Ортофосфорная кислота и соляная кислота уравнение

Фосфорная кислота: получение и свойства

Строение молекулы и физические свойства

Фосфор в степени окисления +5 образует несколько кислот: орто-фосфорную H₃PO₄, мета-фосфорную HPO₃, пиро-фосфорную H₄P₂O₇.

Фосфорная кислота H₃PO₄ – это кислота средней силы, трехосновная, прочная и нелетучая. При обычных условиях фосфорная кислота – твердое вещество, хорошо растворимое в воде и гигроскопичное.

Валентность фосфора в фосфорной кислоте равна V.

При температуре выше +213 °C орто-фосфорная кислота переходит в пирофосфорную H₄P₂O₇.

При взаимодействии высшего оксида фосфора с водой на холоде образуется метафосфорная кислота HPO₃, представляющая собой прозрачную стекловидную массу.

Способы получения

Наибольшее практическое значение из фосфорных кислот имеет ортофосфорная кислота.

1. Получить орто-фосфорную кислоту можно взаимодействием оксида фосфора (V) с водой:

2. Еще один способ получения фосфорной кислоты — вытеснение фосфорной кислоты из солей (фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов) под действием более сильных кислот (серной, азотной, соляной и др.) .

Промышленный способ получения фосфорной кислоты обработка фосфорита концентрированной серной кислотой:

3. Фосфорную кислоту также можно получить жестким окислением соединений фосфора в водном растворе в присутствии кислот.

Например , концентрированная азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:

Химические свойства

Фосфорная кислота – это кислота средней силы (по второй и третьей ступени слабая) .

1. Фосфорная кислота частично и ступенчато диссоциирует в водном растворе.

HPO₄ 2– ⇄ H + + PO₄ 3–

2. Фосфорная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , фосфорная кислота взаимодействует с оксидом магния:

Еще пример : при взаимодействии фосфорной кислоты с гидроксидом калия образуются фосфаты, гидрофосфаты или дигидрофосфаты:

3. Фосфорная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов и др.). Также фосфорная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например , фосфорная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

4. При нагревании H₃PO₄ до 200°С происходит отщепление от нее молекулы воды с образованием пирофосфорной кислоты H₂P₂O₇:

5. Фосфорная кислота взаимодействует с металлами, которые расположены в ряду активности металлов до водорода. При этом образуются соль и водород.

Например , фосфорная кислота реагирует с магнием:

Фосфорная кислота взаимодействует также с аммиаком с образованием солей аммония:

7. Качественная реакция на фосфат-ионы и фосфорную кислоту — взаимодействие с нитратом серебра. При этом образуется ярко-желтый осадок фосфата серебра:

Видеоопыт взаимодействия фосфата натрия и нитрата серебра в растворе (качественная реакция на фосфат-ион) можно посмотреть здесь.

Избавляемся от ржавчины

Вы очень часто наблюдаете, как во влажном воздухе постепенно разрушаются предметы, изготовленные из железа и даже из стали, и приходят в негодность, т.е. подвергаются химической коррозии. Коррозия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольно протекающий процесс разрушения металлов в результате взаимодействия с окружающей средой. Для того чтобы бороться с коррозией, необходимо знать механизм ее протекания.

На поверхности железа под действием кислорода воздуха и воды образуется бурый слой ржавчины. Уравнение этого процесса условно можно записать так:

Ржавчина имеет неопределенный состав: Fe₂O₃·nH₂O, но в основном состоит из основного оксида и гидроксидов, которые, как вы хорошо знаете из школьного курса химии, растворяются в растворах кислот. Следовательно, для удаления ржавчины можно использовать растворы серной и соляной кислот.

Но они могут растворить и само железо, из которого изготовлено изделие:

Существуют вещества, которые замедляют химическую реакцию и называются ингибиторы (от лат. inhibeo — останавливаю, сдерживаю). В данном случае реакцию растворения металла в кислоте. Ингибитором кислотной коррозии является хорошо вам известный аптечный препарат уротропин. В качестве ингибитора кислотной коррозии при удалении ржавчины можно использовать и картофельную ботву. Для этого в стеклянную банку кладут свежие или засушенные листья картофеля и заливают 5-7%-й серной или соляной кислотой так, чтобы уровень кислоты был выше примятой ботвы. После 15-20-минутного перемешивания содержимого банки кислоту можно сливать и использовать для обработки ржавых железных изделий. Ингибитор коррозии не мешает взаимодействию кислоты с оксидом и гидроксидом железа, из которых состоит ржавчина, но замедляет ее взаимодействие с железом.

Советы по удалению ржавчины

Если заржавели оконные шпингалеты, мелкие детали велосипеда, болты или гайки, их погружают в 5%-й раствор кислоты (серной или соляной) с добавкой 0,5 г уротропина на литр, а на крупные вещи такой раствор наносят кистью. «Преобразователь ржавчины» превращает ее в прочное покрытие поверхности коричневого цвета. На изделие кистью или пульверизатором наносят 15-30%-й водный раствор ортофосфорной кислоты и дают изделию высохнуть на воздухе. Еще лучше использовать ортофосфорную кислоту с добавками, например, 4 мл бутилового спирта или 15 г винной кислоты на 1 л раствора ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота переводит компоненты ржавчины в ортофосфат железа FePO₄ , который создает на поверхности защитную пленку.

Одновременно винная кислота связывает часть производных железа в тартратные комплексы.

1. Новошинский И.И., Новошинская Н.С.. Химия: учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений / И.И. Новошинский, Н.С. Новошинская. — М.: ООО «Русское слово — учебник», 2013. — 296 с.: ил. — (ФГОС. Инновационная школа)

Составители: методисты ГМЦ ДОгМ Никитин В.Е., Усиченко М.А.

Ортофосфорная кислота. Свойства и применение ортофосфорной кислоты

Роберт Бойль жил в 17-ом столетии. Тогда же открыта ортофосфорная кислота. Связанны ли эти факты? Да. Новое соединение обнаружил именно Бойль.

Ирландский химик изучал фосфор , сжигая его и растворяя оставшийся от горения порошок в воде. Так и вышла новая кислота .

Ее часто называют просто фосфорной. Однако, это обобщающее имя нескольких соединений. Так, HPO₃ – метафосфорная кислота .

Есть еще пирофосфорная с формулой H₄P₂O₇. Какова же химическая запись ортофосфорной кислоты , разберемся в первой главе статьи . Ее, как понимаете, посвящаем именно ортофосфорному соединению.

Свойства ортофосфорной кислоты

Формула ортофосфорной кислоты: — H₃PO₄. Приставка «орто» указывает на то, что кислота кислородная и, что в ней содержится наибольшее число гидроксильных групп.

Меньше всего их в мета-соединениях. Среднее число – в пара — кислотах . У фосфорной есть и мета-, и пара-изомер.

Заметим, что все три приставки используют, так же, в названиях органических кислот , к коим ортофосфорная не относится.

В органической химии, мета – характеристика для заместителей структурного кольца , стоящих через один атом.

В пара-соединениях заместители максимально удалены, а в орто – соседи. Но, это информация, так сказать, для ознакомления. Вернемся к обсуждению героини статьи.

Внешне ортофосфорная кислота – кристаллы ромбической формы. Они бесцветны и плавятся при 42-ух градусах Цельсия.

Однако, из-за хорошей растворимости вещества в воде, химики чаще имеют дело с полугидратом кислоты . Его формула: — H₃PO₄*0,5 H₂O.

Если кристаллизовать полугидрат, получатся гексагональные призмы. Увидеть их можно, взяв раствор ортофосфорной кислоты и охладив его.

Выпадет осадок. Это и есть полугидрат. Его температура плавления на 13 градусов меньше, чем у чистой кислоты .

С водой кислота смешивается в любых соотношениях. Причина кроется в системе связей с жидкостью.

Молекулы героини статьи охотно стыкуются с ней, отсоединяясь, при этом, друг от друга.

То есть, в воде соединение распадается на массу отдельных фрагментов, создавших водородные связи со структурными элементами жидкости.

Если же рассматривать строение чистой ортофосфорной кислоты, то она представляет макромолекулу. Отдельные молекулы в ней связаны между собой.

Водородные связи прочны и надежны. Это сказывается на физических свойствах.

Монолит плохо проводит электричество, почти не способен к диффузии, то есть, проникновению в другие вещества.

Если чистая ортофосфорная кислота плавится, то жидкость получается вязкой и маслянистой, — молекулы соединения не хотят отпускать друг друга.

В растворе героиня статьи может быть электролитом средней силы. Дойти до высшей отметки не дает внутреннее строение молекул ортофосфорного соединения.

Длины связей между атомами в нем нетипичны. Согласно формуле, между фосфором и кислородом образуется двойная стыковка.

Но, высчитывая длину связи, получаем 1,74, то есть, число, не кратное двум. Длина одинарной связи между кислородом и водородом, напротив, больше положенного, — 1,3 вместо 1-го.

Получается, электронная плотность связи P=O частично распределяется по другим связям.

Отсутствие резкого различия в длинах связей приводит к нестандартному строению молекул. Их форма приближена к тетраэдрам, то есть, пирамидальна.

Вследствие такого строения реакция ортофосфорной кислоты с большинством веществ невозможна, протекает медленно.

В химическом плане героиня статьи пассивна, не чета серной и соляной кислотам , с резким различием в длинах внутримолекулярных связей.

Из возможных химических реакций, определяющей для ортофосфорного соединения является взаимодействие с нитратом серебра .

Выпадает желтый осадок. У других фосфорных кислот он белый , так что, мета- и пара-соединения легко отодвинем в сторону и приступим к изучению процесса производства ортофосфорной кислоты .

Добыча ортофосфорной кислоты

Героиню статьи получают из фосфатов. Это эфиры и соли фосфорных кислот . Иногда используют ортофосфат калия с формулой K₃PO₄.

Но, чаще, берут конденсированные фосфаты. В них больше одного атома фосфора.

Фосфаты, в свою очередь, добывают из фосфоритов. Это природное сырье, а точнее, группа минералов.

Используют наиболее распространенные. Их два. Один – апатит , а второй фосфорит, в честь которого и названа группа камней .

Пример получения героини статьи разберем на соединении фосфата кальция и сульфата водорода. Запись реакции такова: — Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ à 3CaSO₄ + 2H₃PO₄.

Кроме фосфатов, в ход идет и пентохлорид фосфора. Его, так же, называют хлорангидридом фосфорной кислоты .

Для получения последней, достаточно гидролиза, то есть, взаимодействия с водой. Реакция такова: — PCL₅ + 4H₂O à H₃PO₄ + 5HCl.

Взаимодействовать с водой заставляют, так же, оксид фосфора. Его получают, сжигая 15-ый элемент в присутствии кислорода.

Взаимодействие оксида с водой дает две молекулы орто- кислоты , а значит, эта реакция наиболее выгодна, не имеет побочных продуктов. Убедимся, глядя на химическую запись процесса: — P₂O₅ + 3H₂O à 2H₃PO₄.

Отметим, что с водой оксид фосфора реагирует бурно. Дабы слегка «усмирить» выброс тепла, бурление, исходное сырье обрабатывают концентрированным раствором уже полученной кислоты . Концентрат необходимо нагреть до 200-от градусов Цельсия.

Применение ортофосфорной кислоты

Удаление ортофосфорной кислоты из жизни человека может вызвать коллапс. Соединение используется, как минимум, в семи сферах промышленности.

В пищевой отрасли кислоту называют Е338. Обработка ортофосфорной кислотой продуктов фиксирует их цвет, не позволяет изменить его. Во многом, это вызвано тем, что добавка приостанавливает процессы окисления.

Е338 относится к антиоксидантам, в отличие от многих ешек, полезна, как и сам фосфор. В организме он входит в фосфотазы.

Это ферменты, без коих клетки не смогут нормально функционировать. Нормальный вкус без Е338 тоже получается не всегда.

Добавка придает блюдам приятные кислинку, или остроту. Конкретный вкус зависит от количества кислоты в продукте и ее концентрации.

Теперь, вспоминаем острые и кисловатые блюда. На первом месте, пожалуй, газировка. По интернету ходят страшилки о гвозде, который может разъесть «Кока-Кола», если тот полежит в ней неделю.

Страшилка не из разряда фантастики. Однако, желудочный сок способен сделать тоже самое, причем, быстрее.

Кислотность той же «Кока-колы» — 2,8, а норма для экстракта в желудке – 1,3. Чем меньше цифра , тем более разъедающь сок .

Ортофосфорная кислота с металлами реагирует, как и большинство кислот.

Именно поэтому, за длительный срок, соединение может растворить гвоздь и, именно поэтому, используется в очищающих смесях.

Имеются в виду средства для снятия ржавчины, полировки металлических поверхностей.

Ортофосфорная кислота от ржавчины чаще всего используется в быту, при реставрации предметов.

При этом, реагент используют и на крупном производстве. Металлурги делают на основе ортофосфорного соединения флюсы .

Они облегчают отделение от руды пустой породы и снижают температуру плавления. Соответственно, флюсы нужны при пайке.

Находится ортофосфорная кислота и в аптеке. Вещество входит в состав средств от мочекаменной болезни.

К тому же, героиню статьи используют стоматологи. Им реактив нужен для протравки эмали перед пломбированием, а так же, обработки внутренней части коронок.

Кислота частично растворяет металлическую основу протезов. В ней появляются поры, в которые попадает скрепляющий цемент. В итоге, соединение коронки с зубом получается максимально прочным.

Ортофосфорная кислота входит в состав фреонов, а они, как известно, — основа морозильных установок.

Основой героиня статьи является и для многих косметических средств. В них кислота стабилизирует химические связи между составными элементами.

Аналогичную функцию соединение выполняет в моющих средствах из разряда бытовой химии.

Добавим к списку ортофосфорную кислоту в гидрожидкостях для авиационной технике, в удобрениях, даже в молекулярных исследованиях биологов.

Последние, используют реагент для осветления срезов тканей, рассматриваемых под микроскопом.

Не стоит забывать и о том, что фосфор светится в темноте, а значит, и ортофосфорная кислота способна раскрасить серые будни. Сколько за это придется заплатить? Ответ в финальной главе.

Цена ортофосфорной кислоты

Купить ортофосфорную кислоту, как правило, предлагают в растворах. Основная концентрация – 85%. Разливают в канистры по 25,30, 32, 40 литров.

Ценник выставляется за кило. В среднем, это 80-110 рублей. Максимальный ценник достигает 150 рублей за литр. Минимальный запрос продавцов равен 43-ем рублям.

Стоит учесть, что стоимость зависит от ГОСТа. Ортофосфорная кислота 6552-80 чистая, подходит для пищевой промышленности, реактивов, косметической отрасли.

Но, есть и техническая жидкость. Она желтовата, что указывает на наличие загрязнений. ГОСТ технической кислоты – 10678-76.

В рознице ортофосфорную кислоту продают в маленьких тюбиках. Так, 50 миллилитров для пайки стоят около 100 рублей.

Остальная продукция содержит много дополнительных элементов. В сельскохозяйственных удобрениях, к примеру, кроме ортофосфорной кислоты присутствует комплекс других минералов.

Поэтому, ценник зависит от их количества, характера. В «игру» вступают наценки раскрученных производителей.

Поэтому, об объективной стоимости ортофосфорного соединения судят лишь по объявлениям об оптовых закупках концентрированного раствора реагента.