ФОСФАТЫ

[no_toc] Что такое фосфаты — это соли фосфорных кислот, в которых фосфор находится в высшей степени окисления (+ 5). Основные структурные звенья в анионах фосфата— тетраэдры РО₄.

В зависимости от способа соединения тетраэдров РО₄ образуются цепные, кольцевые, разветвленные полимерные соединения, или, как их в общем еще называют, конденсированные фосфаты (полифосфаты, полиметафосфаты, ультрафосфаты) . Одиночные тетраэдры РО4, представляющие собой трехзарядные   анионы РО⁻₄³, характерны для ортофосфатов.

Ортофосфаты—соли ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄). Различают ортофосфаты средние, или трехзамещенные, напр. Ca₃(PО₄)₂, MgNH₄PО₄, и кислые:   гидроортофосфаты,   или двузамещенные,   напр.   Na₂HPО₄, СаНРО₄, и дигидроортофосфаты, или однозамещенные, напр.

Са(Н₂РО₄)₂, NH₄H₂PО₄.   Среди  природных  фосфатов наиболее   распространены  минералы фосфорит Са₃(РО₄)₂ и   апатит Са₅(ОН, Cl, F) (РО₄)₃. Из средних ортофосфатов и гидроортофосфатов в воде растворимы только фосфаты щелочных металлов и аммония. Средние ортофосфаты тория, титана, циркония, гафния, олова и висмута не растворимы даже в сильных кислотах. Дигидрофосфаты   достаточно   хорошо   растворяются в воде.

Ортофосфаты щелочных металлов в водных растворах частично подвергаются гидролизу и. используются для приготовления буферных растворов. Средние ортофосфаты не разлагаются при нагревании: Na₃PО₄ плавится при т-ре 1340° С, Са₃(РО₄)₂ — при   т-ре   1610° С,   за исключением тех случаев, когда катион термически неустойчив.

Растворимые в воде или к-тах средние ортофосфаты можно превратить в кислые действием на них к-т. Кислые ортофосфаты получают также неполной нейтрализацией ортофосфатной к-ты соответствующими окислами, гидроокисями или карбонатами. Плохо растворимые в воде ортофосфаты получают обычно реакциями обмена.

Полифосфаты

При прокаливании кислые ортофосфаты отщепляют воду и в зависимости от температурного режима превращаются в линейные полифосфаты или циклические полиметафосфаты. Полифосфаты — соли     полифосфорных  к-т Hn+2PnО3n+1 (n — степень поликонденсации). Могут быть в  кристаллическом или  аморфном (стеклообразном)   состоянии.

Кристаллическое строение имеют средние и кислые дифосфаты (пирофосфаты) натрия,  калия и аммония,   напр. Na₄P₂О₇, K4P2О7-3H20, (NH4)4P207, триполифосфаты      (Na5P3O10- 6Н20, К3Н2Р3О10 и др.), тетраполифосфаты (Ва3Р4013, Рb3Р4013). Все полифосфаты, за исключением солей щелочных металлов, плохо растворимы в воде.

Под воздействием воды, особенно при нагревании, полифосфаты могут превращаться в ортофосфаты. Нестойки они и в расплавленном состоянии. Полифосфаты щелочных металлов в водных растворах диссоциируют, образуя высокозарядные анионы, к-рые хорошо адсорбируются различными частичками, пептизируя их, и, кроме того, подвергаясь гидролизу, создают в растворе щелочную среду.

Для полифосфатов  характерна  высокая вязкость, электр. и оптическая анизотропия. Получают их чаще всего дегидратацией кислых ортофосфатов. Гетерополифосфаты— производные ортофосфорной кислоты, в к-рой кислород частично или полностью замещен анионами др. к-т — гетерополиортофосфорные кислоты и их соли, напр. (NH₄)₃P(Mo₃O₁₀)₄.

Тетратримолибдатоортофосфаты и тетратривольфраматоортофосфаты аммония, калия, рубидия и цезия — кристаллические вещества желтого цвета, плохо растворимые в воде, чем пользуются в анализе для определения иона РО⁻₄³  или для отделения рубидия и цезия от остальных щелочных металлов.

Органические производные ортофосфатов играют важную роль в физиологических процессах (нуклеиновые кислоты,  фосфатиты, нуклеотиды). Полиметафосфаты соли полиметафосфорных кислот НnРnО₃n, где n = 3—8 (эти соли иногда наз. метафосфатами).

В отличие от ортофосфатов ядовиты (как и соответствующие кислоты). Наиболее изучены три- и тетраметафосфаты. В воде хорошо растворимы только метафосфаты щелочных металлов, аммония и магния. При сильном нагревании полиметафосфаты частично отщепляют фосфорный ангидрид и переходят сначала в дифосфаты, а затем, при более высокой т-ре, в ортофосфаты.

Малостабильны полиметафосфаты и в щелочных растворах — происходит расщепление циклов с образованием цепных полифосфатов. Хим. активность расплавленных метафосфатов щелочных металлов значительно повышается при добавлении соответствующих хлоридов и особенно фторидов.

В ультрафосфатах молярное соотношение ка-ионных окислов к фосфорному ангидриду 0 < М₂О : Р₂О₆ < 1. Большинство ультрафосфатов (лития, натрия, калия, кальция, серебра, илатины, свинца, кадмия) находятся в стеклообразном состоянии. К кристаллическим относятся ультрафосфаты

СаО • 2Р₂O₅ и СаО • 3Р₂О₆

Для стеклообразных ультрафосфатов характерны медленная растворимость и растрескивание в воде. По отношению к воде ультрафосфаты менее стойки, чем полифосфаты и полиметафосфаты, они легче подвергаются гидролизу, образуя более стабильные поли- и метафосфаты. Получают ультрафосфаты обычно нагреванием смеси фосфорного ангидрида с соответствующим метафосфатом.

Применение фосфатов

Фосфорит и апатит являются сырьем для получения фосфора, фосфорной к-ты, фосфатных удобрений, матовых стекол, эмалей, огнестойких материалов и т. п. Кристаллы дигидроортофосфатов кальция и аммония используют как пьезо- и сегнетоэлектрики. Гидроортофосфаты аммония применяют как удобрения, а в виде аэрозоля — как средство тушения больших пожаров.

Некоторые окислы и гидроокиси металлов, напр. ТiO₂, CuO, MgO, Аl₂O₃, Аl(ОН)₃, ZnO, Fe₂O₃, после смешивания с ортофосфорной к-той (затворения) образуют тестообразные цементные массы, способные прочно «схватываться». На этой основе разработаны фосфатные цементы и связки, применяемые не только в промети, но и в медицине (напр., зубные цинкофосфатный и силикофосфатный цементы).

Триполифосфат натрия Na₅P₃O₁₀ используют для изготовления искусственных моющих средств. Полифосфаты применяют как ионообменные вещества для смягчения воды, а также как сильные комплексообразователи.

Статья на тему фосфаты