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 Фосфаты относят также весьма стойкие соединения – фосфаты бора B P O 4 и алюминия Al P O 4 (хотя правильнее было бы считать их смешанными ангидридами P 2O 5 и B 2O 3; P 2O 5 и Al 2O 3).
Ортофосфаты – соли ортофосфорной кислоты H 3P O 4 – известны одно-, двух- и трёхзамещённые. Однозамещённые ортофосфаты, содержащие анион H 2P O 4, растворимы в воде, из двух- и трёхзамещённых ортофосфатов, содержащих соответственно анионы H P O 42- и P O 43-, растворимы только соли щелочных металлов и аммония. Трёхзамещённые ортофосфаты, за исключением триаммоний фосфата (N H 4)3P O 4×3H 2O, термически устойчивы; трикальцийфосфат заметно диссоциирует лишь при температурах выше 2000 °С (диссоциация улучшается под вакуумом): Ca 3(P O 4)2 = 3Ca O + P 2O 5. При нагревании одно- и двухзамещённых ортофосфатов происходит их дегидратация с выделением структурной воды и образованием полимерных (линейных или кольцевых) фосфатов по схеме:
(n-2) MeH2P O 4 (2Me2H P O 4 (Men + 2P nO 3n + 1 + (n-1) H 2O
(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 Фосфаты (главным образом апатитов ) ортофосфорной кислоты (см. Фосфорные кислоты ); 2) взаимодействие ортофосфорной кислоты с гидроокисями, аммиаком, хлоридами или карбонатами, например:
H 3P O 4 + MH3 = N H 4H 2P O 4
H 3P O 4 + K Cl = K H 2P O 4 – H Cl
Труднорастворимые ортофосфаты тяжелых металлов (например, Ag, Cu) образуются в результате обменных реакций, например:
2Na 2H P O 4 + 3Ag N O 3 = Ag 3P O 4 + 3Na N O 3 + Na H 2P O 4
Полимерные Фосфаты различных структурных типов могут быть описаны формулами: линейные полифосфаты Men + 2P nO 3n + 1, или
кольцевые метафосфаты MenP nO 3n, или
(где n – степень полимеризации).
Свойства полимерных Фосфаты 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:
H n + 2P nO 3n + 1 + nNH 3 = (N H 4) n H 2P nO 3n + 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 Na 4P 2O 7, Na 5P 3O 10) 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 MenRP nO n (5 + R)/2, где R = Me2O/P 2O 5, 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/P 2O 5 < 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 – H 3P O 4×(N H 2)2C O 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 (N H 4)2H P O 4. Некотоpые Фосфаты (например, B P O 4) 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, АТФ – аденозинтрифосфат и др.), зубных паст и порошков.
Л. В. Кубасова.
Из эфиров фосфорных кислот наиболее известны одно-, двух- и трёхзамещённые ортофосфаты, соответственно ROP (O)(O H)2, (RO)2P (O) O H и (K O)3P O (где R – алкил, арил или гетероциклический остаток). Получаются при взаимодействии P O Cl 3 со спиртами:
P O Cl 3 + 2ROH ® (RO)2P (O) Cl (RO)2P (O) O H
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. Фосфаты, Триполифосфаты и их применение, Минск, 1969; см. также лит. при ст. Фосфор .