Ортофосфорная кислота: свойства и применение¶

Ортофосфорная кислота (химическая формула — H₃PO₄) — трёхосновная неорганическая кислота, один из важнейших промышленных фосфорсодержащих продуктов. Представляет собой бесцветные кристаллы или вязкую гигроскопичную жидкость, хорошо растворимую в воде. Широко применяется в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, металлургии и других отраслях.

¶Свойства и характеристики

Молярная масса ортофосфорной кислоты — 97,994 г/моль. При нормальных условиях чистое вещество существует в виде бесцветных кристаллов, плавящихся при 42,4 °C. Коммерческая продукция обычно поставляется в виде 75–85 % водного раствора — густой маслянистой жидкости плотностью около 1,68 г/см³ для 85 % раствора.

Кислота проявляет свойства слабой кислоты: в растворе диссоциирует поэтапно с константами k₁ = 7,5·10⁻³, k₂ = 6,2·10⁻⁸, k₃ = 4,8·10⁻¹³. Образует три ряда солей — дигидрофосфаты (H₂PO₄⁻), гидрофосфаты (HPO₄²⁻) и фосфаты (PO₄³⁻). При нагревании выше 213 °C обезвоживается с образованием пирофосфорной кислоты H₄P₂O₇, а при дальнейшем прокаливании — метафосфорной кислоты HPO₃.

¶Получение

Промышленный способ получения — разложение природных фосфатных пород (апатитового концентрата, фосфоритов) серной кислотой по реакции:

Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 2H₃PO₄ + 3CaSO₄

Побочным продуктом является фосфогипс. Альтернативный метод — электролитическое окисление элементарного фосфора (белого фосфора), дающее высокочистую кислоту, применяемую в электронике и пищевой промышленности. В России крупнейшими производителями являются предприятия «ФосАгро» (Черепецкий завод в Липецкой области, Балаковский завод в Саратовской области) и «ЕвроХим» (Воскресенский завод в Московской области).

¶Применение

¶Сельское хозяйство

Основной потребитель ортофосфорной кислоты — производство минеральных удобрений: аммофоса, диаммофоса, монофосфата калия и других. На агрохимические цели приходится свыше 80 % мирового производства.

¶Пищевая промышленность

В пищевой промышленности используется как пищевая добавка Е338 — регулятор кислотности и антиоксидант. Применяется при производстве газированных напитков (кола и аналогичные), кондитерских изделий, в мясопереработке для подкисления и стабилизации. Пищевая кислота получается электролитическим окислением белого фосфора и должна соответствовать требованиям ГОСТ 10678-2015.

¶Металлургия и обработка металлов

Используется для травления и фосфатирования стальных поверхностей — формирования защитных фосфатных плёнок, повышающих коррозионную стойкость и адгезию лакокрасочных покрытий. Применяется также при очистке металлических поверхностей перед гальваникой.

¶Другие отрасли

Кислота применяется в нефтедобыче (кислотные композиции для стимуляции скважин), в производстве моющих и чистящих средств (растворение накипи), в текстильной промышленности, при производстве огнетушащих порошков, в аналитической химии.

¶Хранение и обращение

Коммерческая ортофосфорная кислота транспортируется в стальных цистернах, полимерных канистрах и бочках. При хранении необходимо исключить контакт с щелочами, окислителями и основными металлами (железо, цинк, алюминий). При разбавлении кислоты водой необходимо соблюдать правило «кислота в воду», чтобы из-за теплоты растворения не произошло разбрызгивания.

¶Приобретение

Ортофосфорная кислота продаётся в России свободно, без лицензии и специальных разрешений. Пищевая кислота (марка «пищевая» или «химически чистая») доступна в хозяйственных магазинах, интернет-витринах химических реагентов и маркетплейсах. Техническая кислота (марка «техническая») продаётся промышленными предприятиями и оптовыми базами химических продуктов, как правило, партиями от 20–200 литров. Цена зависит от концентрации, марки и объёма поставки.

¶Меры предосторожности

Ортофосфорная кислота относится к веществам 3-го класса опасности. Концентрированные растворы вызывают химические ожоги кожи и слизистых оболочек. При работе необходимо использовать защитные очки, перчатки и фартук. При попадании на кожу промыть большим количеством воды. Вдыхание аэрозолей кислоты раздражает дыхательные пути.

¶Интересные факты

Ортофосфорная кислота в небольших количествах содержится в некоторых минеральных водах (например, в «Нарзане» и «Ессентуках»), что обусловливает их характерный вкус. В костях и зубах человека и животных кальций находится преимущественно в виде гидроксиапатита — сложного фосфата кальция, близкого по составу к продуктам взаимодействия ортофосфорной кислоты с известняком.

¶Источники

• ГОСТ 10678-2015. Кислота ортофосфорная техническая. Технические условия.
• Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Большая Российская энциклопедия.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Мир.
• Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. — Л.: Химия.
• Продукция «ФосАгро» — официальные материалы предприятия.