Свойства и значение фосфорной кислоты
4. Строение
Пространственное расположение атомов и длины связей в молекуле приводят к заключению, что связь Р = на самом деле не двойная, т.е. ее кратность не равна 2. Согласно расчетам кратность этой связи 1,74. Связь Р - О(Н) тоже не одинарная. Если ее кратность равнялась 1, то длина была бы 0,17 нм.
На самом деле в ортофосфорной кислоте и большинстве ее кислых солей длина этой связи 0,154-0,157 нм, что соответствует кратности 1,3-1,4.
Следовательно, электронная плотность двойной связи Р = О частично "растекается" по трем другим связям, слегка увеличивая их кратность. Кроме того, между атомами кислорода и фосфором возникает заметное донорно-акцепторное взаимодействие. Все это вместе взятое приводит к тому, что в Н3РО4 нет такого резкого различия в длинах связей, какое наблюдается у серной и азотной кислот. Длины связей Р = и Р - О(Н) оказываются почти выровненными, и остов молекулы превращается фактически в тетраэдр.
Разумеется, такая перестройка резко повышает устойчивость самой кислоты и ее производных. Отсюда следует своеобразная химическая пассивность ортофосфорной кислоты.
5. Химические свойства Н3РО4
Ортофосфорная кислота в водных растворах намного слабее серной и азотной кислот. Это трехосновная кислота. Электролитическая диссоциация кислоты, как и других многоосновных кислот, осуществляется ступенчато:
Н3РО4-Н+ + Н2РО4- (I ступень)
Н2РО4- Н+ + НРО2- (II ступень)
НРО2- Н+ + РО43- (IIIступень)
Н3РО4 - 3Н+ + РО43- (Суммарное уранение)
Сравним значения констант ионизации кислоты соответствующих ступеней:
К1=
Как показывают эти данные, в растворе Н3РО4 в основном присутствуют дигидрофосфот-ионы Н2РО4-. Ионов, образующихся по второй ступени диссоциации, - гидрофосфат-ионов НРО4-, значительно меньше. И почти отсутствуют фосфат-ионы РО43- - 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
Ортофосфорную кислоту можно отличить от других фосфорных кислот по реакции с нитратом серебра - образуется желтый осадок
Н3РО4 + 3AgNO3= Ag3PO4 + HNO3
фосфат серебра
Все остальные фосфорные кислоты образуют белые осадки.