора в степени окисления +5. Существуют ортофосфаты - соли ортофосфорной кислоты H3PO4 и фосфаты конденсированные - соли полифосфорных кислот. Различают средние, кислые и основные фосфаты.

Кислые фосфаты образуются в результате частичной нейтрализации H3PO4 или полифосфорных кислот основаниями. При полной нейтрализации гидроксидами одного или нескольких металлов получают средние фосфаты. Смешанные соли образуются при нейтрализации смеси кислот, например, ди- и трифосфорных, одним гидроксидом (ординарные разноанионные фосфаты) или несколькими гидроксидами (разнокатионно-разноанионные фосфаты). Нейтрализующим агентом служит и NH3. Конденсированные фосфаты неорганические получают также термической обработкой кислых фосфатов, смесей фосфатов. При этом состав исходного продукта (в пересчете на оксиды) должен отвечать составу синтезируемого соединения.

В водных растворах фосфаты гидролизуются. Все дигидрофосфаты растворимы в воде. Из гидрофосфатов и фосфатов в воде растворимы только соли щелочных металлов и аммония.

Средние фосфаты. Общее свойство безводных солей - стабильность при нагревании до температуры плавления.

Средние фосфаты металлов в высоких степенях окисления не растворимы в воде, щелочных металлов и аммония - растворимы, их водные растворы имеют рН > 7. Анионы конденсированных фосфатов неорганических не стабильны в водных растворах, они последовательно превращаются в анионы низших фосфатов.

Кислые и основные фосфаты. Растворимость в воде кислых и основных фосфатов выше, чем у средних, в раствор переходят даже некоторые соли металлов в высоких степенях окисления. Благодаря этому свойству кислые фосфаты используют в качестве удобрений. При рН < 7 сложные анионы быстрее разлагаются до простых (по сравнению с рН > 7). При нагревании в результате конденсации кислые соли меняют анионный состав ниже температуры плавления, благодаря чему они служат исходными соединениями для получения многих конденсированных фосфатов.

Что касается химических свойств, то фосфаты ведут себя аналогично другим солям. В основном, им свойственны реакции по обменному механизму с солями, щелочами, оксидами и кислотами с образованием недиссоциирующего или слабодиссоциирующего вещества.