Ортофосфорная кислота (фосфорная кислота) – неорганическая кислота, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы.

Ортофосфорная кислота (фосфорная кислота) – неорганическая кислота с химической формулой H3PO4, которая при стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы.

При температуре выше 213 °C она превращается в пирофосфорную кислоту H4P2O7. Очень хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или просто фосфорной) кислотой называют 85% водный раствор (бесцветная сиропообразная жидкость без запаха). Растворима также в этаноле и других растворителях.

Получение 

Ортофосфорную кислоту получают из фосфорита:
Ca3PO4 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4

Можно получить гидролизом пентахлорида фосфора:
PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCl

Или взаимодействием с водой оксид фосфора (V), полученного сжиганием фосфора в кислороде:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

С водой реакция идет очень бурно, поэтому оксид фосфора (V) обрабатывают нагретым до 200 °C концентрированным раствором ортофосфорной кислоты.

Расплавленная ортофосфорная кислота и ее концентрированные растворы обладают большой вязкостью, что обусловлено образованием межмолекулярных водородных связей.

В промышленности ортофосфорную кислоту получают термическим и экстракционным способами.

Термический способ (позволяет производить наиболее чистую ортофосфорную кислоту). Этот способ включает следующие основные стадии:
1) сжигание (окисление) элементного фосфора в избытке воздуха;
2) гидратацию и абсорбцию полученного P2O5;
3) конденсацию фосфорной кислоты и улавливание тумана из газовой фазы.

Все стадии процесса могут быть совмещены в одном аппарате, кроме улавливания тумана, которое всегда производят в отдельном аппарате. В промышленности обычно используют схемы из двух или трех основных аппаратов.
В зависимости от принципа охлаждения газов существуют три способа производства термической ортофосфорной кислоты:
1) испарительный;
2) циркуляционно-испарительный;
3) теплообменно-испарительный.

Испарительные системы, основанные на отводе теплоты при испарении воды, наиболее просты в аппаратном исполнении. Однако из-за относительно большого объема отходящих газов использование таких систем целесообразно лишь в установках небольшой единичной мощности.

Циркуляционно-испарительные системы позволяют совместить в одном аппарате стадии сжигания P, охлаждения газовой фазы циркулирующей кислотой и гидратации P2O5. Недостаток схемы — необходимость охлаждения больших объемов кислоты.

Теплообменно-испарительные системы совмещают два способа отвода теплоты: через стенку башен сжигания и охлаждения, а также путем испарения воды из газовой фазы; существенное преимущество системы — отсутствие контуров циркуляции кислоты с насосно-холодильным оборудованием.

На отечественных предприятиях эксплуатируют технологические схемы с циркуляционно-испарительным способом охлаждения (двухбашенная система). Отличительные особенности схемы:
— наличие дополнительной башни для охлаждения газа, использование в циркуляционных контурах эффективных пластинчатых теплообменников;
— применение высокопроизводительной форсунки для сжигания P, обеспечивающей однородное тонкодисперсное распыление струи жидкого P и полное его сгорание без образования низших оксидов.

Более экономичный – экстракционный метод получения ортофосфорной кислоты основан на разложении природных фосфатов кислотами (в основном серной, в меньшей степени азотной и незначительно соляной).
Сернокислотное разложение фосфатного сырья — основной метод получения экстракционной ортофосфорной кислоты, применяемой для производства концентрированных фосфорных и комплексных удобрений. Суть метода — извлечение (экстрагирование) P2O5 в виде H3PO4. По этому методу природные фосфаты обрабатывают H2SO4 с последующим, фильтрованием полученной пульпы для отделения ортофосфорной кислоты от осадка сульфата Ca. Часть выделенного основного фильтрата, а также весь фильтрат, полученный при промывке осадка на фильтре, возвращают в процесс экстрагирования для обеспечения достаточной подвижности пульпы при ее перемешивании и транспортировке.

В зависимости от температуры и концентрации ортофосфорной кислоты в системе CaSO4 — H3PO4 — H2O сульфат Ca осаждается в виде дигидрата (гипса), гемигидрата или ангидрита, поэтому, в зависимости от типа осаждаемого сульфата различают три прямых способа производствава экстракционной ортофосфорной кислоты:
– дигидратный;
— полугидратный (гемигидратный);
— ангидритный,
а также комбинированные
– полугидратно-дигидратный;
— дигидратно-полугидратный.

Термическая ортофосфорная кислота выпускается 85-86%-ная (по P2O5, свободна от примесей), экстракционная — в виде 40%-ных водных растворов (содержит много примесей).

Применение

Основная область использования ортофосфорной кислоты — производство фосфорных и сложных концентрированных удобрений, а также получение кормовых фосфатов, синтетических моющих и водосмягчающих средств. В металлообрабатывающей промышленности ортофосфорную кислоту применяют для фосфотирования, в текстильной — для обработки и крашения шерсти, растительных и синтетических волокон, в органическом синтезе — как катализатор. Ортофосфорную кислоту и ее производные используют также для приготовления буровых суспензий при нефтедобыче, в производстве различных марок спец. стекла, в фотографии (для производства светочувствительных эмульсий), в медицине (приготовление медикаментов, зубных цементов), при обработке древесины (для придания огнестойкости).

В пищевой промышленности ортофосфорная кислота зарегистрирована в качестве пищевой добавки E338. Применяется как регулятор кислотности в газированных напитках.

Воздействие на организм

Ортофосфорная кислота нарушает кислотно-щелочной, баланс в организме в сторону повышения кислотности. Чтобы ее нейтрализовать, организму приходится вытеснять кальций из костей и зубов. Отсюда кариес. Эта же причина приводит к все более раннему возникновению остеопороза.

Ортофосфорная кислота при высоких концентрациях вызывает ожоги, пары — атрофические процессы в слизистой носа, носовые кровотечения, крошение зубов, изменение флоры крови и др. При употреблении в пищу вызывает расстройство пищеварительного тракта, рвоту.