Ba oxiaxit của P(V) được biết là axit metaphotphoric HPO3, axit diphotphoric H4P2O7 và axit orthophotphoric H3PO4. Nhưng axit này khác nhau là do tùy theo lượng nước đã kết hợp với P4O10 để tạo thành chúng, quan trọng nhất là axit orthophotphoric.
1. Axit orthophotphoric: H3PO4
a. Cấu tạo P P O O O O H H H 1120 1,57A0 1,52A0 1060
Axit orthophotphoric thường được gọi là axit photphoric. Phân tử cĩ cấu tạo tứ diện lệch
b. Tính chất lí học
H3PO4 ở dạng tinh thể khơng màu, nhiệt độ nĩng chảy là 42,5 0C, d = 1,88, chảy rữa trong khơng khí và tan vơ hạn trong nước, tính dễ tan được giải thích là cĩ sự tạo thành liên kết hidro giữ các phân tử H3PO4 và nước. Là một axit rất bền và rất ít bay hơi. Dung dịch đặc của nĩ cĩ trên thị trường thường cĩ nồng độ là 85%.
c. Tính chất hĩa học
H3PO4 là một triaxit, trong dung dịch nước nĩ là một axit trung bình. Các hằng số điện li lần lượt là K1 = 7,52.10-3, K2 = 6,31.10-8, K3 = 1,26.10-12.
Khi tác dụng với dung dịch NaOH thì lần lượt thu được ba loại muối là natri dihidrophotphat NaH2PO4, natri monohidrophotphat Na2HPO4, natri photphat Na3PO4, nấc thứ nhất được trung hịa khi chất chỉ thị metyl da cam đổi màu (vì dung dịch NaH2PO4 lỗng cĩ pH khoảng 4,5), nấc thứ hai được trung hịa khi chất chỉ thị phenolphtalein đổi màu (vì dung dịch Na2HPO4 lỗng cĩ pH khoảng 9), và đến nấc thứ
ba phải dùng những chất chỉ thị đặc biệt là nitramin khoảng biến màu là pH = 11- 13 (vì dung dịch Na3PO4 lỗng cĩ pH khoảng 12) mơi trường axit thì khơng màu, mơi trường kiềm thì màu da cam.
Trong dung dịch, nồng độ của các ion H2PO4-, HPO42-, PO43- phụ thuộc vào nồng độ của ion H+ như sau:
H2PO4- H+ + HPO42- H+ + PO43-
Khi đun nĩng H3PO4 thì hoặc là H4P2O7 hoặc là HPO3 được tạo thành tùy theo nhiệt độ
2H3PO4 2600C H4P2O7 + H2O
H3PO4 3000C
HPO3 + H2O
Nếu tiếp tục đun nĩng đến 1200 0C thì HPO3 bị bay hơi chứ khơng mất nước thêm nữa để trở thành P4O10. Tác dụng của nhiệt cho thấy H3PO4 khơng cĩ tính oxi hĩa như H2SO4 hay HNO3
d. Điều chế và ứng dụng
- Trong phịng thí nghiệm: người ta điều chế H3PO4 bằng cách cho nước cĩ dư tác dụng lên PX5, POX3 hoặc P4O10, nĩi chung là lên các hợp chất P(V). Nếu cho nước tác dụng lên P4O10 thì tùy theo lượng nước ít hay nhiều ta cĩ:
P4O10 + 2H2O → 4HPO3
P4O10 + 4H2O → 2H4P2O7
P4O10 + 6H2O → 4H3PO4
- Trong cơng nghiệp: axit H3PO4 kỉ thuật được điều chế bằng cách cho axit sunfuric cĩ nồng độ trung bình tác dụng với photphorit thiên nhiên:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4 + 2H3PO4
Tách muối CaSO4 ít tan ra và cơ cạn dung dịch đến 150 0C, rối làm lạnh để axit kết tinh hoặc cho P tác dụng với hơi nước ở nhiệt độ cao:
2P + 8H2O → 2H3PO4 + 5H2
Axit H3PO4 tinh khiết được dùng chủ yếu trong cơng nghiệp dược phẩm. Axit H3PO4 kỉ thuật được dùng trong cơng nghiệp nhuộm, để sản xuất men sứ, sản xuất các loại phân bĩn trong nơng nghiệp và được gọi là phân lân.
XVIII. Photphat
Các muối photphat nĩi chung khơng màu. Tất cả các dihidrophotphat đều dễ tan trong nước, cịn các muối monohidrophotphat và photphat trung tính, thì chỉ cĩ muối của kim loại kiềm là dễ tan.
Na3PO4 + HOH NaOH + Na2HPO4 muối monohidrophotphat bị thủy phân yếu hơn
Na2HPO4 + HOH NaOH + NaH2PO4
nhưng quá trình này xảy ra mạnh hơn so với quá trình phân li axit của ion HPO42- HPO42- + H2O H3O+ + PO43-
nên dung dịch Na2HPO4 cĩ mơi trường kiềm yếu. Cịn muối dihidrophotphat bị thủy phân yếu hơn nữa và qúa trình xảy ra kém hơn so với qúa trình phân li axit của ion H2PO4-
H2PO4- + H2O H3O+ + HPO42- nên dung dịch NaH2 PO4 cĩ mơi trường axit yếu.
Khi cĩ mặt của ion Mg2+ và ion NH4+ ở trong dung dịch amoniac, ion PO43- tạo nên kết tủa màu trắng NH4MgPO4, khơng tan trong dung dịch amoniac, nhưng tan trong axit.
NH4+ + Mg2+ + PO4-3 → NH4MgPO4
Khi cĩ mặt của muối amoni molipdat (NH4)2MoO4 trong dung dịch HNO3, ion PO43-
tạo thành kết tủa amoniphotphomolipdat (NH4)3[PMo12O40] ↓ cĩ màu vàng khơng tan
trong axit nitric, nhưng tan trong kiềm
3NH4+ + PO43- + 12MoO42- + 24H+ → (NH4)3[PMo12O40] + 12H2O Phản ứng này được dùng để nhận biết ion PO43- trong dung dịch.
Các photphat khơng tan đều cĩ tính chất chung là tan được trong axit vơ cơ lỗng, tính chất này dùng để sản xuất các loại phân lân như
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4
Hỗn hợp này được gọi là phân lân supephotphat đơn, Ca(H2PO4)2 dễ tan, nên thực vật đồng hĩa chúng dễ dàng, tuy nhiên phân này cĩ một nhược điểm là cĩ chứa lượng thạch cao CaSO4. 2H2O khơng cĩ ích
Hoặc: Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2
được gọi là phân lân supephotphat kép, cĩ ưu điểm hơn loại phân lân trên là khơng chứa lượng thạch co như trên, nhưng giá thành sản xuất lại cao. Riêng muối Ca3(PO4)2 cịn được dùng làm thức ăn gia súc. Muối Na3PO4 được dùng làm mềm nước cứng và làm phụ gia trong các chất tẩy rửa.
Các photphat kim loại kiềm thường được điều chế bằng cách cho axit photphoric tác dụng với hidroxit hay cacbonat kim loại kiềm. Các photphat ít tan được điều chế bằng phản ứng trao đổi ion.