Loading AI tools
хімічна сполука З Вікіпедії, вільної енциклопедії
О́ртофосфа́тна кислота́, о́ртофо́сфорна кислота, фосфа́тна кислота[2] — неорганічна сполука, кислота складу Н3PO4, яка утворює ряд солей ортофосфатів (фосфатів). За кімнатної температури є білою кристалічною речовиною, а при нагріванні до 42,35 °C перетворюється на безбарвну в'язку рідину.
Ортофосфатна кислота | |
---|---|
![]() | |
Інші назви | фосфатна кислота, фосфорна кислота, ортофосфорна кислота |
Ідентифікатори | |
Номер CAS | 7664-38-2 |
Номер EINECS | 231-633-2 |
DrugBank | DB09394 |
KEGG | D05467 і C00009 |
ChEBI | 26078 |
RTECS | TB6300000 |
SMILES | OP(=O)(O)O[1] |
InChI | InChI=1S/H3O4P/c1-5(2,3)4/h(H3,1,2,3,4) |
Номер Бельштейна | 1921286 |
Номер Гмеліна | 2000 |
Властивості | |
Молекулярна формула | H3PO4 |
Молярна маса | 97,995 г/моль |
Зовнішній вигляд | білі кристали або безбарвна в'язка рідина |
Густина | 1,88 г/см³ |
Тпл | 42,4 °C |
Розчинність (вода) | 548 г/100 г H2O (20 °C) |
Кислотність (pKa) | 2,16 (pK1) 7,21 (pK2) 12,32 (pK3) |
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа) | |
Інструкція з використання шаблону | |
Примітки картки |
Широко застосовується для отримання мінеральних добрив, для створення захисних покриттів, у виробництві косметики та скла.
При нормальних умовах ортофосфатна кислота являє собою безбарвну й розпливчасту на повітрі кристалічну сполуку із температурою плавлення +42 °C (65%-й розчин кислоти замерзає тільки при −85 °C). У твердому стані й у розчині молекули ортофосфатної кислоти асоційовані за рахунок водневих зв'язків, і тому концентровані розчини мають високу в'язкість. Фосфатна кислота добре розчиняється у воді (до 80 % за масою). Її водні розчини — гарні електроліти (найвища електропровідність спостерігається тоді, коли концентрація кислоти становить 48 %).
На відміну від багатьох сполук фосфору, фосфатна кислота не отруйна.
Густина — 1,87 г/см³. Температура плавлення 42,35 °C. У воді розчиняється дуже добре й у водному розчині є кислотою середньої сили. Утворює гемігідрат складу H3PO4·0,5H2O.
Для отримання ортофосфатної кислоти застосовуються здебільшого два методи: метод вологого травлення і термальний метод. Перший метод є найбільш затребуваним для синтезу великих кількостей кислоти, він полягає в обробці природних фосфатів мінеральними кислотами[en], здебільшого сульфатною (нітратна і хлоридна кислоти використовуються значно рідше). Отримувана таким методом кислота зветься вологою фосфатною кислотою.
Виробництво кислоти за термальним методом відбувається шляхом окиснення фосфору, отримуваного з фосфатів, до оксиду P4O10 та наступною гідратацією.
Попри те, що принцип травлення фосфатів був розроблений ще у 1880-х роках, його активне застосування почалося тільки після завершення Другої світової війни — у відповідь на стрімке зростання попиту на мінеральні добрива.
Як основна сировина для травлення застосовується апатит, який є вельми поширеним мінералом:
Для кращого відділення малорозчинного гідрату сульфату кальцію, реакцію зазвичай проводять у двох температурних режимах: при 70–80 °C осад виділяється переважно у формі дигідрату CaSO4·2H2O, а при 80–90 °C — у формі гемігідрату CaSO4·0,5H2O. Поза межами цих температурних діапазонів осадження відбувається неефективно.
Для проведення осадження за дигідратним методом вихідний фосфат розмелюють до розміру часток у 150 мкм (не менше 75 % гранулометричного складу). Концентрація кінцевого розчину кислоту варіюється у межах 28–31 % P2O5.[3]
Дигідратний процес має більше застосування, оскільки проводиться за меншої температури, що допомагає знизити зношування обладнання та корозійні процеси. Також процес дозволяє використання у травленні більшої кількості фосфатних порід. До недоліків цього способу відносять порівняно невисоку концентрацію розчину кислоти й відносно великі втрати оксиду (до 4—6 %).
Гемігідратний процес є значно дорожчим у проведенні, але дозволяє отримувати розчини із концентрацією 40–50 % P2O5. Здебільшого гемігідратний процес проводиться в комплексі із дигідратним. Один з перших двостадійних процесів був розроблений в Японії, де гостро стояло питання отримання надчистого сульфату кальцію для виробництва будівельних матеріалів (в Японії відсутні природні поклади гіпсу).
В залежності від порядку проведення осадження за дигідратним (ДГ) та гемігідратним (ГГ) методами, розрізняють:
Виробництво ортофосфатної кислоти за термальним методом проводиться шляхом спалювання білого (жовтого) фосфору у кисні повітря та наступним розчиненням у воді:
За методом компанії «IG» окиснення проводиться у циліндричних реакторах, в яких згори впорскується суміш кисню та атомізованого фосфору, а внизу знаходиться вода для поглинання утвореного оксиду. Оскільки спалювання фосфору відбувається із великим тепловим ефектом (досягається температура понад 2000 °C), по внутрішній стороні стінок реактора подається охолоджена фосфатна кислота, яка запобігає надмірному впливу температури на метал. Усі деталі реактора виробляються із низьковуглецевої сталі або гуми — ці матеріали не піддаються впливу кислоти при температурах до 100 °C.
Концентрація кінцевої кислоти регулюється подачею води для змішування, а також охолодженням реакторів. Кінцевий продукт може мати незначну домішку фосфітної кислоти (близько 0,1 %), яка утворюється із неповністю окисненого оксиду фосфору(III).
Компанією «Tennessee Valley Authority» (TVA) була запропонована модифікація термального методу: спалення фосфору відбувається в окремій камері, що дає більше часу на окиснення. Тверді продукти окиснення частково осідають на стінках та поглинають частину тепла, що виділяється внаслідок реакції, а також екранують метал реактора від надмірного впливу температури.
Накопичений оксид фосфору розчиняється в ортофосфатній кислоті з утворенням поліфосфатних кислот Hn+2PnO3n+1, які мають значно більший вміст P2O5. Так, за методом TVA отримують розчин кислот із концентрацією 85 % P2O5, що відповідає концентрації ортофосфатної кислоти у 117 %. При виготовленні камер для спалювання з графіту, накопичений оксид фосфору(V) утворює розчини кислот із концентрацією до 92 % P2O5.
Концентрування ортофосфатної кислоти до значень 40–55 % P2O5 відбувається шляхом випаровування води у вакуумі при температурах близько 120 °C. Для досягнення вмісту оксиду фосфору у 70 % (суперфосфатна кислота), нагрівання підвищують до 200 °C.
При нагріванні до 150 °C відбувається міжмолекулярна дегідратація з утворенням пірофосфатної кислоти:
Подальшим нагріванням утворюється трифосфатна кислота H5P3O10.
Збільшення температури при нагріванні у вакуумі призводить до утворення метафосфатної кислоти:
У водному розчині ортофосфатна кислота дисоціює ступінчасто:
Проявляючи кислотні властивості, ортофосфатна кислота реагує з гідроксидами (ступінчасто):
Взаємодіє з активними металами із виділенням водню:
При взаємодії з оксидом фосфору(V), сполука концентрується з утворенням пірофосфатної кислоти:
Концентрована ортофосфатна кислота в присутності концентрованої HNO3 здатна утворювати з металами гетерополісполуки, наприклад, фосфоромолібдатну кислоту:
Промислова ортофосфорна кислота — це найважливіший напівпродукт для виробництва фосфорних і комплексних добрив (кормових фосфатів для тваринництва) та технічних фосфатів, широко використовується також, для фосфатування металів, виробництва зубних паст, як каталізатор в органічному синтезі. А також для очищення металевих поверхонь і створення антикорозійних покриттів.
Ортофосфорна кислота зареєстрована як харчова добавка Е338. Застосовується як регулятор кислотності у газованих напоях (на кшталт «Кока-кола» та «Пепсі»). Є відомості, що вона призводить до вимивання кальцію з організму людини уже за годину після споживання.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.