Фосфора кислоты

Фосфор

Фосфор — элемент 3-го периода и VA-группы Периодической системы, порядковый номер 15. Электронная формула атома [10Ne]3s23p3, устойчивая степень окисления в соединениях +V.

Электроотрицательность фосфора (2,32) значительно ниже, чем у типичных неметаллов, и немного выше, чем у водорода. Образует различные кислородсодержащие кислоты, соли и бинарные соединения, проявляет неметаллические (кислотные) свойства. Большинство фосфатов нерастворимы в воде.

В природе — тринадцатый по химической распространенности элемент (шестой среди неметаллов), встречается только в химически связанном виде. Жизненно важный элемент.

Недостаток фосфора в почве восполняется введением фосфорных удобрений — главным образом суперфосфатов.

Аллотропные модификации фосфора

Красный и белый фосфор Р. Известно несколько аллотропных форм фосфора в свободном виде, главные — это белый фосфор Р4 и красный фосфор Pn. В уравнениях реакций аллотропные формы представляют как Р (красн.) и Р (бел.).

Красный фосфор состоит из полимерных молекул Pn разной длины. Аморфный, при комнатной температуре медленно переходит в белый фосфор. При нагревании до 416 °С возгоняется (при охлаждении пара конденсируется белый фосфор). Нерастворим в органических растворителях. Химическая активность ниже, чем у белого фосфора. На воздухе загорается только при нагревании.

Применяется как реагент (более безопасный, чем белый фосфор) в неорганическом синтезе, наполнитель ламп накаливания, компонент намазки коробка при изготовлении спичек. Не ядовит.

Белый фосфор состоит из молекул Р4. Мягкий как воск (режется ножом). Плавится и кипит без разложения (tпл 44,14 °С, tкип 287,3 °С, р 1,82 г/см3). Окисляется на воздухе (зеленое свечение в темноте), при большой массе возможно самовоспламенение.

В особых условиях переводится в красный фосфор. Хорошо растворим в бензоле, эфирах, сероуглероде. Не реагирует с водой, хранится под слоем воды. Чрезвычайно химически активен. Проявляет окислительно-восстановительные свойства.

Восстанавливает благородные металлы из растворов их солей.

Применяется в производстве Н3Р04 и красного фосфора, как реагент в органических синтезах, раскислитель сплавов, зажигательное средство. Горящий фосфор следует гасить песком (но не водой!). Чрезвычайно ядовит.

Получение в промышленности фосфора

• восстановление фосфорита раскаленным коксом (песок добавляют для связывания кальция):

Ca3(PО4)2 + 5С + 3SiО2 = 3CaSiO3 + 2Р + 5СО (1000 °С)

Пар фосфора охлаждают и получают твердый белый фосфор.

Красный фосфор готовят из белого фосфора (см. выше), в зависимости от условий степень полимеризации n (Pn) может быть различной.

Соединения фосфора

Фосфин РН3. Бинарное соединение, степень окисления фосфора равна — III. Бесцветный газ с неприятным запахом. Молекула имеет строение незавершенного тетраэдра [: Р(Н)3] (sр3-гибридизация).

Мало растворим в воде, не реагирует с ней (в отличие от NH3). Сильный восстановитель, сгорает на воздухе, окисляется в HNО3 (конц.). Присоединяет HI. Применяется для синтеза фосфорорганических соединений.

Сильно ядовит.

Уравнения важнейших реакций фосфина:

Получение фосфина в лаборатории:

СазP2 + 6НСl (разб.) = ЗСаСl + 2РНз

Оксид фосфора (V) P2O5. Кислотный оксид. Белый, термически устойчивый. В твердом и газообразном состояниях димер Р4О10 со строением из четырех тетраэдров [O=Р(O)3], связанных по трем вершинам (Р — О-P).

При очень высоких температурах мономеризуется до P2O5. Существует также стеклообразный полимер (Р205)п. Чрезвычайно гигроскопичен, энергично реагирует с водой, щелочами. Восстанавливается белым фосфором.

Отнимает воду у кислородсодержащих кислот.

Применяется как весьма эффективный дегидратирующий агент для осушения твердых веществ, жидкостей и газовых смесей, реагент в производстве фосфатных стекол, катализатор полимеризации алкенов. Ядовит.

Уравнения важнейших реакций оксида фосфора +5:

Получение: сжигание фосфора в избытке сухого воздуха.

Ортофосфорная кислота Н3Р04. Оксокислота. Белое вещество, гигроскопичное, конечный продукт взаимодействия P2O5 с водой.

Молекула имеет строение искаженного тетраэдра [Р(O)(OН)3] (sр3-гибридизадия), содержит ковалентные σ-связи Р — ОН и σ, π-связь Р=O. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворяется в воде (548 г/100 г Н20).

Слабая кислота в растворе, нейтрализуется щелочами, не полностью — гидратом аммиака. Реагирует с типичными металлами. Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакция — выпадение желтого осадка ортофосфата серебра (I). Применяется в производстве минеральных удобрений, для осветления сахарозы, как катализатор в органическом синтезе, компонент антикоррозионных покрытий на чугуне и стали.

Уравнения важнейших реакций ортофосфорной кислоты:

Получение фосфорной кислоты в промышленности:

кипячение фосфоритной руды в серной кислоте:

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 (конц.) = 2Н3РО4 + 3CaSO4

Ортофосфат натрия Na3PO4. Оксосоль. Белый, гигроскопичный. Плавится без разложения, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону, создает в растворе сильнощелочную среду. Реагируется в растворе с цинком и алюминием.

Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакция на ион РО43-

• образование желтого осадка ортофосфата серебра(I).

Применяется для устранения «постоянной» жесткости пресной воды, как компонент моющих средств и фотопроявителей, реагент в синтезе каучука. Уравнения важнейших реакций:

Получение: полная нейтрализация Н3Р04 гидроксидом натрия или по реакции:

Гидроортофосфат натрия Na2HPO4. Кислая оксосоль. Белый, при умеренном нагревании разлагается без плавления. Хорошо растворим в воде, гидролизуется по аниону. Реагирует с Н3Р04 (конц.), нейтрализуется щелочами. Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакция на ион НРО42- — образование желтого осадка ортофосфата серебра (I).

Применяется как эмульгатор при сгущении коровьего молока, компонент пищевых пастеризаторов и фотоотбеливателей.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: неполная нейтрализация Н3Р04 гидроксидом натрия в разбавленном растворе:

2NaOH + Н3РО4 = Na2HPO4 + 2H2O

Дигидроортофосфат натрия NaH2PO4. Кислая оксосоль. Белый, гигроскопичный. При умеренном нагревании разлагается без плавления. Хорошо растворим в воде, анион Н2Р04 подвергается обратимой диссоциации. Нейтрализуется щелочами. Вступает в реакции ионного обмена.

Качественная реакция на ион Н2Р04 — образование желтого осадка ортофосфата серебра(1).

Применяется в производстве стекла, для защиты стали и чугуна от коррозии, как умягчитель воды.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: неполная нейтрализация H3PО4 едким натром:

Н3РО4 (конц.) + NaOH (разб.) = NaH2PO4 + H2O

Ортофосфат кальция Са3(PO4)2— Оксосоль. Белый, тугоплавкий, термически устойчивый. Нерастворим в воде. Разлагается концентрированными кислотами. Восстанавливается коксом при сплавлении. Основной компонент фосфоритных руд (апатиты и др.).

Применяется для получения фосфора, в производстве фосфорных удобрений (суперфосфаты), керамики и стекла, осажденный порошок — как компонент зубных паст и стабилизатор полимеров.

Уравнения важнейших реакций:

Фосфорные удобрения

Смесь Са(Н2Р04)2 и CaS04 называется простым суперфосфатом, Са(Н2Р04)2 с примесью СаНР04 — двойным суперфосфатом, они легко усваиваются растениями при подкормке.

Наиболее ценные удобрения — аммофосы (содержат азот и фосфор), представляют собой смесь аммонийных кислых солей NH4H2PO4 и (NH4)2HPO4.

Хлорид фосфора (V) PCI5. Бинарное соединение. Белый, летучий, термически неустойчивый. Молекула имеет строение тригональной бипирамиды (sp3 d-гибридизация).

В твердом состоянии димер P2Cl10 с ионным строением РСl4+[РСl6]—. «Дымит» во влажном воздухе. Весьма реакционноспособный, полностью гидролизуется водой, реагирует со щелочами. Восстанавливается белым фосфором.

Применяется как хлорагент в органическом синтезе. Ядовит.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: хлорирование фосфора.

Кислородные соединения фосфора

Фосфор образует очень большое число различных оксидов и кислот. Среди них наиболее устойчивыми являются оксид фосфора (V) и соответствующая ему ортофосфорная, или фосфорная, кислота H3PO4.

При обычной температуре — белая воскообразная масса с т. пл. 23,5'С. Очень легко испаряется, имеет неприятный запах, очень ядовит. Существует в виде димеров Р4О6.

Способ получения

Р2О3 образуется при медленном окислении фосфора или при его горении в недостатке кислорода:

4Р + 3О2 = 2Р2О3

Р2О3 — кислотный оксид

Как кислотный оксид при взаимодействии с водой образует фосфористую кислоту:

Р2О3 + ЗН2О =2H3PO3

Но при растворении в горячей воде происходит очень бурная реакция диспропорционирования Р2О3:

2Р2О3 + 6Н2О = РН3 + ЗH3PO4

Взаимодействие Р2О3 со щелочами приводит к образованию солей фосфористой кислоты:

Р2О3 + 4NaOH = 2Na2HPO3 + Н2О

Р2О3 — очень сильный восстановитель

1. Окисление кислородом воздуха:

Р2О3 + О2 = Р2О5

2. Окисление галогенами:

Р2О3 + 2Cl2 + 5Н2О = 4HCl + 2H3PO4

Р2О5 — оксид фосфора (V)

При обычной температуре — белая снегоподобная масса, не имеет запаха, существует в виде димеров Р4О10. При соприкосновении с воздухом расплывается в сиропообразную жидкость (НРO3). Р2О5 — самое эффективное осушающее средство и водоотнимающий агент. Применяется для осушения нелетучих веществ и газов.

Р2О5 — типичный кислотный оксид

Как кислотный оксид Р2О5 взаимодействует:

а) с водой, образуя при этом различные кислоты

Р2О5 + Н2О = 2HPO3 метафосфорная

Р2О5 + 2Н2О = Н4Р2О7 пирофосфориая (дифосфорная)

Р2О5 + ЗН2О = 2H3PO4 ортофосфорная

б) с основными оксидами, образуя фосфаты Р2О5 + ЗВаО = Ва3(PO4)2

в) со щелочами, образуя средние и кислые соли

Р2О5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + ЗН2О

Р2О5 + 4NaOH = 2Na2HPO4 + Н2О

Р2О5 + 2NaOH = 2NaH2PO4 + Н2О

Р2О5 — водоотнимающий агент

Фосфорный ангидрид отнимает у других веществ не только гигроскопическую влагу, но и химически связанную воду. Он способен даже дегидратировать оксокислоты:

Р2О5 + 2HNО3 = 2HPO3 + N2О5

Р2О5 + 2НСlО4 = 2HPO3 + Сl2О7

Это используется для получения ангидридов кислот.

Фосфорные кислоты

Фосфор образует только 2 устойчивых оксида, но большое число кислот, в которых он находится в степенях окисления +5, +4, +3, +1. Строение наиболее известных кислот выражается следующими формулами

Как видно из этих формул, фосфор во всех случаях образует пять ковалентных связей, т.е. имеет валентность, равную V. В то же время степени окисления фосфора и основность кислот различаются.

Наибольшее практическое значение имеют ортофосфорная (фосфорная) и ортофосфористая (фосфористая) кислоты.

H3PO4 — фосфористая кислота

Важная особенность фосфористой кислоты обусловлена строением ее молекул. Один из 3-х атомов водорода связан непосредственно с атомом фосфора, поэтому не способен к замещению атомами металла, вследствие чего эта кислота является двухосновной. Формулу фосфористой кислоты записывают с учетом этого факта следующим образом: Н2[НРО3]

Является слабой кислотой.

Способы получения

1. Растворение Р2О3 в воде (см. выше).

2. Гидролиз галогенидов фосфора (III): PCl3 + ЗН2О = Н2[НРО3] + 3HCl

3. Окисление белого фосфора хлором: 2Р + 3Cl2 + 6Н2О = 2Н2[НРО3] + 6HCl

Физические свойства

При обычной температуре H3PO3 — бесцветные кристаллы с т. пл. 74°С, хорошо растворимые в воде.

Кислотные функции

Фосфористая кислота проявляет все свойства, характерные для класса кислот: взаимодействует с металлами с выделением Н2; с оксидами металлов и со щелочами. При этом образуются одно — и двухзамещенные фосфиты, например:

Н2[НРО3] + NaOH = NaH[HРО3] + Н2О

Н2[НРО3] + 2NaOH = Na2[HРО3] + 2Н2О

Восстановительные свойства

Кислота и ее соли — очень сильные восстановители; они вступают в окислительно-восстановительные реакции как с сильными окислителями (галогены, H2SО4 конц., К2Сr2O2), так и с достаточно слабыми (например, восстанавливают Au, Ag, Pt, Pd из растворов их солей). Фосфористая кислота при этом превращается в фосфорную.

Примеры реакций:

H3PO3 + 2AgNO3 + Н2О = H3PO4 + 2Ag↓ + 2HNO3

H3PO3 + Cl2 + Н2О = H3PO4 + 2HCl

При нагревании в воде Н3РO3 окисляется до H3PO4 с выделением водорода:

H3PO3 + Н2О = H3PO4 + Н2

Фосфиты — соли фосфористой кислоты

Двухосновная фосфористая кислота образует два типа солей:

а) однозамещенные фосфиты (кислые соли), в молекулах которых атомы металлов связаны с анионами Н2Р03.

Примеры: NaH2PO3, Са(H2PO3)

б) двухзамещенные фосфиты (средние соли), в молекулах которых атомы металлов связаны с 2- 1 анионами HPO3.

Примеры: Na2HPO3, СаHPO3.

Большинство фосфитов плохо растворимы в во-де, хорошо растворяются только фосфиты щелочных металлов и кальция.

Н3РO4 — ортофосфорная кислота

3-основная кислота средней силы. Диссоциация протекает в основном по 1-й ступени:

Н3РO4 → Н+ + Н2РO4-

По 2-й и 3-й ступеням диссоциация протекает в ничтожно малой степени:

Н2РO4- → Н+ + НРO42-

НРO42- → Н+ + РO43-

Качественная реакция на анион РO43-

Реактивом для обнаружения анионов РO43- (а также НРO42- , Н2РO4-) является раствор AgNO3, при добавлении которого образуется нерастворимый желтый фосфат серебра:

ЗАg+ + РO43- = Аg3РO4↓

Образование сложных эфиров

Сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты являются структурными фрагментами природных биополимеров — нуклеиновых кислот.

Фосфатные группы входят также в состав ферментов и витаминов.

Фосфаты. Фосфорные удобрения

Н3РO4 как 3-основная кислота образует 3 типа солей, которые имеют большое практическое значение.

Растворимые соли фосфорной кислоты в водных растворах подвергаются гидролизу.

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

1. Фосфоритная мука — тонкоизмельченный природный фосфат кальция Са3(РO4)2

2. Простой суперфосфат — Са3(РO4)2 + 2H2SO4 = Са(Н2РO4)2 + 2CaSO4

3. Двойной суперфосфат — Са3(РO4)2 + 4Н3РO4 = ЗСа(Н2РO4)2

4. Преципитат — Са(ОН)2 + Н3РO4 = СаНРO4 + 2Н2О

5. Аммофос — NH3 + Н3РO4 = NH4Н2РO4;

2NH3 + Н3РO4 = (NH4)2HРO4

6. Аммофоска — Аммофос + KNO3

Фосфоритная мука — правила внесения удобрения в саду и огороде

Основные элементы питания для растений: калий, азот и фосфор. Фосфор находится в почве при подкормке минеральными и органическими удобрениями. Многие из них получается химическим путём. Но мы познакомился с одним, который берут из природы. Это фосфоритная мука — удобрение, получаемое из горных пород.

Что это такое?

Фосфориты являются осадочными горными породами, состоящими из более чем 50 минералов.

Фосфоритную муку производят промышленным способом, добывая в горах минералы группы апатитов, которые образованы органическими костными отложениями несколько сотен тысяч лет назад. Куски породы очищают от земли и глины, вывозят на поверхность, где из ещё раз обрабатывают от остатков примесей. Затем перемалывают, получают порошок серого или бурого цвета.

Удобрение экологично и натурально. Не вымывается грунтовыми водами и не опускается в нижние слои почвы.

Фосфор, который есть в составе фосфоритной муки, начинает освобождаться только через несколько месяцев.

Состав, свойства, применение и достоинства фосфоритной муки как удобрения:

• химическая формула фосфоритной муки — Ca3(PO4)2;
• содержит до 30% фосфора, кальций, магний, микроэлементы;
• практически не растворяется в воде;
• низкая цена;
• безвредно для окружающей среды;
• медленно растворяется в грунте, а также в яблочной и лимонной кислотах;
• полностью растворима в смеси соляной и азотной кислоты.

Правила внесения фосфоритной муки и принцип её действия:

1. Так как удобрение долгодействующее, то вносится 1 раз в 5 лет, под посадки многолетников.
2. При выращивании растений с неглубокой корневой системой, мука засыпается почти по поверхности. Если корни уходят вглубь, то на дно посадочной ямы.
3. Так как удобрение является фосфатной солью, то не взаимодействует со щелочной и водной средой. Применяется для лучшего эффекта на кислых почвах или вкупе с добавлением кислоты, например, с торфом — в нем много кислот.
4. При превышении концентрации в почве для растений не опасна.
5. При посадке плодово-ягодных саженцев вносят вокруг приствольного круга и перекапывают.

Нельзя смешивать с гашеной известью, золой, мелом, доломитовой мукой.

Польза фосфоритной муки для растений

Вещества в составе фосмуки помогают лучше усваивать растениям калий и азот, участвуют в обмене веществ и процессе размножения, усиливают защиту растений, укрепляют корневую систему, улучшают морозостойкость, проводят к корням посадок дополнительное тепло.

Кальций, содержащийся в удобрении, помогает развиваться растениям, участвует в процессе образования завязей и плодов, кремний дает упругость стеблям и стволам.

В целом фосмука способствует снижению содержания в грунте болезнетворных микроорганизмов и повышению сахара в корнеплодах, улучшает вкус плодов и овощей.

Взаимодействуя с почвенными или дополнительными кислотами, постепенно разлагается на необходимые всходам элементы.

Фосфориты, при внесении в грунт, образуют форму, которую цветы и деревья хорошо усваивают. Но количество усвоения фосфора многолетними цветами и кустарниками зависит от возраста растения. Чем старше посадки, тем больше фосфора они получают.

При применении удобрения улучшается внешний вид и всхожесть газонной травы.

Все эти плюсы, вкупе с невысокой ценой, обеспечивают неизменно хороший спрос на фосфоритную муку у огородников.

Признаки недостатка и переизбытка фосфора у растений

Так как фосфор является одним из важных элементов питания, то легко заметить его нехватку у различных культур:

1. Пожелтение и побеление листьев. Иногда смена цвета на красный.
2. Появление на листьях светлых пятен.
3. Вялость стеблей.
4. Недостаточное количество завязей и бутонов.
5. Задержка роста растения и корней.
6. Плоды падают.
7. На растении мельчают листья.
8. На газоне остаются проплешины.
9. У роз искривленные стволики. Листья с фиолетовым оттенком.
10. Пшеница, рожь, злаки становятся разветвленными, медленно растут.
11. Початки кукурузы уродливой формы, недоразвиты.
12. У картофеля слабые маловетвистые побеги. Куст сжат. Листья во время образования клубней становятся черными и отмирают. На корнях появляются рыжие пятна.
13. Опадание и покраснение листьев у томатов, расположение их под острым углом.
14. Истончение веток у яблони.
15. Покраснение и загиб краев листочков подсолнечника и табака.
16. Пурпурная листва у капусты и брюквы.
17. Слабое образование усов клубники и земляники.
18. Сахарная свекла имеет ослабленные листья с голубым оттенком.

Первые признаки фосфорного голодания появляются не сразу, а только через 2 месяца. Старые растения при нехватке фосфора некоторое время берут его из своих корней, молодые этого сделать не могут, они погибают.

Если в почву внесено много фосфорных удобрений, это тоже может угнетающе влиять на растения.

Признаки избытка фосфора:

1. Опадание листьев, их пожелтение, пятна.
2. Быстрое старение растения.
3. Повышенное потребление воды.
4. Препятствие усвоению азота и калия.
5. Нарушение усвоения железа и цинка.
6. Растение быстро стареет.
7. Листья томатов желтеют.

Суперфосфат

Суперфосфат является, как и мука, природным удобрением, но состав его несколько отличается. Помимо кальция и магния, он содержит серу, поэтому прекрасно подходит для подкормки злаковых и крестоцветных культур. Обладает более кислой реакцией.

Суперфосфат обладает быстродействием, поэтому его вносят в почву периодически, ежемесячно, начиная с мая. Последнее удобрение можно закопать под зиму. В отличие от фосмуки, его нельзя вносить в кислую почву, эффекта не будет. Применяется только на нейтральных и щелочных грунтах.

Двойной суперфосфат

Тот же суперфосфат, но концентрация фосфора в 2 раза выше. Применяют для подкормок, первый раз проводят осенью. Дозу обязательно смотрят на инструкции. В течение всего периода вегетации проводят корневые поливы.  В большинстве случаев дозу делят пополам, или добавляют в 2 раза реже, обращая внимание на состояние растений.

Кислотность почвы можно определить самостоятельно. Нужно взять листики черной смородины, залить кипятком, дать настояться. В раствор засыпать землю. Если жидкость стала синей, почва щелочная, зеленой — нейтральная розовой — кислая.

Фосфорная мука используется не только как подкормка растений, она прекрасно справляется с переработкой компоста, разлагаясь в нем на необходимые микро и макро элементы.

Нормы внесения для открытого грунта: вносится под растения путём перекапывания грунта. 100-300 г удобрения на 1 м² до посева раз в 5 лет. При перекапывании и рыхлении почвы осенью, перед высадкой растений весной. Земля при этом должна быть увлажнена, а мучной порошок равномерно рассыпан по участку.

Для компоста: при добавлении фосмуки в компост он становится более насыщенным фосфором и азотом, быстрее происходит его созревание. На 1 т компоста вносят 2-3 кг муки.

По принципу усвоения фосфора растения делят на несколько групп:

РастенияСтепень усвоения фосфораОсобенность произрастания

Меры безопасности

Вещество малотоксичное, относится к 4 классу опасности, но не исключает осторожного обращения с ним, соблюдения правил техники безопасности:

1. Так как мука является очень мелким порошком, она сильно пылит. Работать необходимо, используя респиратор или хотя бы марлевую повязку.
2. Нельзя проводить фосмукой внекорневые подкормки.
3. После работы обязательно смыть с открытых участков остатки удобрения.
4. Не протирать глаза рукой во время применения препарата, в случае занесения в органы зрения промыть и обратиться к врачу.
5. Если вы вдохнули удобрение, прополощите рот и выпейте раствор с активированным углем.
6. Хранить в недоступном месте для детей и животных месте.