2.2 Кислоты и их соли
а) Фосфористая кислота H3PO3. Безводная фосфористая кислота Н3РО3 образует кристаллы плотностью 1,65 г/см3, плавящиеся при 74°С.
Структурная формула:
.
При нагревании безводной Н3РО3 происходит реакция диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления):
4H3PO3 = PH3^ + 3H3PO4.
Соли фосфористой кислоты - фосфиты. Например, K3PO3 (фосфит калия) или Mg3(PO3)2 (фосфит магния).
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.
Фосфорной кислоте соответствует следующая структурная формула:
.
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.
1. H3PO4 H+ + (дигидрофосфат-ион);
2. H+ + (гидрофосфат-ион);
3. H+ + (фосфат-ион).
Суммарное ионное уравнение диссоциации фосфорной кислоты:
H3PO4 3H+ + .
Фосфорная кислота образует три ряда солей:
а) K3PO4, Ca3(PO4)2 - трёхзамещённые, или фосфаты;
б) K2HPO4, CaHPO4 - двухзамещённые, или гидрофосфаты;
в) KH2PO4, Ca(H2PO4)2 - однозамещённые, или дигидрофосфаты.
Однозамещенные фосфаты имеют кислую реакцию, двухзамещённые - слабощелочную, трехзамещённые - щелочную.
Все фосфаты щелочных металлов и аммония растворимы в воде. Из кальциевых солей фосфорной кислоты растворяется в воде лишь дигидрофосфат кальция. Гидрофосфат кальция и фосфат кальция растворимы в органических кислотах.
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 (гипофосфористая кислота) H3PO2. Эта кислота одноосновная, сильная. Фосфорноватистой кислоте соответствует следующая структурная формула:
.
Гипофосфиты - соли фосфорноватистой кислоты - обычно хорошо растворимы в воде.
Гипофосфиты и Н3РО2 - энергичные восстановители (особенно в кислой среде). Их ценной особенностью является способность восстанавливать растворённые соли некоторых металлов (Ni, Cu и др.) до свободного металла:
2Ni2+ + + 2H2O > Ni0 + + 6H+.
Получается фосфорноватистая кислота разложением гипофосфитов кальция или бария серной кислотой:
Ba(H2PO2)2 + H2SO4 = 2H3PO2 + BaSO4v.
Гипофосфиты образуются при кипячении белого фосфора в суспензиях гидроксидов кальция или бария.
2P4 (белый) + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2PH3^ + 3Ba(H2PO2)2.