Фосфаты

Фосфа́ты

Соли и эфиры фосфорных кислот. Из солей различают ортофосфаты и полимерные (или конденсированные) Ф. Последние делят на полифосфаты, имеющие линейное строение фосфат-анионов, метафосфаты с кольцеобразным (циклическим) фосфат-анионом и ультрафосфаты с сетчатой, разветвленной структурой фосфат-аниона. К Ф. относят также весьма стойкие соединения – фосфаты бора BPO₄ и алюминия AlPO₄ (хотя правильнее было бы считать их смешанными ангидридами P₂O₅ и B₂O₃; P₂O₅ и Al₂O₃).

Ортофосфаты – соли ортофосфорной кислоты H₃PO₄ – известны одно-, двух- и трёхзамещённые. Однозамещённые ортофосфаты, содержащие анион H₂PO₄, растворимы в воде, из двух- и трёхзамещённых ортофосфатов, содержащих соответственно анионы HPO₄^2- и PO₄^3-, растворимы только соли щелочных металлов и аммония. Трёхзамещённые ортофосфаты, за исключением триаммоний фосфата (NH₄)₃PO₄․3H₂O, термически устойчивы; трикальцийфосфат заметно диссоциирует лишь при температурах выше 2000 °С (диссоциация улучшается под вакуумом): Ca₃(PO₄)₂ = 3CaO + P₂O₅. При нагревании одно- и двухзамещённых ортофосфатов происходит их дегидратация с выделением структурной воды и образованием полимерных (линейных или кольцевых) фосфатов по схеме:

(n-2) MeH₂PO₄ (2Me₂HPO₄ (Me_{n + 2}P_nO_{3n + 1} + (n-1) H₂O

(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 Ф. (главным образом апатитов (См. Апатиты)) ортофосфорной кислоты (см. Фосфорные кислоты); 2) взаимодействие ортофосфорной кислоты с гидроокисями, аммиаком, хлоридами или карбонатами, например:

H₃PO₄ + MH₃ = NH₄H₂PO₄

H₃PO₄ + KCl = KH₂PO₄ – HCl

Труднорастворимые ортофосфаты тяжелых металлов (например, Ag, Cu) образуются в результате обменных реакций, например:

2Na₂HPO₄ + 3AgNO₃ = Ag₃PO₄ + 3NaNO₃ + NaH₂PO₄

Полимерные Ф. различных структурных типов могут быть описаны формулами: линейные полифосфаты Me_{n + 2}P_nO_{3n + 1}, или

кольцевые метафосфаты Me_nP_nO_3n, или

(где n – степень полимеризации).

Свойства полимерных Ф. 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 Ф. (линейные и кольцевые) в основном термической дегидратацией одно- и двухзамещённых ортофосфатов или нейтрализацией соответствующих поли- или мета- (циклических) фосфорных кислот:

H_{n + 2}P_nO_{3n + 1} + nNH₃ = (NH₄) _n H₂P_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 Na₄P₂O₇, Na₅P₃O₁₀) 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 Me_nRP_nO_{n (5 + R)/2}, где R = Me₂O/P₂O₅, 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/P₂O₅ < 1.

Ф. кальция, аммония, калия и др. широко применяются в качестве фосфорных удобрений (См. Фосфорные удобрения). В 70-е гг. 20 в. выросло производство кормовых фосфатов [например, обесфторенные Ф., Преципитат, динатрийфосфат, фосфаты мочевины – H₃PO₄․(NH₂)₂CO и др.]. Ф. натрия и калия (особенно триполифосфаты) применяют в качестве компонентов жидких и порошкообразных моющих средств (См. Моющие средства) и поверхностно-активных веществ (См. Поверхностно-активные вещества) при буровых работах, в цементной, текстильной промышленности при подготовке шерсти, хлопка к белению и крашению. Ф. используют в пищевой промышленности в качестве рыхлителей теста, например (NH₄)₂HPO₄. Некотоpые Ф. (например, BPO₄) применяют в качестве катализаторов (См. Катализаторы) в реакциях органического синтеза. Ф. преимущественно щелочных металлов входят в состав эмалей, глазурей, стекол, огнестойких материалов (как Антипирены), а также мягких абразивов; они используются при фосфатировании (См. Фосфатирование) металлов (Mg, Fe, Zn). Кристаллы однозамещённых фосфатов калия, аммония применяются как Сегнетоэлектрики и Пьезоэлектрические материалы. Ф. 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)(OH)₂, (RO)₂P (O) OH и (KO)₃PO (где R – алкил, арил или гетероциклический остаток). Получаются при взаимодействии POCl₃ со спиртами:

POCl₃ + 3ROH → (RO)₃PO

POCl₃ + 2ROH → (RO)₂P (O) Cl (RO)₂P (O) OH

и др. способами.

Применяются как Пестициды, Присадки к маслам, экстрагенты и т.д. Некоторые органические Ф. (Нуклеиновые кислоты, Аденозинфосфорные кислоты) выполняют важные функции в живых организмах.

Э. Е. Нифантьев.

Лит.: Продан Е. А., Продан Л. И., Ермоленко Н. Ф., Триполифосфаты и их применение, Минск, 1969; см. также лит. при ст. Фосфор.

Фосфаты.