Фосфор и его соединения (стр. 2 из 3)
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 + 3CaSO4↓.
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 + BaSO4↓.
Гипофосфиты образуются при кипячении белого фосфора в суспензиях гидроксидов кальция или бария.
2P4 (белый) + 3Ba(OH)2 + 6H2O = 2PH3↑ + 3Ba(H2PO2)2.
2.3 Фосфин
Фосфин PH3 – соединение фосфора с водородом – бесцветный газ с резким неприятным чесночным запахом, хорошо растворимый в воде (химически с ней не взаимодействует), очень ядовит. На воздухе чистый и сухой фосфин загорается при нагревании выше 100-140°С. Если фосфин содержит примеси дифосфина Р2Н4, он самовоспламеняется на воздухе.
При взаимодействии с некоторыми сильными кислотами фосфин образует соли фосфония, например:
PH3 + HCl = PH4Cl (хлорид фосфония).
Строение катиона фосфония [РН4]+ аналогично строению катиона аммония [NН4]+.
Вода разлагает соли фосфония с образованием фосфина и галогеноводорода.
Фосфин может быть получен при взаимодействии фосфидов с водой:
Ca3P2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2PH3↑.
И последнее. При взаимодействии фосфора с металлами образуются соли – фосфиды. Например, Ca3P2 (фосфид кальция), Mg3P2 (фосфид магния).
Глава III Фосфорные удобрения
Соединения фосфора, так же как и азота, постоянно претерпевают в природе превращения – совершается круговорот фосфора в природе. Растения извлекают из почвы фосфаты и превращают их в сложные фосфорсодержащие органические вещества. Эти вещества с растительной пищей попадают в организм животных – происходит образование белковых веществ нервной и мышечной тканей, фосфатов кальция в костях и пр. После отмирания животных и растений фосфорсодержащие соединения разлагаются под действием микроорганизмов. В итоге образуются фосфаты. Таким образом, завершается круговорот, выражаемый схемой:
Р (живых организмов)
Р (почвы).Этот круговорот нарушается при удалении соединений фосфора с урожаем сельскохозяйственных культур. Недостаток в почве фосфора практически не восполняется естественным путем. Поэтому необходимо вносить фосфорные удобрения.
Как вы знаете, минеральные удобрения бывают простыми и комплексными. К простым относят удобрения, содержащие один питательный элемент. Комплексные удобрения содержат несколько питательных элементов.
Как получают фосфорные удобрения в промышленности? Природные фосфаты в воде не растворяются, а в почвенных растворах малорастворимы и плохо усваиваются растениями. Переработка природных фосфатов в воднорастворимые соединения – задача химической промышленности. Содержание в удобрении питательного элемента фосфора оценивают содержанием оксида фосфора (V) Р2О5.
Основная составная часть фосфорных удобрений – дигидро- или гидрофосфаты кальция. Фосфор входит в состав многих органических соединений в растениях. Фосфорное питание регулирует рост и развитие растений. К наиболее распространённым фосфорным удобрениям относятся:
1. Фосфоритная мука – мелкий белый порошок. Содержит 18-26% Р2О5.
Получается при измельчении фосфоритов Са3(РО4)2.
Фосфоритная мука может усваиваться только на подзолистых и торфяных почвах, содержащих органические кислоты.
2. Простой суперфосфат – серый мелкозернистый порошок. Содержит до 20% Р2О5.
Получается при взаимодействии природного фосфата с серной кислотой:
Са3(РО4)2 + 2Н2SО4 = Са(Н2РО4)2 + 2СаSО4.
суперфосфат
В этом случае получается смесь солей Са(Н2РО4)2 и СаSО4, которая хорошо усваивается растениями на любой почве.
3. Двойной суперфосфат (цвет и внешний вид сходен с простым суперфосфатом).
Получается при действии на природный фосфат фосфорной кислоты:
Са3(РО4)2 + 4Н3РО4 = ЗСа(Н2РО4)2.
По сравнению с простым суперфосфатом он не содержит СаSО4 и является значительно более концентрированным удобрением (содержит до 50% Р2О5).
4. Преципитат – содержит 35-40% Р2О5.
Получается при нейтрализации фосфорной кислоты раствором гидроксида кальция:
Н3РО4 + Са(ОН)2 = СаНРО4 • 2Н2О.
Применяется на кислых почвах.
5. Костная мука. Получается при обработке костей домашних животных, содержит Са3(РО4)2.
6. Аммофос – сложное удобрение, содержащее азот (до 15% К) и фосфор (до 58% Р2О5) в виде NН4Н2РО4 и (NН4)2НРО4. Получается при нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком.