Фосфорная кислота — формула, характеристика и свойства химического вещества

Свойства фосфорной кислоты

Физические свойства

Фосфорная кислота самая устойчивая при комнатной температуре фосфорных кислот. Кроме ортофосфорной кислоты H3PO4 существует метафосфорная кислота HPO3, пирофосфорная H4P2O7, трифосфорная H3P3O9 и тетрафосфорная H4P4O12. Последние три намного сильнее ортофосфорной кислоты (K1 = 7 ⋅ \cdot ⋅ 10-3).

Химические свойства

В водных растворах фосфорная кислота диссоциирует на ионы:

H3PO4 ⇄ \rightleftarrows ⇄ H+ + H2PO4-, ⇄ \rightleftarrows ⇄ 2H+ + HPO42- ⇄ \rightleftarrows ⇄ 3H+ + PO43-.

Константы диссоциации

K1 = 7,1·10-3,

K2 = 6,2·10-8,

K3 = 5,0·10-13.

При комнатной температуре фосфорная кислота реагирует лишь с активными металлами, оксидами и гидроксидами:

6Li + 2H3PO4 = 2Li3PO4 + 3H2↑,

3CaO + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3H2O,

3KOH + H3PO4 = K3PO4 + 3H2O.

При нагревании она более активна:

3Zn + 2H3PO4 = 2Zn3(PO4)2 ↓+ 3H2↑,

Fe2O3 +2H3PO4 = 2FePO4↓+ 3H2O.

Фосфорная кислота разлагается при нагревании:

4H3PO4 = 2H4P2O7 + 2H2O.

Фосфорная кислота вступает в реакцию с хлорной кислотой, образуя соли фосфорила:

H3PO4 + HClO4= P(OH)4ClO4.

Поэтому можно считать фосфорную кислоту амфотерным гидроксидом фосфора (V) с преобладанием кислотных свойств.

Правила работы с кислотой

Работа с ортофосфорной кислотой должна происходить в помещении с хорошей вентиляцией. Следует обязательно надеть респиратор для предотвращения попадания едких паров в дыхательные пути и очки для защиты глаз. Если нет под рукой этих защитных средств, то следует воспользоваться маской. Обязательно следует надевать перчатки и защищать открытую поверхность кожи от попадания на нее вещества, т. к. это может привести к ожогам. При попадании ее на кожные покровы следует тщательно промыть их под проточной водой, после чего обратиться за медицинской помощью.

Перевозка реагента должна осуществляться в специальном транспорте, оборудованном железными цистернами, не поддающимися ее разрушительному влиянию. Ее можно перевозить и при помощи других транспортных средств, как сухопутных, так и водных. Но при этом должны быть соблюдены все правила техники безопасности.

Хранить ее следует в месте, защищенном от прямого попадания солнечных лучей. Срок хранения при таких условиях составляет не больше 1 года.

Получение

Лабораторные способы получения

Фосфорную кислоту в лабораторных условиях получают из оксида фосфора (V):

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.

Реакция протекает бурно, поэтому ее лучше получать таким способом в промышленности.

Можно получить фосфорную кислоту из фосфатов действием соляной или серной кислоты:

Na3PO4 + 3HCI = 3NaCI + H3PO4.

Наконец, можно подвергнуть гидролизу хлорид фосфора (V):

2PCl5+ 8H2O = 2H3PO4 + 10HCl.

Получение в промышленности

В промышленности наиболее чистую фосфорную кислоту получают термическим способом, для чего фосфор сжигают:

4P +5O2 = 2P2O5.

Фосфорный ангидрид взаимодействует с водой слишком бурно, поэтому фосфорный ангидрид смешивают с нагретой до 200°С фосфорной кислотой в концентрации 50-60%. Полученную кислоту разводят и частично запускают вновь в процесс.

Есть экстракционный метод получения фосфорной кислоты непосредственно из руд, например, из апатита:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + n H3PO4 + 3H2O = (n+3) H3PO4+ 5CaSO4·H2O + HF.

История открытия

Открытие фосфорной кислоты произошло в XVII веке сразу в нескольких независимых лабораториях.

Первые упоминания об открытии фосфора относятся к немецкому ученому Хенингу Брандту. Разорившийся предприниматель, увлекшись алхимическими опытами в поисках «философского камня», подверг тщательном у изучению продукты человеческой жизнедеятельности. Выпарив мочу, и нагрев оставшийся осадок, Брандт получил белое вещество. Дальнейшие опыты с этим веществом заключающиеся в нагревании без доступа кислорода, помогли выделить легкоплавкое вещество с неприятным запахами и парами, светящимися в темноте. Первое название этого вещества имело очень мистический характер. «Холодный огонь», ­ — именно так назвал свое открытие Хенинг Бранд.

В лаборатории англо-ирландского химика Роберта Бойля известного в научных кругах тем, что предпочитал опыт, а не домыслы в 1680 году фосфор был выделен при помощи опытов с индикаторами. Бойль (с подсказки Крафта) проведя ряд экспериментов с жидкостями, кровью, мочой, волосами и костями, поставил производство фосфора на коммерческую основу.

Производство фосфора в XVII веке имело очень успешный коммерческий характер, из-за связи с алхимическими поисками, но в XVIII веке в связи с обнаружением еще одного способа получения (ученым Маргграфам Андреасам Зигизмундом) и его всесторонним раскрытием, перестало иметь коммерческую привлекательность.

Соли ортофосфорной кислоты (ортофосфаты, фосфаты)

Способы получения фосфатов

Получают кислоты с металлами, оксидами металлов, гидроксидами (см. Химические свойства ортофосфорной кислоты)

Физические свойства фосфатов

Н3РO4 является 3х-основной кислотой, поэтому образует 3 типа солей:

Химические свойства фосфатов

• Имеют свойства, характерные для солей.

• Соли щелочных металлов подвержены гидролизу:

Na3РO4 + Н2О = Na2HPO4 + NaOH

• Характерная особенность ортофосфатов – отношение к прокаливанию: однозамещенные соли переходят в метафосфаты, двухзамещенные – в пирофосфаты, из трехзамещенных изменяются только соли аммония:

NaH2PO4 = NaPO3 + H2O

Na2HPO4 = Na4P2O7 + H2O

(NH4)3PO4 = 3NH3 + H2O

Фосфорные удобрения

Фосфаты и гидрофосфаты кальция и аммония используются в качестве фосфорных удобрений.

При достаточном количестве фосфора растения быстро растут и хорошо плодоносят. Внесение фосфорных удобрений благоприятствует росту корневой системы растения и повышению урожайности. В связи с этим такие удобрения важны при выращивании овощных, зерновых и плодово-ягодных культур.

В таблице ниже приведены основные виды фосфорных удобрений.
Категории V группа (азот, фосфор), НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Сферы использования продукта

Многие отрасли народного хозяйства по достоинству оценили свойства фосфорной кислоты. Применение её удивительно разносторонне — от научных исследований в молекулярной биологии до обеспечения хладагентами морозильных установок.

Производство минеральных удобрений потребляет львиную долю экстракционной кислоты, и ежегодно сюда расходуется более 90% фосфорсодержащих руд. Растениям фосфор необходим для образования семян и плодов, его добавки увеличивают резистентность к заморозкам и пересушиванию, что особенно существенно для северных областей с коротким периодом вегетации и слабым развитием почвенных микроорганизмов.

Пищевая промышленность заинтересовалась антиоксидантными и стабилизирующими свойствами фосфорной кислоты и успешно применяет их в составе добавки E338. Это предотвращает прогоркание, регулирует кислотность и продлевает сроки годности, придаёт вкус сиропам, газировке, мармеладу, хлебу и другой выпечке. Споры о вреде и пользе таких компонентов ведутся много лет, но альтернативы никто ещё не предложил, и пока что всё сводится только к разумному потреблению.

Металлообработка широко применяет фосфорную кислоту как флюс при пайке меди, чёрных металлов и нержавеющей стали. Очень эффективна также и очистка поверхностей от ржавчины — образуется защитная плёнка, предотвращающая дальнейшую коррозию.

Органический синтез использует H3PO4 как катализатор, авиационная промышленность включила в состав гидрожидкостей, деревообработка пропитывает древесину, делая её негорючей. В этом послужном списке достойно соседствуют звероводство, осветление сахарозы и изготовление лекарств, производство огнеупорных пропиток и стоматология, где фосфорная кислота применяется для протравливания зубных тканей перед пломбированием.

А ещё — получение активированного угля, огнеупорного стекла и керамики, огнезащитных лакокрасочных материалов, огнестойкого фосфатного пенопласта и древесно-стружечных плит. Соли фосфаты используются для умягчения жёсткой водопроводной воды и входят в состав СМС и средств, удаляющих накипи.

Техника безопасности при работе с кислотой

Во время работы с этим химическим элементом нужно соблюдать меры безопасности, т. к. она представляет угрозу для здоровья человека. В помещении должна быть хорошая вентиляция. Спровоцировать пожар или взрыв. Перед тем как начать работать, нужно одеть респиратор, перчатки и очки, а также спецодежду и обувь.

При попадании жидкости на слизистые оболочки и кожные покровы может возникнуть головокружение, кашель, рвота, химический ожог. В таком случае следует вызвать врача, промыть пораженный участок, сделать свободную повязку и осуществить нейтрализацию фосфорной кислоты щелочью.

Как правильно хранить и перевозить кислоту

При хранении и транспортировке кислоты следует соблюдать необходимые условия. Хранить ее разрешено только в специальных емкостях:

• стеклянных;
• полимерных сосудах;
• сосудах из нержавеющей стали.

Фосфорная кислота – агрессивное вещество, в связи с чем порошок следует содержать в изолированной таре. В кислоту не должно попадать инородных веществ. Тара для перевозки и хранения должна быть сухой и чистой.

Чтобы раствор имел нужные свойства, следует соблюдать все условия. При некачественном составе возможно выделение токсичных паров. Помимо всего прочего, такой раствор не сможет защитить поверхность металла от негативного влияния окружающих факторов.

Наиболее подходящее для хранения место – сухое и теплое. Не подойдут для этой цели сырые места, в которых образуется большое количество конденсата. Нежелательно пересыпать порошкообразное средство в другие емкости. Лучше всего хранить его в первоначальной упаковке.

Т. к. это вещество принадлежит к разряду опасных, то при его перевозке на дальние расстояния требуется заполнение сопроводительной документации.

Срок хранения фосфорной кислоты составляет 1 год с момента изготовления.

Температура замерзания 85% раствора составляет – 21°С. Температура плавления + 42°С.

Содержание

• 1 Физические свойства
• 2 Химические свойства
• 3 Получение 3.1 Термический способ
• 3.2 Экстракционный способ
• 3.3 Концентрирование и очистка
• 3.4 Экономические и экологические аспекты

Levsha1988 › Блог › Химичим с цинком и ржавчиной.

Результат применения этого дела на кузове ОКИ Давно хотел попробовать гальванику. Электролизом осаждать цинк на черных металлах. В быту пригодится, да и изучить стойкость к коррозии. Есть наборы для оцинковки в продаже, но они дорогие, за таких мелких 2 пузырька и пары причендалов отдавать деньги. искать еще где продается. Пробуем составить это дело самим:

На авторынке купил электролит для аккумуляторов. Это серная кислота с дистиллированной водой. Концентрация довольно велика. Далее взял кучку севших но не потекших солевых батареек. Это самые дешевые батарейки. Достал из них цинк, нарезал тонкими полосками и опустил в серную кислоту. Поставил в водяную баню. Пошла реакция (фото). Растворял пока пузырьки шли, потом кислота выработалась, по идее насытившись растворенным цинком.

Но, как оказалось полученный раствор сульфата цинка непроканал. Забиваем на это. Засыпаем содой и сливаем в банку с шлаком.

Покупаем в магазине радиодеталей паяльную кислоту, с содержанием цинка. Состав- хлорид цинка. Цинк растворенный уже в соляной кислоте. Там цинка завались. Стоит в местном магазине литр — 400 руб. Литра хватит на оч много. Сразу, там же покупаю ортофосфорную кислоту. Тоже является паяльной кислотой. 50 мл. достаточно. Делаем 2 электрода.

Нужен будет источник питания. Тут главное условие — возможность регулировки силы тока. У меня есть самопальный источник от 0 до 24 вольт и стабилизацией тока 0 до 10 ампер. Ниже приведу пару вариантов и схему простейшего регулятора тока, если источника под рукой нету.

К электроду которым чисти подключаем + источника. К очищаемому объекту -. Ставим напряжение 12-15 вольт и отсечку тока в 1.5-2 ампера. Пропитываем войлок электрода ортофосфорной кислотой. И начинаем водить по ржавчине. Начинает шипеть, БП показывает что ток пошел (1.5-2 А). Выделение водорода и активность кислоты- отколупывает и растворяет ржу, которая засела в порах и ржа остается на войлоке. Электрод нужно часто полоскать в воде, и снова пропитывать в свежей ортофосфорной кислоте, т.к то что в руке начинает растворяться, и осаждаться на маховике. а это нам пока не надо.

Капал воду, вода так и осталась каплями. По голой стали она растекается, а тут как бы собирается, как будто жирная поверхность. Вот еще пара примеров оцинкованных железяк.

Комментарии 33

А если растворить предварительно цинк в ортофосфорной кислоте, а не соляной, будет тот же эффект?

подскажите?может ли паяльная кислота(с цинком которая) разъедать лак автомобиля?

Здравствуйте. Подскажите а как лампу от поворотника приколхозить, не могу сообразить к каким проводам подключать её. Ведь минусовая клема на корпусе остается? Спасибо

Лампочку в разрыв плюсового провода к которому подключен электрод. Т.е. последовательно.

Респект, за отчет, только вопрос не лучьше сначала малым током, а после повысить и поверхность будет матовая, и грунт ляжет на него.

В принципе идея кстати. Надо будет попробовать.

Да ты там осторожней с испарениями, используй вытяжку и противогаз, т.к. при реакции соляной кислоты ицинка образ сорнистый ангидрид пдк 0,5 надышишся и отеклегких заработать можно!) ну не дай божЕ.

откуда сернистый ангидрид в соединении соляной кислоты? вы б еще сказали чистый хлор выделяется.)) он же не сернистую кислоту использовал. и не фульфит, и даже не гидросульфит цинка, и не медь. сернистого газа и в реакции серной кислоты нет. валентность не та))) единственное чего стоит бояться это водород.

Применение от ржавчины

Преобразователь ржавчины на основе ортофосфорной кислоты создает на поверхности защитный слой, оберегающий от коррозии при дальнейшем использовании. Особенность применения соединения – безопасность для металла при нанесении. Существует несколько способов выполнить удаление ржавчины ортофосфорной кислотой, зависящих от размера повреждения:

• травление с погружением в ванну, иную емкость;
• многократное нанесение на металл состава пульверизатором, валиком;
• покрытие поверхности предварительно обработанной механической очисткой.

Ортофосфорное соединение производит преобразование ржавчины в фосфаты железа. Состав можно использовать для промывки и очистки:

• изделий металлопроката;
• скважин;
• поверхностей трубопроводов;
• парогенераторов;
• систем водоснабжения, отопления;
• змеевиков;
• бойлеров;
• водонагревателей;
• теплообменников;
• котлов;
• деталей машин и механизмов.

Соли фосфористой кислоты (Фосфиты)

Способы получения фосфитов

• Взаимодействие фосфористой кислоты с щелочами:

Н2[НРО3] + NaOH = NaH[HРО3] + Н2О

Н2[НРО3] + 2NaOH = Na2[HРО3] + 2Н2О

• взаимодействие фосфористой кислоты с металлами с выделением Н2

Н2[НРО3] + Ca = Ca[HРО3] + Н2

• взаимодействие фосфористой кислоты с оксидами металлов

Н2[НРО3] + CaO = Ca[HРО3] + Н2O

• диспропорционирование фосфора в горячем, концентрированном растворе щелочи:

P4 + 8NaOH(конц) + 4H2O = Na2[HРО3] + 6H2

• Взаимодействие трихлорида фосфора с разбавленным раствором щелочи:

PCl3 + 5NaOH(разб) = Na2[HРО3] + 3NaCl + 2H2O

Физические свойства фосфитов

Двухосновная фосфористая кислота образует два типа солей:

а) однозамещенные фосфиты (кислые соли), в молекулах которых атомы металлов связаны с анионами Н2РО3, например: NaH2PO3, Са(H2PO3)

б) двухзамещенные фосфиты (средние соли), в молекулах которых атомы металлов связаны с 2 или 1 анионом HPO3, например: Na2HPO3, СаHPO3.

Хорошо растворимы в воде только фосфиты щелочных металлов и кальция, остальные фосфиты плохо растворимы.

Химические свойства фосфитов

Имеют химические свойства, характерные для солей

Вред для организма

Официально фосфорная кислота признана полностью безопасной для здоровья человека и разрешен к использованию в разных странах всего мира, но научные практические данные говорят о наличии вредных последствий для организма живых существ. Средства не является токсичным, при потреблении в маленьком объеме не приводит к негативным последствиям. Она может вызывать развитие кариозных образований, возникающей из нарушения целостности верхнего слоя эмали при соприкосновении с кристаллами сахара. Полученная среда является благоприятной для жизни бактерий в ротовой полости. Ортофосфорная кислота востребована при производстве газированных напитков, выпечки, колбас и плавленых сыров, употребление которых приводит к нарушению уровня кислотности. Защитные функции организма начинают восстанавливать щелочной баланс за счет кальция, взятого из костей и зубов. Недостаток соединений кальция приводит к болям в суставах, разрушению целостности зубов. Раствор ортофосфорной кислоты с концентрацией более 50%, при не соблюдении технологии и контроля процесса, вызывает:

• ожоги слизистой и кожи;
• возникновение кровяных выделений из носа;
• проблемы с зубами;
• нарушения в формуле крови;
• рвоту;
• понос, вызванный сбоем функционирования пищевого тракта.

При длительном действии пищевой добавки на организм, человек теряет чувство аппетита, что приводит к резкому снижению веса и проблемам со здоровьем. При наличии заболеваний кишечного тракта употребление продуктов с пищевой добавкой е338 следует полностью исключить из рациона.