Соединения фосфора с кислородом

Из оксидов фосфора наибольшее значение имеет оксид фосфора (V) – Р₂О₅, проявляющий кислотные свойства. Характерной особенностью оксида Р₂О₅ является сильное сродство к воде, поэтому он часто используется как очень эффективный осушитель для газов и при хранении гигроскопических веществ.

Оксид фосфора (V) может присоединять одну, две три и более молекул воды. При этом образуются кислоты: метафосфорная ( НРО₃ ), дифосфорная, или пирофосфорная ( Н₄Р₂О₇ ), ортофосфорная ( Н₃РО₄ ) и полифосфорные ( Р₂О₅ * nН₂О ). Все перечисленные кислоты образуют средние соли. Общее свойство фосфорных кислот – способность превращаться друг в друга в результате гидратации (присоединения воды) или в результате дегидратации (потери воды). Наибольшее практическое значение имеет ортофосфорная кислота Н₃РО₄ – это трехосновная кислота, образует три типа солей: средние – ортофосфаты ( Na₃PO₄ ) и кислые – гидроортофосфаты (Na₂HPO₄) и дигидроортофосфаты (NaH₂PO₄). Ортофосфаты щелочных металлов и аммония растворимы в воде, ортофосфаты остальных Ме в воде практически не растворяются. Дигидрофосфаты Ме хорошо растворяются в воде. Гидроортофосфаты по растворимости в вод занимают промежуточное положение.

Растворимые в воде соли ортофосфорной кислоты подвергаются гидролизу по аниону. Растворы ортофосфатов щелочных Ме несмотря на образование аниона НРО₄^2- имеют сильнощелочную среду, т.к. НРО₄^2- - очень слабая кислота:

РО₄^3- + Н-ОН ↔ НРО₄^2- + ОН^- (сильнощелочная среда)

В живых организмах фосфор входит в состав костной ткани в виде гидроксифосфата кальция Са₅(РО₄)₃ОН.

Фосфаты являются очень слабыми окислителями за счет атомов фосфора Р⁺⁵ и восстанавливаются лишь при высоких температурах (> 1000⁰С) углеродом в присутствии SiO₂ до элементарного фосфора:

Са₃(РО₄)₂ + 5С + 3SiO₂ = 3CaSiO₃ + 2P + 5CO

Эта реакция лежит в основе получения фосфора промышленным способом.

В живых системах эфирами ортофосфорной кислоты являются нуклеиновые кислоты ДНК, РНК, а также фосфолипиды – важнейшие компоненты клеточных мембран. Такие производные, как аденозинтрифосфорная кислота ( АТФ ) и аденозиндифосфорная ( АДФ ) кислоты являются эфирами три- и дифосфорных кислот, содержащих связи Р – О – Р. Гидролиз эфиров три- и дифосфорных кислот сопровождается прежде всего разрывом указанной связи и является экзотермическим процессом за счет гидратации и изомеризации продуктов гидролиза:

АТФ + Н₂О= АДФ + Ф + 29,4 кДж/моль

АДФ + Н₂О = АМФ + Ф + 36,1 кДж/моль

Именно реакция гидролиза АТФ используется как один из источников энергии в биологических системах.

Фосфорные кислоты являются окислителями только за счет своих катионов водорода при взаимодействии с металлами:

6Na + 2H₃PO₄ = 2Na₃PO₄ + 3H₂↑

Вопросы для контроля

1. Какие степени окисления характерны для фосфора? Какая степень окисления наиболее устойчива? Ответ подтвердите примерами.

2. При взаимодействии с какими веществами фосфор выступает в роли окислителя? восстановителя? и окислителя и восстановителя?

3. Чем отличается фосфин от аммиака по кислотно-основным и окислительно-восстановительным свойствам?

4. Какие кислоты могут образоваться при растворении в воде оксида фосфора (V)?

5. Чем отличается фосфорная кислота от таких кислот, как азотная и серная? Ответ подтвердите уравнениями реакций.

6. Какие виды солей образует фосфорная кислота и какова их растворимость в воде? Примеры.

7. В чем отличие гидролиза средних и кислых фосфатов? Ответ подтвердите уравнениями реакций.