Реферат: Фосфорная кислота
Глава I.
Общие сведения о фосфорной кислоте.
1. История открытия и получения фосфорной кислоты.
Фосфорную кислоту открыл Р. Бойль с помощью индикаторов. Сжигая фосфор и растворяя образовавшийся белый продукт в воде он получил неизвестную химикам кислоту. По исходному веществу он назвал её фосфорной.
Технически фосфорную кислоту впервые получили более 100 лет назад разложением низкокачественных фосфоритов, содержащих значительные количества соединений трехвалентных металлов, разбавленной (5-10% ) серной кислотой, в которой соединения железа и особенно алюминия переходят в раствор в незначительной степени.
Раствор с концентрацией 8-10% Р2 О5 упаривали до содержания в нем примерно 40% Р2 О5 . При разложении фосфатной породы более концентрированной (30-40%) серной кислотой выделяются игольчатые кристаллы гипса. Они удерживают значительное количество жидкой фазы и плохо промываются. Вследствие этого потери Р2 О5 велики.
Существенным шагом вперед в производстве фосфорной кислоты был переход к установкам непрерывного действия и разбавления 75 и 93% ной серной кислоты не водой или слабыми промывочными водами, а раствором фосфорной кислоты, т.е. проведение процесса с применением раствора разбавления. В этих условиях выделяются ромбические кристаллы, которые хорошо фильтруются и отмываются.
2. Физические свойства.
Ортофосфорная кислота в чистом виде при обычных условиях представляет бесцветные кристаллы ромбической формы, плавящиеся при температуре 42.3о С. Однако с такой кислотой химики встречаются редко. Гораздо чаще они имеют дело с полугидратом Н3 РО4 * 0.5 Н2 О, который выпадает в виде бесцветных гексагональных призм при охлаждении концентрированных водных растворов ортофосфорной кислоты. Температура плавления полугидрата 29.3о С.
Чистая Н3 РО4 после плавления образует вязкую маслообразную жидкость с малой электрической проводимостью и сильно пониженной способностью к диффузии. Эти свойства, а также детальное изучение спектров показывают, молекулы Н3 РО4 в данном случае практически не диссоциированы и объединены прочными водородными связями в единую макромолекулярную структуру. Как правило, молекулы связаны друг с другом одной, реже двумя и очень редко тремя водородными связями.
Если же кислоту разбавлять водой, то ее молекулы охотнее образуют водородные связи с водой, чем друг с другом. Из-за таких "симпатий" к воде кислота смешивается с ней в любых отношениях. Энергия гидратации здесь не так велика, как у серной кислоты, поэтому разогревание Н3 РО4 при разбавлении не столь сильное и диссоциация выражена меньше. По первой ступени диссоциации ортофосфорная кислота считается электролитом средней силы ( 25 - 30%), по второй - слабым, по третьей - очень слабым.
3. Строение
Приближенное представление о строении молекулы Н3 РО4 дает ее структурная формула. Но здесь нужны уточнения
О
пространственное
НО - Р - ОН строение
О
Структурная
формула
Пространственное расположение атомов и длины связей в молекуле приводят к заключению, что связь Р = О на самом деле не двойная, т.е. ее кратность не равна 2. Согласно расчетам кратность этой связи 1,74. Связь Р - О(Н) тоже не одинарная. Если ее кратность равнялась 1, то длина была бы 0,17 нм. На самом деле в ортофосфорной кислоте и большенстве ее кислых солей длина этой связи 0,154 - 0,157 нм, что соответствует кратности 1,3 - 1,4. Следовательно, электронная плотность двойной связи Р = О частично "растекается" по трем другим связям, слегка увеличивая их кратность. Кроме того, между атомами кислорода и фосфором возникает заметное донорно-акцепторное взаимодействие. Все это вместе взятое приводит к тому, что в Н3 РО4 нет такого резкого различия в длинах связей, какое наблюдается у серной и азотной кислот. Длины связей Р = О и Р - О(Н) оказываются почти выровненными, и остов молекулы превращается фактически в тетраэдр. Разумеется, такая перестройка резко повышает устойчивость самой кислоты и ее производных. Отсюда следует своеобразная химическая пассивность ортофосфорной кислоты.
4. Химические свойства Н3 РО4
Ортофосфорная кислота в водных растворах намного слабее серной и азотной кислот. Это трехосновная кислота. Электролитическая диссоциация кислоты, как и других многоосновных кислот, осуществляется ступенчато:
Н3 РО4 Н+ + Н2 РО4 - (I ступень)
Н2 РО4 - Н+ + НРО4 2- (II ступень)
НРО4 2- Н+ + РО4 3- (IIIступень)
Н3 РО4 3Н+ + РО4 3- (Суммарное уранение)
Сравним значения констант ионизации кислоты соответствующих ступеней:
[Н+ ] [Н2 РО4 - ]
К1 = = 7,52 10-3
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--