§ 39. Кіслародзмяшчальныя злучэнні фосфару

Да найбольш значных кіслародзмяшчальных злучэнняў фосфару адносяць аксід фосфару(V), фосфарную кіслату і яе солі.

Аксіды фосфару

Узаемадзеянне кіслароду з фосфарам прыводзіць да ўтварэння аксідаў, састаў якіх залежыць ад умоў правядзення рэакцыі.

Пры спальванні фосфару ў чыстым кіслародзе, як паказана на с. 201, атрымліваецца аксід фосфару(V) P₂O₅, а пры недахопе кіслароду — аксід фосфару(III) P₂O₃.

Белы фосфар — адно з першых дыматворных рэчываў, пры спальванні якога падчас ваенных дзеянняў утваралася дымавая заслона з часціц P₂O₅. Дым — дысперсная сістэма, што складаецца з цвёрдых узважаных часціц у газавым асяроддзі.

Аксід фосфару(V) лічаць самым эфектыўным асушальнікам. Прычым асушальнікам з’яўляецца і ўтвораная пры гэтым кіслата. Абыходзіцца з P₂O₅ варта вельмі асцярожна, бо пры кантакце са скурай аксід выклікае моцныя апёкі, адна з прычын — абязводжванне тканак.

Аксід фосфару(V)  — найвышэйшы аксід фосфару, і яму адпавядае гідраксід  — фосфарная (або артафосфарная) кіслата.

P₂O₅ — белае цвёрдае рэчыва (T_пл.= 420 °С). З’яўляецца тыповым кіслотным аксідам: рэагуе з вадой (1), асноўнымі аксідамі (2) і шчолачамі (3), шырока выкарыстоўваецца ў арганічным сінтэзе. Разгледзім асаблівасці гэтых рэакцый:

1. Канчатковым прадуктам рэакцыі аксіду фосфару(V) з вадой з’яўляецца фосфарная кіслата H₃PO₄:

3H₂O + P₂O₅ = 2H₃PO₄.

Аксід фосфару(V) не толькі раствараецца ў вадзе, але і «прагна» паглынае пары вады з паветра, гэта значыць ён гіграскапічны, выкарыстоўваецца ў якасці асушальніку.

2. Узаемадзеянне з асноўнымі і амфатэрнымі аксідамі прыводзіць да ўтварэння солей:

3СаО + P₂O₅ = Са₃(РО₄)₂;
3ZnО + P₂O₅ = Zn₃(РО₄)₂.

3. Пры растварэнні P₂O₅ у шчолачах могуць утварацца як сярэднія, так і кіслыя солі (у залежнасці ад суадносін рэагентаў). Напрыклад, пры ўзаемадзеянні з гідраксідам натрыю могуць утварацца Na₃PO₄, Na₂HPO₄ або NaH₂PO₄:

P₂O₅ + 6NaOH = 2Na₃PO₄ + 3H₂O;
P₂O₅ + 4NaOH = 2Na₂HPO₄ + H₂O;
P₂O₅ + 2NaOH + H₂O = 2NaH₂PO₄.

Фосфарная кіслата

Хімічныя і фізічныя ўласцівасці. Фосфар утварае некалькі кіслот, аднак самая ўстойлівая фосфарная кіслата H₃PO₄ (мал. 96). Са структурнай формулы яе малекулы відаць, што кіслата трохасноўная. H₃PO₄ — рэчыва, тэмпература плаўлення якога 42,35 °С. Гэта азначае, што пры пакаёвай тэмпературы фосфарная кіслата — цвёрдае рэчыва. Фосфарная кіслата добра растваральная ў вадзе. У водным растворы дысацыіруе ступеньчата:

Фосфарная кіслата — слабы электраліт, дысацыіруе пераважна па першай ступені. У растворах яна праяўляе агульныя ўласцівасці кіслот: змяняе колер індыкатараў і ўтварае солі ў рэакцыях з металамі, якія знаходзяцца ў радзе актыўнасці да вадароду (1), асноўнымі і амфатэрнымі аксідамі (2), гідраксідамі металаў і аміякам (3), іншымі солямі (4); яна не з’яўляецца акісляльнікам за кошт аніёна:

Адзначым, што фосфарная кіслата ўтварае як сярэднія солі (фасфаты), так і кіслыя (гідрафасфаты і дыгідрафасфаты), у залежнасці ад суадносін зыходных рэчываў. Напрыклад:

3КOH + H₃PO₄ = К₃PO₄ + 3H₂O (фасфат калію) (3 : 1);

2КOH + H₃PO₄ = К₂HPO₄ + 2H₂O (гідрафасфат калію) (2 : 1);

КOH + H₃PO₄ = КН₂PO₄ + H₂O (дыгідрафасфат калію) (1 : 1).

Пры складанні ўраўненняў рэакцый у іоннай форме фосфарную кіслату прадстаўляюць у выглядзе малекул як пераважных часціц у яе растворы. Напрыклад:

Прымяненне і атрыманне. Фосфарную кіслату выкарыстоўваюць у вытворчасці ўгнаенняў і кармавых сродкаў, для фарміравання антыкаразійных пакрыццяў на металах, а таксама ў харчовай прамысловасці для надання кіславатага смаку безалкагольным напоям, для асвятлення цукру.

Атрымліваюць H₃PO₄ узаемадзеяннем прыродных фасфатаў з сернай кіслатой пры 60–80 °С з наступным адфільтраваннем асадку СаSO₄. Пры гэтым фосфарная кіслата ўтвараецца ў выглядзе сіропападобнага раствору з масавай доляй рэчыва 85 %. Другі спосаб — спальванне фосфару, атрыманага напальваннем прыроднага фасфату з пяском і вугалем, і наступнае растварэнне аксіду ў вадзе:

Сa₃(PO₄)₂ → Р → P₂O₅ → H₃PO₄.

Солі фосфарнай кіслаты. Фасфаты, як правіла, нерастваральныя, за выключэннем солей натрыю, калію і амонію. Кіслыя солі больш растваральныя, чым сярэднія, а дыгідрафасфаты маюць большую растваральнасць, чым гідрафасфаты. Напрыклад, фасфат Ca₃(PO₄)₂ нерастваральны, гідрафасфат CaHPO₄ — маларастваральны, а дыгідрафасфат Ca(H₂PO₄)₂ добра раствараецца ў вадзе. Большасць фасфатаў валодае высокай тэрмічнай устойлівасцю — не разбураецца пры награванні да тэмпературы плаўлення. Характэрная асаблівасць фасфатаў (сярэдніх солей) — утварэнне асадку жоўтага колеру пры дзеянні раствору нітрату серабра(I) (Дадатак 3):

У адрозненне ад светла-жоўтага асадку браміду серабра(I) і жоўтага асадку ёдыду серабра(I), фасфат серабра(I) раствараецца пры дадаванні азотнай кіслаты.

Прымяненне солей фосфарнай кіслаты. Многія сярэднія і кіслыя солі фосфарнай кіслаты (Ca₃(PO₄)₂, CaHPO₄ ∙ 2H₂O, Ca(H₂PO₄)₂ ∙ H₂O, NН₄H₂PO₄, (NН₄)₂HPO₄) выкарыстоўваюцца ў якасці ўгнаенняў. Фасфаты знаходзяць прымяненне ў вытворчасці каўчуку, пластмас, у металургіі. Фасфат натрыю памяншае жорсткасць вады і паляпшае мыйнае дзеянне пральных парашкоў. Тым не менш у многіх дзяржавах у цяперашні час уведзены абмежаванні выкарыстання фасфатаў у якасці пральных сродкаў. Справа ў тым, што пасля мыцця фасфаты трапляюць у сцёкавыя вады, а потым у вадаёмы, спрыяючы бурнаму развіццю планктону і водарасцяў — вадаёмы «старэюць». Паводле некаторых звестак, 1 г фасфату стымулюе рост 5–10 кг водарасцяў.

Пытанні, заданні, задачы

1. Назавіце класы рэчываў, з якімі ўзаемадзейнічае:

• а) аксід фосфару(V);
• б) фосфарная кіслата.

2. Складзіце формулы:

• а) дыгідрафасфату калію; дыгідрафасфату кальцыю; гідрафасфату магнію; фасфату жалеза(III);
• б) дыгідрафасфату магнію; гідрафасфату жалеза(III); гідра фасфату цынку; фасфату натрыю.

Запішыце ўраўненні іх электралітычнай дысацыяцыі, улічваючы адшчапленне толькі іонаў металу.

3. Запішыце тры ўраўненні паслядоўных рэакцый, якія адбываюцца пры дадаванні раствору:

• а) гідраксіду калію да раствору фосфарнай кіслаты;
• б) фосфарнай кіслаты да раствору гідраксіду натрыю.

Назавіце ўтвораныя солі.

4. Складзіце ўраўненні рэакцый з улікам названых каэфіцыентаў:

• а) ;
• б) .

5. Вызначце колькасць цеплаты, якая вылучаецца пры згаранні фосфару масай 1 кг паводле тэрмахімічнага ўраўнення рэакцыі:

4Р_(г) + 5О_2(г) = 2Р₂О_5(цв) + 3010 кДж.

6. Ці можна ў якасці асушальніку газападобнага аміяку ўжываць P₂O₅? Адказ аргументуйце.

7. У трох пранумараваных прабірках знаходзяцца растворы нітрату калію, фасфату калію, хларыду натрыю. Прапануйце план распазнання рэчываў. Патлумачце ўраўненнямі рэакцый у малекулярнай і іоннай формах.

8. Складзіце ўраўненні рэакцый паводле схемы:

• а) ;
• б) .

9. Неабходна прыгатаваць раствор фосфарнай кіслаты масай 500 г з масавай доляй рэчыва 5 %. Разлічыце масы неабходных для гэтай мэты аксіду фосфару(V) і вады.

10. Разлічыце аб’ём паветра (н. у.), неабходны для спальвання фосфару масай 1 кг. Чаму роўная маса фосфарнай кіслаты, якая ўтвараецца пры растварэнні атрыманага аксіду фосфару(V)?

*Самакантроль

1. Аксід фосфару P₂O₅ з’яўляецца:

• а) солеўтваральным;
• б) адноўнікам;
• в) вадкім пры н. у.;
• г) кіслотным.

2. Для фосфарнай кіслаты справядлівыя сцвярджэнні:

• а) моцная двухасноўная кіслата;
• б) у водных растворах — слабы электраліт;
• в) утварае тры віды солей — фасфаты, гідра- і дыгідрафасфаты;
• г) H₃PO₄ адпавядае аксіду фосфару(III).

3. Асадак жоўтага колеру з нітратам серабра(I) утвараюць растворы:

• a) Nа₃РO₄;
• б) K₃PO₄;
• в) KI;
• г) NaNO₃.

4. Правільна складзеныя формулы солей фосфарнай кіслаты:

• а) Nа₂РO₄;
• б) (NH₄)₂НРO₄;
• в) Zn₂(РO₄)₃;
• г) Al(Н₂РO₄)₃.

5. Пры мольных суадносінах аміяку і аксіду фосфару(V) 2 : 1 у водным растворы ўтвараецца:

• а) фасфат амонію;
• б) нітрат фосфару;
• в) гідрафасфат амонію;
• г) дыгідрафасфат амонію.