ФОСФАТЫ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ

ФОСФАТЫ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ, соли конденсированных фосфорных K-T (см. Фосфора кислоты, Фосфаты неорганические), в к-рых степень окисления фосфора +5. Подобно к-там образуют гомологич. ряды с цепочечным, циклич. и разветвленным строением аниона. Построены из тетраэдров PO4, связанных общими кислородными вершинами. Получены в аморфном, стеклообразном и кристаллич. виде. Способность к кристаллизации меняется в зависимости от мол. м. аниона. Так, в ряду цепочечных фосфатов 5025-27.jpg моно- (п=1)и дифосфат (п = 2) кристаллизуются легко и аморфное состояние для них нехарактерно; трифосфат (n = 3) м. б. получен в кристаллич., высоковязком и стеклообразном состояниях, средние члены ряда не кристаллизуются, а высокомол. соед. образуют неск. кристаллич. модификаций. Такая закономерность объясняется на основе теории перестройки цепей Ван Везера: при больших n разница между св-вами цепей разл. длины нивелируется и фосфатные смеси ведут себя подобно индивидуальным солям с n = 1-3, способным кристаллизоваться.

Цепочечные фосфаты (п о л и ф о с ф а т ы). Анионы полифосфатов построены в виде цепей:

5025-28.jpg

При n > 3 цепь содержит две концевые и переменное кол-во срединных групп PO4, ф-ла 5025-29.jpg (I) соответствует коротким цепям, ф-ла 5025-30.jpg (П) - длинным цепям 5025-31.jpg , на концах к-рых имеются группы ОН. Условно ряд делят на 3 группы: олигофосфаты (n< 30-35), к-рые м. б. разделены методом ионообменной хроматографии и отделены от соед. P в степенях окисления от +1 до +4, при малых п кристаллизуются; среднемол. фосфаты (30-35 < п < 100-200) - некристаллизующиеся смеси, м. б. разделены на фракции, к-рые характеризуются средней длиной цепи т, средней мол. массой, видом ф-ции MMP анионов; высокомол. фосфаты (п > 102-103) образуют аналогичные фракции, нек-рые кристаллизуются. Индивидуальные фосфаты обозначают Pn, смесевые фракции - Рт. Известно не менее 6 типов цепочек анионов высокомол. средних фосфатов 5025-32.jpg (рис. 1, a-e). B солях Rb и Cs (a), Li (низкотемпературная форма) и К (б) двучленные цепи содержат повторяющуюся структурную единицу, состоящую из двух тетраэдров PO4. Цепи анионов соли Na и высокотемпературной соли Маддрелла (в, см. Натрия фосфаты)являются трехчленными, а солей Pb и Ca (г) - четырехчленными. У серебряной и натриевой соли Курроля-А (д)и натриевой соли Курроля- В (е)цепи завиваются в спираль по-разному.

5025-33.jpg

При плавлении, переходе в аморфное состояние, образовании вязкой массы индивидуальные полифосфаты превращаются в смесевые фракции (Pn5025-34.jpgPm). В воде раств. лишь полифосфаты щелочных металлов. В водных р-рах фосфаты Pn и Рm нестабильны и разлагаются до ортофосфатов, р-ция ускоряется при нагр., понижении рН, добавлении ферментов и комплексообразователей. Полифосфаты - типичные полиэлектролиты, с ионами металлов образуют раств. в воде комплексы, фосфаты с длинными цепями коагулируют белок.

Получают цепочечные фосфаты дегидратацией кислых ортофосфатов при определенных режимах нагревания и охлаждения. Применяют в произ-ве фосфатных стекол, моющих ср-в, как пептизирующие и флокулирующие реактивы, ионообменные смолы и др.

Фосфаты с п = 2 (д и фосфаты, п и ро фосфаты) - соли пирофосфорной к-ты H4P2O7. Эти соед. принято включать в ряд конденсированных фосфатов условно, т. к. их анион P2O4-7 не содержит срединной группы PO4; по св-вам заметно отличаются от фосфатов с п > 2. Обычно пирофосфаты получают твердо-фазной конденсацией гидрофосфатов:

5025-35.jpg

Фосфаты с n = 3(трифосфаты) способны удерживать в р-ре ионы тяжелых металлов, стабилизировать коллоидные системы, усиливать действие моющих ср-в и др. Триполифосфат натрия Na5P3O10 - промежут. продукт в синтезе моющих средств; гексагидрат образует кристаллы. Плавление, высали-вание из р-ра, мех. активация и др. виды обработки, вызывающие переход Pn5025-36.jpgРт, приводят к изменению во времени ф-ции MMP.

Фосфаты с n = 4 (т е т r а ф о с ф а т ы). Хорошо изучен тетрафос-фат Na4H2P4O13; он не кристаллизуется из водного р-ра, при упаривании р-ра образует вязкую массу. Получены немногие кристаллич. соли - раств. в воде тетрафосфаты аммония, гуанидиния, акридиния, не раств. в воде соли Ba, Bi, Pb(II).

Фосфаты с 55025-37.jpgп < 30-35. Разделяются методами хроматографии и электрофореза, нек-рые низшие соли получены препаратив-но. Известны кристаллич. соед. Na3Mg2P5O16, Ca4P6O19, [Co(NH3)6]8(P6019)2· 2H20.

Фосфаты с п > 30-35. По мере увеличения п(т)и уменьшения величины R — MI2O: P2O5 = MI: P 5025-38.jpg фосфатные смеси обогащаются высш. компонентами, нек-рые из них образуют по неск. кристаллич. модификаций. Так, высокомол. фосфаты аммония образует до 5 кристаллич. форм. В пром-сти выпускают стеклообразные фосфаты натрия ("гексаметафосфат", "кал-гон"), используемые как умягчители воды, компоненты моющих ср-в и буровых р-ров.

Циклические фосфаты (метафосфаты). Эти соед.- соли метафосфорных к-т (HPO3)х, где 5025-39.jpg .Содержат циклич. анион (PO3)х-х. Неустойчивые анионы PO-3 (х= 1) м. б. стабилизированы в результате присоединения орг. радикалов, они образуются в нек-рых высокотемпературных процессах и р-циях фосфорилирования. Низшие члены гомологич. ряда циклофосфатов Px имеют состав 5025-40.jpg(35025-41.jpgх< 12-15), их отделяют друг от друга и от полифосфатов методами хроматографии и электрофореза. Метафосфаты - кристаллич. или стеклообразные соед., при прокаливании отщепляют P2O5 и переходят в пиро-, а затем в ортофосфаты, напр.:


5025-42.jpg

Метафосфаты щелочных металлов и аммония хорошо раств. в воде, соли Ca, Al, Cu - плохо. В нейтральных водных р-рах при 25 0C стабильны, в щелочных р-рах быстро разлагаются из-за размыкания цикла. Получают метафосфаты из ортофосфатов при нагр. или взаимод. P2O5 с карбонатами металлов.

Фосфаты с х=3 (трициклофосфаты). Образование три-мера можно представить как замыкание цепочки дигидротри-фосфата в кольцо P3:

5025-43.jpg

В присут. уксусного ангидрида процессы циклизации - де-циклизации протекают обратимо: 5025-44.jpg Средняя длина связи P — O в кольце для Na3P3O9 0,1615 нм, вне кольца - 0,1484 нм, углы OPO и POP в кольце равны соотв. 101,1 и 126,9°.

Фосфаты с х = 4(тетрациклофосфаты). Кольцо P4 может принимать конформации типа "кресла" и "ванны". Для солей Na и аммония длина связи Р — О в кольце 0,147-0,165 нм, угол OPO 101-124°, POP 130-131°. Конфигурации кольца P4 разл. фосфатов представлены на рис. 2.

5025-45.jpg

Фосфаты с 55025-46.jpgх < 12-15. Известны пента-, гекса-, гепта- и октациклофосфаты щелочных металлов и их кристаллогидраты - Na5P5O15·4H2O, MI6P6O18·6H2O, где M = Li, Na, 5025-47.jpg , где M = Na, К. Термич. св-ва кристаллич. Na6P6O18·6H2O и Na3P3O9·6H2O сходны - при нагр. они превращаются в безводные соли без разрыва кольца.

Вопрос о существовании макроциклов с х =12-15 не решен. Состав высокомол. цепочечных и циклич. фосфатов практически не различим. Методом рентгеноструктурного анализа обнаружен циклич. анион P12O12-36 в семействе метафосфатов Al, Fe, Cr, V, Ga.

Ультрафосфаты (изополифосфаты, изомета-фосфаты). Имеют разветвленное строение анионов (0<R< I), в к-рых по крайней мере неск. тетраэдров PO4 имеют три общих вершинных атома О. При уменьшении R, начиная с R=1, число точек разветвления увеличивается и сравнительно простые комбинации цепей и колец или разветвленных цепей, встречающиеся у изомеров низших Рn и Px, сменяются более сложными вплоть до образования характерной для P2O5 плотной сетчатой структуры. Вследствие существования трехсвязанных тетраэдров PO4 (точек разветвления) ультрафосфаты неустойчивы. В противоположность фосфатам, содержащим только двухсвязанные тетраэдры, при контакте с влагой быстро разлагаются по точкам разветвления с образованием поли- и метафосфатов. Плохо раств. в воде.

Известны стеклообразные ультрафосфаты, а также кристаллич. состава 5025-48.jpg , где M - РЗЭ и Bi и 5025-49.jpg и 5025-50.jpg , где M - Ca, Со, Mn, Cd, 5025-51.jpg. Структуры типа ультрафосфатов встречаются в стеклах, расплавах, вязких и аморфных в-вах, образующихся при взаимод. P2O5 с H2O, фосфатами, солями и оксидами металлов при соотношении 5025-52.jpg . Кристаллич. ультрафосфаты - лазерные материалы с низким порогом возбуждения.

Лит.: Ван Везер Д ж., Фосфор и его соединения, пер. с англ., M., 1962, с. 462-548; Продан Е.А., Продан Л. И., Ермоленко H. Ф., Триполи-фосфаты и их применение, Минск, 1969, с. 5-49, 160-238; Кузьм ен-ков M. И., Печковский В.В., Плышевский С. В., Химия и технология метафосфатов, Минск, 1985, с. 25-64; Продан E.А., Топохимия кристаллов, Минск, 1990, с. 169-88. E. А. Продан.

Плохо отображается? Напишите ниже или на почту