Фосфаты

Фосфаты, соли и эфиры фосфорных кислот. Из солей различают ортофосфаты и полимерные (или конденсированные) фосфаты. Последние делят на полифосфаты, имеющие линейное строение фосфат-анионов, метафосфаты с кольцеобразным (циклическим) фосфат-анионом и ультрафосфаты с сетчатой, разветвленной структурой фосфат-аниона. К фосфатам относят также весьма стойкие соединения – фосфаты бора BPO4 и алюминия AlPO4 (хотя правильнее было бы считать их смешанными ангидридами P2O5 и B2O3; P2O5 и Al2O3).

  Ортофосфатысоли ортофосфорной кислоты H3PO4 – известны одно-, двух- и трёхзамещённые. Однозамещённые ортофосфаты, содержащие анион H2PO4, растворимы в воде, из двух- и трёхзамещённых ортофосфатов, содержащих соответственно анионы HPO42- и PO43-, растворимы только соли щелочных металлов и аммония. Трёхзамещённые ортофосфаты, за исключением триаммоний фосфата (NH4)3PO4×3H2O, термически устойчивы; трикальцийфосфат заметно диссоциирует лишь при температурах выше 2000 °С (диссоциация улучшается под вакуумом): Ca3(PO4)2 = 3CaO + P2O5. При нагревании одно- и двухзамещённых ортофосфатов происходит их дегидратация с выделением структурной воды и образованием полимерных (линейных или кольцевых) фосфатов по схеме:

(n-2) MeH2PO4 (2Me2HPO4 (Men + 2PnO3n + 1 + (n-1) H2O

(где n – степень полимеризации).

  Все встречающиеся в природе соединения фосфора представляют собой ортофосфаты (см. Фосфаты природные). В промышленности растворимые в воде ортофосфаты получают по следующей схеме: 1) производство из природных фосфатов (главным образом апатитов) ортофосфорной кислоты (см. Фосфорные кислоты); 2) взаимодействие ортофосфорной кислоты с гидроокисями, аммиаком, хлоридами или карбонатами, например:

H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4

H3PO4 + KCl = KH2PO4 – HCl

  Труднорастворимые ортофосфаты тяжелых металлов (например, Ag, Cu) образуются в результате обменных реакций, например:

2Na2HPO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4 + 3NaNO3 + NaH2PO4

  Полимерные фосфаты различных структурных типов могут быть описаны формулами: линейные полифосфаты Men + 2PnO3n + 1, или

кольцевые метафосфаты MenPnO3n, или

(где n – степень полимеризации).

  Свойства полимерных фосфатов зависят от характера катиона, строения фосфат-аниона, степени полимеризации, структуры фосфата и др. Так, например, растворимость линейных полифосфатов, как правило, падает с увеличением степени полимеризации, но может быть увеличена путём модифицирования полифосфатов, например изменением скорости охлаждения расплава.

  Получают полимерные фосфаты (линейные и кольцевые) в основном термической дегидратацией одно- и двухзамещённых ортофосфатов или нейтрализацией соответствующих поли- или мета- (циклических) фосфорных кислот:

Hn + 2PnO3n + 1 + nNH3 = (NH4) n H2PnO3n + 1

(иногда эти процессы совмещаются, как, например, при высокотемпературной аммонизации ортофосфорной кислоты для получения полифосфатов аммония). В промышленных масштабах эти способы используют для получения пиро-, триполифосфатов натрия (соответственно Na4P2O7, Na5P3O10) и в меньшей степени – калия, а также полимерных метафосфатов (натрий-фосфатные стекла, метафосфат калия и др.).

  Из циклических метафосфатов наиболее изучены тримета-, тетрамета-, гексамета- и октаметафосфаты.

  Ультрафосфаты – соединения общей формулы MenRPnOn (5 + R)/2, где R = Me2O/P2O5, как правило, аморфные, стеклообразные вещества, гигроскопичные, легко гидролизующиеся на воздухе с образованием поли- и метафосфатов. Последние в присутствии большого количества воды могут гидролизоваться за счёт полного расщепления Р–О–Р-связей вплоть до ортофосфатов. Выделенные в кристаллическом виде ультрафосфаты кальция, магния, марганца и некоторых лантаноидов, как правило, не гигроскопичны. Ультрафосфаты образуются в результате термической дегидратации смеси ортофосфатов с фосфорными кислотами или с фосфорным ангидридом, т. е. при наличии условия

О < Me2O/P2O5 < 1.

  Фосфаты кальция, аммония, калия и др. широко применяются в качестве фосфорных удобрений. В 70-е гг. 20 в. выросло производство кормовых фосфатов [например, обесфторенные фосфаты, преципитат, динатрийфосфат, фосфаты мочевины – H3PO4×(NH2)2CO и др.]. Фосфаты натрия и калия (особенно триполифосфаты) применяют в качестве компонентов жидких и порошкообразных моющих средств и поверхностно-активных веществ при буровых работах, в цементной, текстильной промышленности при подготовке шерсти, хлопка к белению и крашению. Фосфаты используют в пищевой промышленности в качестве рыхлителей теста, например (NH4)2HPO4. Некотоpые фосфаты (например, BPO4) применяют в качестве катализаторов в реакциях органического синтеза. Фосфаты преимущественно щелочных металлов входят в состав эмалей, глазурей, стекол, огнестойких материалов (как антипирены), а также мягких абразивов; они используются при фосфатировании металлов (Mg, Fe, Zn). Кристаллы однозамещённых фосфатов калия, аммония применяются как сегнетоэлектрики и пьезоэлектрические материалы. Фосфаты используются в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарственных препаратов (например, фосфакол, АТФаденозинтрифосфат и др.), зубных паст и порошков.

  Л. В. Кубасова.

  Из эфиров фосфорных кислот наиболее известны одно-, двух- и трёхзамещённые ортофосфаты, соответственно ROP (O)(OH)2, (RO)2P (O) OH и (KO)3PO (где R – алкил, арил или гетероциклический остаток). Получаются при взаимодействии POCl3 со спиртами:

POCl3 + 3ROH ® (RO)3PO

POCl3 + 2ROH ® (RO)2P (O) Cl  (RO)2P (O) OH

и др. способами.

  Применяются как пестициды, присадки к маслам, экстрагенты и т.д. Некоторые органические фосфаты (нуклеиновые кислоты, аденозинфосфорные кислоты) выполняют важные функции в живых организмах.

  Э. Е. Нифантьев.

 

  Лит.: Продан Е. А., Продан Л. И., Ермоленко Н. Ф., Триполифосфаты и их применение, Минск, 1969; см. также лит. при ст. Фосфор.


Фосфаты.


Плохо отображается? Напишите ниже или на почту