Фосфорная кислота
Более точное название ортофосфорная кислота, химическая формула H3PO4, в чистом виде представляет собой бесцветные гигроскопичные ромбовидные кристаллы, имеющие температуру плавления 42,3°С. Но в таком виде ее можно встретить очень редко, поэтому фосфорной кислотой называют 75% или 85% водный раствор фосфора. Фосфорная кислота может смешиваться с водой в любых соотношениях, в результате чего образуются немного кисловатые растворы. Таким образом, фосфорная кислота, которую мы привыкли видеть — это бесцветная густая жидкость без запаха, при охлаждении которой выпадает полугидрат
Н3РО4 * 0.5 Н2О. В нормальных условиях она малоактивна и вступает в реакцию только с гидроксидами, карбонатами и некоторыми металлами. При нагревании до температуры свыше 80°С реагирует с неактивными оксидами, силикатами и кремнеземом. Также фосфорная кислота при нагревании теряет воду, образуя вначале пирофосфорные, а затем — метафосфорные кислоты.
Характеристики водных растворов фосфорной кислоты
|
Содержание |
Темпера-тура кипения |
Темпера-тура затверде-вания |
Удельная электрич. проводи-мость |
Давление пара |
(Па при 25 0C) |
кДж/(кг·К) |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
H3PO4 |
P2O5 |
||||||
|
5 |
3,62 |
100,10 |
0,8 |
10,0 |
3129,1 |
0,0010 |
4,0737 |
|
10 |
7,24 |
100,20 |
— 2,10 |
18,5 |
3087,7 |
0,0011 |
3,9314 |
|
20 |
14,49 |
100,80 |
— 6,00 |
18,3 |
2986,4 |
0,0016 |
3,6467 |
|
30 |
21,73 |
101,80 |
— 11,80 |
14,3 |
2835,7 |
0,0023 |
3,3411 |
|
40 |
28,96 |
103,90 |
— 21,90 |
11,0 |
2553,1 |
0,0035 |
3,0271 |
|
50 |
36,22 |
104,00 |
— 41,90 |
8,0 |
2223,8 |
0,0051 |
2,7465 |
|
60 |
43,47 |
114,90 |
— 76,90 |
7,2 |
1737,1 |
0,0092 |
2,4995 |
|
70 |
50,72 |
127,10 |
— 43,00 |
6,3 |
1122,6 |
0,0154 |
2,3278 |
|
75 |
54,32 |
135,00 |
— 17,55 |
5,8 |
805,2 |
0,0200 |
2,2692 |
Применение
Область применения всевозможных соединений фосфора огромна:
- Производство удобрений, для чего используется основная доля всей производимой фосфорной кислоты. Ежегодно только для производства удобрений во всем мире используется более 100 млн.тонн (90%) фосфоросодержащей руды. Основные производители удобрений данного типа — Россия, США и Марокко, основными потребителями являются практически все страны Западной Европы, Азии и Африки.
Растения потребляют этот элемент из солей фосфорной кислоты в виде анионов (H2PO4- или (HPO4)2-), а также из солей полифосфорных кислот после гидролиза. Растения используют фосфор для построения семян и плодов, т.е. фактически самых важных своих частей. Также благодаря фосфорной кислоте повышается зимостойкость растений и их устойчивость к засухе и другим неблагоприятным условиям. Особенно важно применение фосфорных удобрений в северных районах с коротким вегетативным периодом. Благотворное влияние она оказывает и на почву, способствуя развитию почвенных бактерий. - Звероводство. Фосфорная кислота незаменима для профилактики повышенной кислотности желудка и мочекаменной болезни.
- Пищевая промышленность. Разбавленная фосфорная кислота применяется для придания вкуса сиропам, мармеладам, газированным напиткам. Она зарегистрирована как пищевая добавка Е338. Соли фосфорной кислоты входят в состав пекарского порошка, улучшая вкус хлебобулочных изделий.
- Деревообрабатывающая промышленность. Раствор фосфорной кислоты и ее соли используют для пропитки древесины, в результате чего она становится негорючей.
- Производство бытовой химии и стройматериалов. С использованием фосфорной кислоты выпускаются огнезащитные лакокрасочные материалы: эмали, лаки, пропитки и т.д., негорючий фосфатный пенопласт, древесные плиты и другие стройматериалы.
Способы производства
Фосфорную кислоту в небольших количествах легко получить в лабораторных условиях путем окисления фосфора раствором азотной кислоты (32%).
В промышленности ее получают экстракционным и термическим способами.
Экстракционный способ получения фосфорной кислоты является более экономичным. Он основан на разложении природных фосфатов различными кислотами, в основном — серной, а также, хотя и в гораздо меньшей степени, азотной и соляной. Суть этого метода — экстрагирование P2O5 в виде H3PO4. Для этого фосфаты обрабатывают H2SO4, а полученную пульпу фильтруют от осадка сульфата Ca, получая таким образом чистую фосфорную кислоту.
К сырью для производства фосфорной кислоты предъявляются очень высокие требования: природные фосфаты с высоким содержанием карбонатов, соединений Al, Mg, Fe, и других органических веществ — непригодны! В России и странах СНГ для производства фосфорной кислоты обычно используют Хибинский апатитовый концентрат и фосфориты Каратау.
Термический способ, при котором получается наиболее чистая фосфорная кислота, включает в себя стадии сжигания элементного фосфора, гидратацию P4O10 и абсорбцию его водой или кислотой, конденсацию и улавливание из газовой фазы тумана. В зависимости от того, какой принцип охлаждения газов применяется, термический способ получения кислоты бывает трех видов: испарительный, теплообменно-испарительный или циркуляционно-испарительный. На отечественных предприятиях обычно используют технологию с циркуляционно-испарительным способом охлаждения.