Фосфордың қышқылдары
Фосфор оксидтері мен қышқылдары
Фосфор оттекпен әрекеттескенде негізінен екі маңызды оксид түзеді: фосфор(III) оксиді және фосфор(V) оксиді. Осы оксидтерге сәйкес бірнеше қышқылдар түзіледі. Олардың түзілуі, қасиеттері және қолданылуы фосфор химиясының негізгі бөлімдерінің бірі болып саналады.
Негізгі ұғымдар
- Фосфор(III) оксиді көбіне P₂O₃ (нақтырақ: P₄O₆) түрінде сипатталады.
- Фосфор(V) оксиді көбіне P₂O₅ (нақтырақ: P₄O₁₀) деп жазылады және өте гигроскопиялық.
- Фосфордың тотығу дәрежесі +3 болған қосылыстар көбіне тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді.
Фосфор(III) оксиді және фосфорлы қышқыл
Фосфорды оттек жеткіліксіз жағдайда біртіндеп қыздырғанда фосфор(III) оксиді түзіледі:
Түзілу реакциясы
4P + 3O₂ → 2P₂O₃
Төмен температурада бұл оксид көбіне димер түрінде болады: P₄O₆. Фосфор(III) оксиді — ақ түсті кристалл зат.
Фосфор(III) оксиді бөлме температурасында сумен әрекеттесіп фосфорлы қышқыл түзеді:
Сумен әрекеттесуі
P₂O₃ + 3H₂O → 2H₃PO₃
Қасиеттері және тұздары
Фосфорлы қышқыл (H₃PO₃) — суда жақсы еритін ақ түсті кристалл. Бұл қосылыстарда фосфордың тотығу дәрежесі +3 болғандықтан, олар көбіне күшті тотықсыздандырғыш ретінде сипатталады.
Фосфорлы қышқыл іс жүзінде екі негізді қышқыл ретінде әрекет етеді, ал оның тұздары фосфиттер деп аталады.
- Натрий дигидрофосфиті: NaH₂PO₃
Ескерту: берілген бастапқы мәтінде кейбір тұз атаулары мен формулалары қайталанып/қате жазылған. Мұнда кең таралған жазылымы келтірілді.
Фосфор(V) оксиді және фосфор қышқылдары
Фосфор ауада (немесе оттек артық мөлшерінде) жанғанда фосфор(V) оксидін түзеді:
Түзілу реакциясы
4P + 5O₂ → 2P₂O₅
Фосфор(V) оксиді — өте гигроскопиялық ақ түсті кристалл (немесе ұнтақ) зат. Ол су сіңіргіш (кептіргіш) ретінде кең қолданылады.
Сумен әрекеттесуі: мета-, пиро- және ортофосфор қышқылдары
Фосфор(V) оксиді суды біртіндеп сіңіріп, әртүрлі қышқылдарға айналады. Алғашқы сатыда метафосфор қышқылы түзілуі мүмкін:
Метафосфор қышқылы
P₂O₅ + H₂O → 2HPO₃
Метафосфор қышқылдары көбіне полимерленген түрде кездеседі және жалпы (HPO₃)ₙ деп жазылады.
Пирофосфор қышқылы
P₂O₅ + 2H₂O → H₄P₂O₇
Ортоқышқылды қыздырғанда су бөлініп, дифосфор (пиро) қышқылы түзілуі мүмкін.
Ортофосфор қышқылы
P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄
Ең маңыздысы — ортофосфор қышқылы (H₃PO₄), яғни «жай» фосфор қышқылы.
Ортофосфор қышқылының қасиеттері
- Таза H₃PO₄ — ақ түсті кристалл зат; шамамен 42,35 °C-та балқиды.
- Суда жақсы ериді, ұшпайды және салыстырмалы түрде тұрақты.
- Күші орташа, үш негізді қышқыл; суда диссоциациясы үш сатыда жүреді.
- Азот қышқылынан айырмашылығы, тотықтырғыш қасиет айқын көрсетпейді.
Диссоциация сатылары (жалпы түрі)
I саты: H₃PO₄ ⇌ H⁺ + H₂PO₄⁻
II саты: H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻
III саты: HPO₄²⁻ ⇌ H⁺ + PO₄³⁻
Бастапқы мәтіндегі кейбір теңдеулерде индекстер мен зарядтар бұрмаланған; мұнда стандартты жазылым берілді.
Өнеркәсіпте ортофосфор қышқылын алу
Өнеркәсіпте фосфор қышқылын негізінен екі әдіспен алады: экстракциялық және термиялық.
Экстракциялық әдіс
Табиғи фосфаттарды (фосфориттерді) күкірт қышқылымен өңдейді. Нәтижесінде фосфор қышқылы ерітіндіде қалады, ал кальций сульфаты тұнбаға түседі:
Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 3CaSO₄↓
Бұл әдіспен алынған қышқылда қоспалар көп болуы мүмкін, сондықтан оны көбіне тыңайтқыштар өндіруге қолданады.
Термиялық әдіс
Әдіс бірнеше сатыдан тұрады: алдымен фосфаттарды тотықсыздандырып фосфор алады, кейін фосфорды жағып P₂O₅ түзеді, соңында оны сумен әрекеттестіріп қышқыл алады.
1) Фосфор алу (тотықсыздандыру)
2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ → 4P + 6CaSiO₃ + 10CO↑
2) Фосфорды тотықтыру
4P + 5O₂ → 2P₂O₅
3) Оксидті гидратациялау
P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄
Термиялық әдіспен алынған қышқыл әдетте таза әрі концентрлі болады (өнеркәсіпте концентрациясы жоғары ерітінділер алынады).
Фосфор(V) оксидінің (ангидридтің) ерекшелігі
Фосфор(V) оксиді (фосфор ангидриді) суды өте белсенді сіңіреді және қышқылдық оксид ретінде негіздік оксидтермен және гидроксидтермен әрекеттеседі. Осы қасиеті оның газдар мен сұйықтарды кептіруде қолданылуына мүмкіндік береді.
Негіздік оксидтер және сілтілермен әрекеттесуі (мысалдар)
Негіздік оксидпен
3BaO + P₂O₅ → Ba₃(PO₄)₂
Сілтімен
6NaOH + P₂O₅ → 2Na₃PO₄ + 3H₂O
Бастапқы мәтіндегі кейбір реакция теңдеулері мен индекстері бұрмаланған; мұнда мектеп және ЖОО курсында қолданылатын стандартты мысалдар берілді.
Фосфор қышқылдарының жіктелуі
Фосфор бірнеше қышқыл түзеді. Төмендегі кестеде кең таралған қышқылдар, олардың негізділігі және тұздарының атаулары жинақталған.
| Формуласы | Атауы | Негізділігі | Тұздарының атауы |
|---|---|---|---|
| H₃PO₂ | Гипофосфорлы қышқыл | 1 | гипофосфиттер |
| H₄P₂O₅ | Дифосфорлы қышқыл (сирек) | 2 | дифосфиттер |
| H₃PO₃ | Фосфорлы қышқыл | 2 | фосфиттер |
| H₄P₂O₆ | Фосфорлау қышқылы (сирек) | 4 | гипофосфаттар |
| (HPO₃)ₙ | Метафосфор қышқылы | 1 | метафосфаттар |
| H₄P₂O₇ | Дифосфор (пиро) қышқылы | 4 | дифосфаттар (пирофосфаттар) |
| H₃PO₄ | Ортофосфор қышқылы | 3 | ортофосфаттар |
Лабораторияда фосфор қышқылын алу (мысал)
Лабораториялық жағдайда ортофосфор қышқылын фосфорды азот қышқылы ерітіндісімен тотықтыру арқылы алуға болады:
3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO↑
Қорытынды
Фосфордың оксидтері — фосфор(III) және фосфор(V) оксидтері — сәйкесінше фосфорлы және фосфор қышқылдарының түзілуіне негіз болады. Әсіресе ортофосфор қышқылы өндірісте маңызды орын алады: экстракциялық әдіс тыңайтқыш өндірісінде, ал термиялық әдіс жоғары тазалықтағы қышқыл алуда кең қолданылады.