Фосфорные кислоты, кислородные кислоты фосфора, представляющие собой продукты гидратации фосфорного ангидрида (см Фосфора окислы ). Различают ортофосфорную кислоту (обычно называемую фосфорной кислотой) и конденсированные Фосфорные кислоты Наиболее изучена и важна ортофосфорная кислота H 3P O 4, образующаяся при растворении P 4O 10 (или P 2O 5) в воде.
Ортофосфорная кислота — бесцветные гидроскопические кристаллы, плотность 1,87 г/см3, tпл 42,35 °С, известен кристаллогидрат H 3P O 4×1/2 H 2O с tпл 29,32 °С. Плотность обычно широко применяемой 85%-ной H 3P O 4 при 25 °С 1,685 г/см3 вязкость при 20 °С 47×10-3 мн×сек/м2, удельная теплоемкость в интервале температур 20—120 °С 2064,1 дж/кг×К (0,493 кал/г °С). С водой H 3P O 4 смешивается в любых отношениях Константы диссоциации при 25 °С K 1 = 7×10-3, K 2 = 8×10-8, K 3 = 4×10-13. Ортофосфорная кислота трехосновная, средней силы. Образует три ряда солей — фосфатов . При нагревании растворов кислоты происходит её дегидратация с образованием конденсированных фосфорных кислот.
В промышленности ортофосфорную кислоту получают экстракционным (сернокислотным) или термическим способами. Экстракционный способ заключается в разложении фосфатов природных серной и фосфорной кислотами:
Ca 5F (P O 4)3 + 5H 2S O 4 + nH3P O 4 = (n+3) H 3P O 4 + 5Ca S O 4 + H F
и последующим разделением на фильтрах образовавшейся кислоты и нерастворимого Ca S O 4. Термический способ основан на сжигании фосфора до фосфорного ангидрида P 4 + 5O 2 P 4O 10 и гидратации последнего P 4O 10 + 6H 2O = 4H 3P O 4. Промышленная ортофосфорная кислота — важнейший полупродукт для производства фосфорных и комплексных удобрений и технических фосфатов, широко используется также для фосфатирования металлов, в качестве катализатора в органическом синтезе. Пищевая фосфорная кислота применяется для приготовления безалкогольных напитков, лекарств, зубных цементов и т.д.
Конденсированные (полимерные) Фосфорные кислоты подразделяются на полифосфорные с линейным строением фосфат-аниона общей формулы H n+2P nO 3n+1, метафосфорные с циклическим строением фосфат-аниона общей формулы (H P O 3) n и ультрафосфорные кислоты, имеющие разветвленную, сетчатую структуру. Наибольшее практическое значение имеют полифосфорные кислоты Из полифосфорных кислот наиболее полно изучена дифосфорная (пирофосфорная) кислота H 4P 2O 7, выделенная в кристаллическом виде в двух формах с температурами плавления 54,3 °С и 71,5 °С. Пирофосфорная кислота четырёхосновна, константы диссоциации при 18 °С K 1 = 1,4×10-1, K 2= 1,1×10-2, K 3= 2,1×10-7, K 4= 4,1×10-10. Три- и тетраполифосфорные кислоты выделены в виде разбавленных растворов. Существование более конденсированных Фосфорные кислоты, содержащих до 12 атомов в цепи, доказано методом бумажной хроматографии. Полифосфорные кислоты — полиэлектролиты. Циклические метафосфорные кислоты (например, H 3P 3O 9, H 4P 4O 12) представляют собой сильные кислоты. Ультрафосфорные кислоты мало изучены.
Конденсированные Фосфорные кислоты получают дегидратацией ортофосфорных кислот, гидратацией фосфорного ангидрида соответствующим количеством воды, а также путем ионного обмена из соответствующих конденсированных фосфатов. Применяют в основном для производства высококонцентрированных фосфорных удобрений, в качестве катализаторов при получении нефтепродуктов и в органическом синтезе, для производства различных полифосфатов.
Лит.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967, Везер Ван Дж., Фосфор и его соединения, пер. с англ., т. 1, М., 1962, Постников Н. Н., Термическая фосфорная кислота, М., 1970, Копылов Б. А., Технология экстракционной фосфорной кислоты, Л., 1972.
Л. В. Кубасова.