Фосфаты

Из солей – неорганических фосфатов – различают ортофосфаты и полимерные (конденсированные) фосфаты. Последние подразделяют на полифосфаты с линейным строением фосфат-аниона, метафосфаты с кольцеобразным (циклическим) строением фосфат-аниона и ультрафосфаты с сетчатой разветвлённой структурой фосфат-аниона. Ортофосфаты – соли ортофосфорной кислоты H₃ PO₄ . Однозамещённые или дигидроортофосфаты содержат анион H₂ PO₄ ⁻ , растворимы в воде; из двух- и трёхзамещённых ортофосфатов, содержащих соответственно гидроортофосфат-анион HPO₄ ⁻ и ортофосфат-анион PO₄ ³⁻ , растворимы только соли щелочных металлов и аммония. Трёхзамещённые ортофосфаты термически устойчивы (кроме фосфатов с катионами NH₄ ⁺ , Hg²⁺ ); Ca₃ (PO₄ )₂ заметно диссоциирует при температуре выше 2000 °С. При нагревании гидро- и дигидроортофосфатов происходит их дегидратация с образованием полимерных (линейных или кольцевых) фосфатов.

Все минералы фосфора представляют собой ортофосфаты. В промышленности растворимые в воде ортофосфаты получают взаимодействием H₃ PO₄ с гидроксидами, хлоридами, карбонатами металлов или аммиаком; труднорастворимые ортофосфаты – с использованием реакций обмена.

Полимерные фосфаты различных структурных типов могут быть описаны формулами: M_n+2 P_n O_3n+1 (линейные полифосфаты) или M_n P_n O_3n (кольцевые, или циклические метафосфаты). Свойства полимерных фосфатов зависят от природы катиона, строения фосфат-аниона, значения n, структуры и др. Так, растворимость линейных полифосфатов, как правило, падает с увеличением степени полимеризации, но может быть увеличена путём модифицирования полифосфатов, например изменением скорости охлаждения расплава.

Полимерные фосфаты (линейные и кольцевые) получают в основном термической дегидратацией гидро- и дигидроортофосфатов или нейтрализацией соответствующих поли- или метафосфорных кислот. В промышленных масштабах эти способы используют для получения дифосфата (пирофосфата) натрия Na₄ P₂ O₇ , триполифосфата натрия Na₅ P₃ O₁₀ , а также полимерных метафосфатов (натрий-фосфатные стёкла, метафосфат калия и др.). Среди циклических метафосфатов хорошо изучены тримета-, тетрамета-, гексамета- и октаметафосфаты. Ультрафосфаты – 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 связей Р–О–Р вплоть до образования ортофосфатов. Ультрафосфаты образуются в результате термической дегидратации смеси ортофосфатов с фосфорными кислотами или с оксидом фосфора(V).

Фосфаты кальция, аммония, калия широко применяют в качестве фосфорных удобрений и кормовых добавок в животноводстве. Фосфаты натрия и калия – компоненты жидких и порошкообразных моющих средств и ПАВ при буровых работах, в цементной, текстильной промышленности при подготовке шерсти, хлопка к белению и крашению. Фосфаты используют в качестве пищевых добавок, входят в состав эмалей, глазурей, стёкол, огнестойких материалов (антипирены), мягких абразивов. Кристаллические гидроортофосфаты калия и аммония – сегнето- и пьезоэлектрики. Фосфаты применяют в металлургии при фосфатировании поверхности металлических изделий с целью увеличения их коррозионной стойкости, в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарственных препаратов, зубных паст и порошков.

Из эфиров фосфорных кислот – органических фосфатов – наиболее известны одно-, двух- и трёхзамещённые ортофосфаты, соответственно первичные ROP(O)(OH)₂ , вторичные (RO)₂ P(O)OH и третичные (RO)₃ PO (где R – алкил, арил или гетероциклический радикал). Общий метод получения органических фосфатов – взаимодействие POCl₃ со спиртами или фенолами (фосфорилирование). Органические фосфаты применяют в качестве пестицидов, флотореагентов, теплоносителей, модифицирующих добавок для пластмасс, как присадки к маслам, экстрагенты и др. Некоторые органические фосфаты (аденозинфосфорные кислоты, глюкозофосфаты, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, фосфолипиды и др.) выполняют важные функции в живых организмах.