1.1.2 Физико-химические свойства фосфорной кислоты

В расплавленном состоянии ортофосфорная кислота склонна к переохлаждению: при 15⁰C образует густую маслянистую жидкость, при -121⁰C -- стеклообразную массу. Фосфорная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. Разбавленные водные растворы имеют кисловатый вкус. Растворима также в этаноле и других растворителях Из высококонцентрированных растворов кристаллизуется в виде гемигидрата (полугидрата) H₃PO₄*0,5H₂О, который представляет собой бесцветные кристаллы моноклинной сингонии.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ортофосфорная кислота в водных растворах намного слабее серной и азотной кислот. Эта кислота является трехосновной и диссоциирует по трём ступеням(K1= 7,1*10-3(рКа=2,12), K₂=6,2*10-8 (рК_а=7,20), K₃=5,0*10-13 (рК_а=12,32); значения K₁ и K₂ зависят от температуры.

Диссоциация по первой ступени экзотермична, по второй и третьей - эндотермична. Фазовая диаграмма системы H3PO4 - H2O приведена на рис.3. Максимум кривой кристаллизации - при температуре 302,4 К и содержании H3PO4 91,6% (твердая фаза - гемигидрат).

В таблице 1 приведены свойства растворов H₃PO₄ Как показывают эти данные, в растворе Н3РО4 в основном присутствуют дигидрофосфот-ионы Н2РО4-.

Ионов, образующихся по второй ступени диссоциации, гидрофосфат-ионов НРО₄^2- - значительно меньше. И почти отсутствуют фосфат-ионы РО₄^3- - продукты третьей, последней ступени ионизации.

По первой ступени ионизации фосфорная кислота является кислотой средней силы. В соответствии с существованием трех видов кислотных остатков при нейтрализации фосфорной кислоты щелочами образуются соли: дигидрофосфаты, гидрофосфаты, а также фосфаты, например:

Н₃РО₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O -- дигидрофосфат натрия

H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O - гидрофосфат натрия

H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O - фосфат натрия

Таблица 1.

Характеристика водных растворов фосфорной кислоты [2]

В целом, фосфорная кислота обладает всеми типичными свойствами кислот. Растворы фосфорной кислоты могут реагировать с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода. Но так как почти все соли H3PO4 нерастворимы в Н2О, то её реакция с металлами чаще всего идёт только в начальный момент времени, пока осаждающаяся соль не покроет всю поверхность металла и не затруднит доступ кислоты к глубинным слоям металла. После этого реакция (если осадок достаточно плотный) прекращается:

3 Mg + 2H₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂v + 3H₂^

фосфорный кислота синтез реакция

Растворимые соли фосфорной кислоты образованы щелочными металлами, но эти металлы с разбавленными растворами кислоты вероятнее всего реагируют в 2 стадии.

Вначале металл взаимодействует с H2O:

2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂^

А затем образовавшаяся щёлочь реагирует с кислотой:

3NaOH + H₃PO₄ = Na3PO4 + 3H2O

При этом в зависимости от молярного соотношения щелочи и кислоты в растворе могут получаться как кислые, так и средние соли.

С оксидами многих металлов растворы H3PO4 взаимодействуют также только в начальный момент времени, пока нерастворимая соль плотной плёнкой не покроет всю поверхность оксида металла.

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов с разбавленными растворами кислоты, как и сами эти металлы, могут реагировать в 2 стадии.

Если щелочь взять в недостатке, то реакция может прекратиться на любой из стадий, в зависимости от молярного соотношения исходных веществ.

В несколько стадий протекает и взаимодействие растворов H3PO4 с аммиаком:

H₃PO₄ + NH₃ = NH₄H₂PO₄

NH₄H₂PO₄ + NH₃ = (NH₄)₂HPO₄

Аммоний-фосфат (NH4)3PO4 в этих условиях получить нельзя, т.к. вследствие гидролиза он тут же полностью превращается в аммоний-гидрофосфат:

(NH₄)₃PO₄ + HOH > (NH₄)₂HPO₄ + NH₃ + H₂O

Фосфорная кислота сильнее, чем угольная, сероводородная, кремниевая, поэтому может вытеснять перечисленные кислоты из водных растворов их солей:

2H₃PO₄ + Na₂S = 2NaH₂PO₄ + H₂S^

2H₃PO₄ + Na₂CO₃ = 2NaH₂PO₄ + H₂О + СО₂

2H₃PO₄ + Na₂SiO₃ = 2NaH₂PO₄ + H₂SiO₃v

К числу специфических свойств фосфорной кислоты можно отнести ее постепенное обезвоживание при сильном нагревании с образованием сначала дифосфорной или пирофосфорной кислоты, а затем - тетраметафосфорной.

Данный процесс обратен переходу тетраметафосфорной кислоты в H3PO4 при растворении фосфор(V)-оксида в воде.

Качественной реакцией на фосфорную кислоту и ее соли в растворе является взаимодействие с AgNO3. При этом образуется осадок серебро(I)-фосфата желтого цвета.

Na₃PO₄ + 3AgNO₃ = Ag₃PO₄v + 3NaNO₃

Полифосфорные кислоты и их соли в аналогичной реакции образуют осадок белого цвета [3].