Ортофосфорная кислота

Среди оксокислот фосфора наибольшее значение имеет ортофосфорная кислота Н3РО4, она является наиболее устойчивой из всех кислот фосфора.

Строение молекулы

В газовой фазе молекула имеет форму тетраэдра с атомом фосфора в центре, в вершинах тетраэдра находятся атом кислорода и три гидроксогруппы. Поэтому фосфорная кислота является трехосновной.

В кристаллическом виде она построена из молекул РО(ОН)3, связанных водородными связями в двухмерные слои. Твердую фосфорную кислоту получить очень сложно: благодаря большому числу водородных связей концентрирование растворов приводит к образованию вязких сиропов, которые кристаллизуются лишь со временем.

Физические свойства

Бесцветные гигроскопичные кристаллы моноклинной сингонии, плотность 1,88 г/см3, температура плавления 42,5 °С. Расплывается на воздухе, смешивается с водой в любых соотношениях. Не ядовита.

Химические свойства

При комнатной температуре довольно инертна, при нагревании проявляет свойства кислот, относится к кислотам средней силы.

Диссоциация в водном растворе:

Н3РО4 = Н2РО4- + Н+

Н2РО4- = НРО42- + Н+

НРО42- = РО43-+ Н+

Суммарное уравнение:

Н3РО4 = РО43- + 3Н+.

Свойства кислоты

Реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжений металлов до водорода:

3Zn + 2H3PO4 = Zn3(PO4)2 + 3H2.

С оксидами металлов:

3CaO + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3H2O.

С основаниями:

3Ca(OН)2 + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6Н2О;

Ca(OН)2 + H3PO4 = CaНPO4 + 2Н2О;

Ca(OН)2 + 2H3PO4 = Ca(Н2PO4)2 + 2Н2О.

Не проявляет ни окислительных, ни восстановительных свойств.

Получение

Термический способ получения фосфорной кислоты основан на окислении элементарного фосфора в избытке воздуха с последующей гидратацией и образующегося оксида фосфора (V) и конденсацией фосфорной кислоты:

4Р + 5О2 = Р4О10;

nР4О10 + 2nH2O = 4(HPO3)n при 700 °С,

4(HPO3)n + 2nH2O = 2nH4P2O7 при 450 °С,

2nH4P2O7 + 2nH2O = 4nH3PO4 ниже 230 °С.

Суммарное уравнение:

Р4О10 + 6H2O = 4H3PO4.

Также ортофосфорную кислоту получают при переработке апатитов:

Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O = 5CaSO4·2H2O + 3H3PO4 + HF.

Вопрос 28 элементы главной подгруппы IV группы. Общая характеристика атомов элементов и простых веществ на основании электронных структур и положения элементов в подгруппе. Углерод. Химические свойства углерода.

К элементам главной подгруппы IV группы относятся углерод, кремний, германий, олово, свинец. Металлические свойства усиливаются, неметаллические - уменьшаются. На внешнем слое – 4 электрона.

Химические свойства(на основе углерода)

· Взаимодействуют с металлами

4Al+3C = Al4C3 (реакция идет при высокой температуре)

· Взаимодействуют с неметаллами

2Н2+C = CН4

2S+C = CS2

· Взаимодействуют с кислородом

C+O2 = CO2

2C+O2 = 2CO

· Взаимодействуют с водой

C+H2O = CO+H2

· Взаимодействуют с оксидами

2Fe2O3+3C = 3CO2 +4Fe

· Взаимодействуют с кислотами

3C+4HNO3 = 3CO2 +4NO+2H2O

Углеро́д

Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода образовывать химические связи разного типа.

Природный углерод состоит из двух стабильных изотопов —и одного радиоактивного изотопа, сосредоточенного в атмосфере и верхней части земной коры.

Основные и хорошо изученные аллотропные модификации углерода — алмаз и графит. При нормальных условиях термодинамически устойчив только графит, а алмаз и другие формы метастабильны. Жидкий углерод существует только при определенном внешнем давлении.

При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300—500 °C, 600—700 °C и 850—1000 °C.

Продуктами горения углерода являются CO и CO2 (монооксид углерода и диоксид углерода соответственно). Известен также неустойчивый недооксид углерода С3О2(температура плавления −111 °C, температура кипения 7 °C) и некоторые другие оксиды (например C12O9, C5O2, C12O12). Графит и аморфный углерод начинают реагировать с водородом при температуре 1200 °C, с фтором при 900 °C.

Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту — H2CO3, которая образует соли — карбонаты. На Земле наиболее широко распространены карбонаты кальция (минеральные формы — мел, мрамор, кальцит, известняк и др.) и магния (минеральная форма доломит).

Важна в промышленности реакция углерода с водяным паром:

При нагревании углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов. Данное свойство широко используется в металлургической промышленности.

Графит используется в карандашной промышленности, но в смеси с глиной, для уменьшения его мягкости. Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы,полимеры и другие соединения. Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности углерод является неотъемлемой составляющей стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)

Углерод входит в состав атмосферных аэрозолей, в результате чего может изменяться региональный климат, уменьшаться количество солнечных дней. Углерод поступает в окружающую среду в виде сажи в составе выхлопных газов автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля, подземной его газификации, получении угольных концентратов и др.

Важнейшие соединения. Оксид углерода (II) (угарный газ) CO. В обычных условиях - бесцветный без запаха и вкуса очень ядовитый газ. Ядовитость объясняется тем, что она легко соединяется с гемоглобином крови

Оксид углерода (IV) CO2. При обычных условиях - бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом, в полтора раза тяжелее воздуха, не горит и не поддерживает горения.

Угольная кислота H2CO3. Слабая кислота. Молекулы угольной кислоты существуют только в растворе.

Фосген COCl2. Бесцветный газ с характерным запахом, tкип=8оС, tпл=-118оС. Очень ядовит. Мало растворим в воде. Реакционноспособен. Используется в органических синтезах.