Συνήθως, η ημερομηνία ανακάλυψης του φωσφόρου θεωρείται το 1669, αλλά υπάρχουν κάποιες ενδείξεις ότι ήταν γνωστό νωρίτερα. Ο Gefer, για παράδειγμα, αναφέρει ότι σε ένα αλχημικό χειρόγραφο από μια συλλογή που φυλάσσεται στη Βιβλιοθήκη του Παρισιού, λέγεται ότι γύρω στον 12ο αιώνα. κάποιος Alkhid Bekhil έλαβε μια ουσία με απόσταξη ούρων με άργιλο και ασβέστη, την οποία ονόμασε "escarbucle". Ίσως αυτός ήταν ο φώσφορος, που είναι το μεγάλο μυστικό των αλχημιστών. Σε κάθε περίπτωση, είναι γνωστό ότι αναζητώντας τη φιλοσοφική πέτρα, οι αλχημιστές υπέβαλαν σε απόσταξη και άλλες επεμβάσεις κάθε είδους υλικά, συμπεριλαμβανομένων ούρων, περιττωμάτων, οστών κ.λπ.
Από την αρχαιότητα, οι φώσφοροι ονομάζονταν ουσίες που μπορούν να λάμπουν στο σκοτάδι. Τον 17ο αιώνα Ο φώσφορος της Μπολόνια ήταν γνωστός - μια πέτρα που βρέθηκε στα βουνά κοντά στη Μπολόνια. μετά την καύση στα κάρβουνα, η πέτρα απέκτησε την ικανότητα να λάμπει. Περιγράφει επίσης τον "φώσφορο του Baldwin", που παρασκευάστηκε από τον επιστάτη Alduin από ένα πυρωμένο μείγμα κιμωλίας και νιτρικού οξέος. Η λάμψη τέτοιων ουσιών προκάλεσε εξαιρετική έκπληξη και θεωρήθηκε θαύμα.
Το 1669, ο ερασιτέχνης αλχημιστής του Αμβούργου Μπραντ, ένας χρεοκοπημένος έμπορος που ονειρευόταν να βελτιώσει τις υποθέσεις του με τη βοήθεια της αλχημείας, επεξεργάστηκε μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων. Υποθέτοντας ότι τα φυσιολογικά προϊόντα μπορεί να περιέχουν την «αρχέγονη ύλη» που πιστεύεται ότι είναι η βάση της Φιλοσοφικής Λίθου, ο Brand άρχισε να ενδιαφέρεται για τα ανθρώπινα ούρα.
Α, πόσο τον παρασύρθηκε η ιδέα, τι προσπάθειες έκανε για να την υλοποιήσει! Πιστεύοντας ότι τα προϊόντα της ζωτικής δραστηριότητας ενός ατόμου, του «βασιλιά της φύσης», μπορούν να περιέχουν τη λεγόμενη πρωτογενή ενέργεια, ο ακούραστος πειραματιστής άρχισε να αποστάζει ανθρώπινα ούρα, θα έλεγε κανείς, σε βιομηχανική κλίμακα: στους στρατώνες των στρατιωτών , μάζεψε έναν ολόκληρο τόνο από αυτό συνολικά! Και εξατμίστηκε σε σιροπιασμένη κατάσταση (όχι με μια κίνηση, φυσικά!), Και μετά την απόσταξη, απόσταξε και πάλι το προκύπτον "έλαιο ούρων" και το φρύωσε για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ως αποτέλεσμα, στο θάλαμο εμφανίστηκε λευκή σκόνη, η οποία κατακάθισε στον πάτο και έλαμψε, γι' αυτό και ονομάστηκε «κρύα φωτιά» (kaltes Feuer) από τον Brand. Οι σύγχρονοι του Brand ονόμασαν αυτή την ουσία φώσφορο λόγω της ικανότητάς της να λάμπει στο σκοτάδι (άλλο ελληνικό jwsjoroV).
Το 1682, ο Μπραντ δημοσίευσε τα αποτελέσματα της έρευνάς του και τώρα δικαίως θεωρείται ο ανακαλυπτής του στοιχείου Νο. 15. Ο φώσφορος ήταν το πρώτο στοιχείο του οποίου η ανακάλυψη τεκμηριώθηκε και ο ανακάλυψής του είναι γνωστός.
Το ενδιαφέρον για τη νέα ουσία ήταν τεράστιο και ο Brand το εκμεταλλεύτηκε - έδειξε φώσφορο μόνο για χρήματα ή αντάλλαξε μικρές ποσότητες με χρυσό. Παρά τις πολυάριθμες προσπάθειες, ο έμπορος του Αμβούργου δεν μπόρεσε να εκπληρώσει το αγαπημένο του όνειρο - να αποκτήσει χρυσό από μόλυβδο χρησιμοποιώντας "κρύα φωτιά", και ως εκ τούτου σύντομα πούλησε τη συνταγή για την απόκτηση μιας νέας ουσίας σε έναν συγκεκριμένο Kraft από τη Δρέσδη για διακόσια τάλερ. Ο νέος ιδιοκτήτης κατάφερε να κάνει πολύ μεγαλύτερη περιουσία στον φώσφορο - με "κρύα φωτιά" ταξίδεψε σε όλη την Ευρώπη και το έδειξε σε επιστήμονες, υψηλόβαθμους και ακόμη και βασιλικούς ανθρώπους, για παράδειγμα, Robert Boyle, Gottfried Leibniz, Charles II. Αν και η μέθοδος παρασκευής του φωσφόρου κρατήθηκε με απόλυτη εχεμύθεια, το 1682 ο Robert Boyle κατάφερε να την αποκτήσει, αλλά αποκάλυψε τη μέθοδό του μόνο σε μια κλειστή συνεδρίαση της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου. Η μέθοδος του Μπόιλ δημοσιοποιήθηκε μετά το θάνατό του, το 1692.
Την άνοιξη του 1676, ο Kraft διοργάνωσε μια σύνοδο πειραμάτων με φώσφορο στην αυλή του εκλέκτορα Friedrich Wilhelm του Βρανδεμβούργου. Στις 9 το βράδυ της 24ης Απριλίου, όλα τα κεριά στο δωμάτιο έσβησαν και ο Kraft έδειξε στους παρόντες πειράματα με την «αιώνια φωτιά», χωρίς ωστόσο να αποκαλύψει τη μέθοδο με την οποία παρασκευάστηκε αυτή η μαγική ουσία.
Την άνοιξη του επόμενου έτους, ο Kraft ήρθε στην αυλή του δούκα Johann Friedrich στο Αννόβερο3, όπου εκείνη την εποχή ο Γερμανός φιλόσοφος και μαθηματικός G.W. Leibniz (1646-1716) υπηρετούσε ως βιβλιοθηκάριος. Ο Kraft διοργάνωσε επίσης μια συνεδρία πειραμάτων με φώσφορο εδώ, δείχνοντας, συγκεκριμένα, δύο φιάλες που έλαμπαν σαν πυγολαμπίδες. Ο Leibniz, όπως και ο Kunkel, ενδιαφέρθηκε εξαιρετικά για τη νέα ουσία. Στην πρώτη συνεδρία, ρώτησε τον Kraft εάν ένα μεγάλο κομμάτι αυτής της ουσίας δεν θα μπορούσε να φωτίσει ολόκληρο το δωμάτιο. Η Kraft συμφώνησε ότι ήταν αρκετά πιθανό, αλλά δεν θα ήταν πρακτικό, καθώς η διαδικασία παρασκευής της ουσίας είναι πολύ περίπλοκη.
Ποιος το είχε αυτό; Είχα.
Οι προσπάθειες του Leibniz να πείσει τον Kraft να πουλήσει το μυστικό στον δούκα απέτυχαν. Στη συνέχεια, ο Leibniz πήγε στο Αμβούργο στον ίδιο τον Brand. Εδώ κατάφερε να συνάψει ένα συμβόλαιο μεταξύ του δούκα Johann Friedrich και του Brand, σύμφωνα με το οποίο ο πρώτος ήταν υποχρεωμένος να πληρώσει 60 τάληρα για την αποκάλυψη του μυστικού. Από εκείνη τη στιγμή, ο Leibniz συνήψε τακτική αλληλογραφία με τον Brand.
Την ίδια περίπου εποχή έφτασε στο Αμβούργο ο I.I. Becher (1635-1682) με σκοπό να δελεάσει τον Μπραντ στον δούκα του Μεκλεμβούργου. Ωστόσο, ο Μπραντ αναχαιτίστηκε ξανά από τον Λάιμπνιτς και μεταφέρθηκε στο Ανόβερο στον δούκα Γιόχαν Φρίντριχ. Ο Λάιμπνιτς ήταν απόλυτα πεπεισμένος ότι ο Μπραντ ήταν πολύ κοντά στην ανακάλυψη της «φιλοσοφικής πέτρας» και γι' αυτό συμβούλεψε τον δούκα να μην τον αφήσει να φύγει μέχρι να ολοκληρώσει αυτό το έργο. Ο Μπραντ, ωστόσο, έμεινε στο Ανόβερο για πέντε εβδομάδες, ετοίμασε φρέσκες προμήθειες φωσφόρου έξω από την πόλη, έδειξε, σύμφωνα με το συμβόλαιο, το μυστικό της παραγωγής και έφυγε.
Στη συνέχεια ο Brand ετοίμασε μια σημαντική ποσότητα φωσφόρου για τον φυσικό Christian Huygens, ο οποίος μελέτησε τη φύση του φωτός, και έστειλε μια προμήθεια φωσφόρου στο Παρίσι.
Ο Brand, ωστόσο, ήταν πολύ δυσαρεστημένος με την τιμή που του έδωσαν ο Leibniz και ο δούκας Johann Friedrich για την αποκάλυψη του μυστικού της παραγωγής φωσφόρου. Έστειλε μια θυμωμένη επιστολή στον Λάιμπνιτς, παραπονούμενος ότι το ποσό που έλαβε δεν επαρκούσε ούτε για να συντηρήσει την οικογένειά του στο Αμβούργο και να πληρώσει τα έξοδα ταξιδίου. Παρόμοιες επιστολές στάλθηκαν στη σύζυγο του Leibniz και του Brand, Margarita.
Ο Brand ήταν επίσης δυσαρεστημένος με τον Kraft, στον οποίο εξέφρασε τη δυσαρέσκεια του με επιστολές, κατηγορώντας τον επειδή είχε μεταπωλήσει το μυστικό για 1000 τάλερ στην Αγγλία. Ο Kraft έστειλε αυτή την επιστολή στον Leibniz, ο οποίος συμβούλεψε τον δούκα Johann Friedrich να μην εκνευρίσει τον Brand, να τον πληρώσει πιο γενναιόδωρα για την αποκάλυψη του μυστικού, φοβούμενος ότι ο συγγραφέας της ανακάλυψης, με τη μορφή μιας πράξης εκδίκησης, θα μοιραζόταν τη συνταγή για φώσφορο με κάποιον άλλο. Ο Leibniz έστειλε μια καθησυχαστική επιστολή στον ίδιο τον Brand.
Προφανώς, ο Brand έλαβε μια ανταμοιβή, tk. το 1679 ήρθε ξανά στο Ανόβερο και εργάστηκε εκεί για δύο μήνες, λαμβάνοντας εβδομαδιαίο μισθό 10 τάλερ με επιπλέον πληρωμή για το τραπέζι και τα έξοδα ταξιδιού. Η αλληλογραφία μεταξύ του Λάιμπνιτς και του Μπραντ, αν κρίνουμε από τις επιστολές που φυλάσσονταν στη Βιβλιοθήκη του Ανόβερου, συνεχίστηκε μέχρι το 1684.
Ας επιστρέψουμε τώρα στο Kunkel. Σύμφωνα με τον Leibniz, ο Kunkel έμαθε μέσω της Kraft τη συνταγή για την παρασκευή φωσφόρου και άρχισε να λειτουργεί. Όμως τα πρώτα του πειράματα ήταν ανεπιτυχή. Έγραφε επιστολή μετά από γράμμα στον Μπραντ, παραπονούμενος ότι του έστειλαν μια συνταγή που ήταν πολύ ακατανόητη σε άλλο άτομο. Σε μια επιστολή που γράφτηκε το 1676 από το Wittenberg, όπου ζούσε τότε ο Kunkel, ρώτησε τον Brand για τις λεπτομέρειες της διαδικασίας.
Στο τέλος, ο Kunkel πέτυχε επιτυχία στα πειράματά του, τροποποιώντας κάπως τη μέθοδο του Brand. Προσθέτοντας λίγη άμμο στα ξερά ούρα πριν τα αποστάξει, έλαβε φώσφορο και... ισχυρίστηκε την ανεξαρτησία της ανακάλυψης. Την ίδια χρονιά, τον Ιούλιο, ο Kunkel είπε για τις επιτυχίες του στον φίλο του, καθηγητή του Πανεπιστημίου Wittenberg Kaspar Kirchmeyer, ο οποίος δημοσίευσε μια εργασία για αυτό το θέμα με τίτλο "Μόνιμη νυχτερινή λάμπα, μερικές φορές αστραφτερή, που αναζητούνταν από καιρό, τώρα βρέθηκε. " Σε αυτό το άρθρο, ο Kirchmeyer μιλάει για τον φώσφορο ως μια από καιρό γνωστή φωτεινή πέτρα, αλλά δεν χρησιμοποιεί τον ίδιο τον όρο «φώσφορος», προφανώς δεν είναι ακόμη συνηθισμένος σε εκείνη την εποχή.
Στην Αγγλία, ανεξάρτητα από τους Brand, Kunkel και Kirchmeyer το 1680, ο φώσφορος ελήφθη από τον R. Boyle (1627-1691). Ο Μπόιλ ήξερε για τον φώσφορο από την ίδια Kraft. Ήδη από τον Μάιο του 1677, ο φώσφορος επιδείχθηκε στη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου. Το καλοκαίρι του ίδιου έτους, ο ίδιος ο Kraft ήρθε με φώσφορο στην Αγγλία. Ο Boyle, σύμφωνα με τη δική του αφήγηση, επισκέφτηκε τον Kraft και είδε τον φώσφορο στη στερεή και υγρή του μορφή. Σε ευγνωμοσύνη για το θερμό καλωσόρισμα, ο Kraft, αποχαιρετώντας τον Boyle, του υπαινίχθηκε ότι η κύρια ουσία του φωσφόρου του ήταν κάτι εγγενές στο ανθρώπινο σώμα. Προφανώς, αυτός ο υπαινιγμός ήταν αρκετός για να δώσει ώθηση στο έργο του Μπόιλ. Μετά την αποχώρηση του Kraft, άρχισε να δοκιμάζει αίμα, οστά, μαλλιά, ούρα και το 1680 οι προσπάθειές του να αποκτήσει ένα φωτεινό στοιχείο στέφθηκαν με επιτυχία.
Ο Boyle άρχισε να εκμεταλλεύεται την ανακάλυψή του παρέα με έναν βοηθό, τον Γερμανό Gaukwitz. Μετά τον θάνατο του Boyle το 1691, ο Gaukwitz ξεκίνησε την παραγωγή φωσφόρου, βελτιώνοντάς τον σε εμπορική κλίμακα. Πουλώντας φώσφορο σε τρεις λίρες στερλίνα η ουγγιά και προμηθεύοντας με αυτόν τα επιστημονικά ιδρύματα και μεμονωμένους επιστήμονες της Ευρώπης, ο Gaukwitz συγκέντρωσε μια τεράστια περιουσία. Για να δημιουργήσει εμπορικές συνδέσεις, ταξίδεψε στην Ολλανδία, τη Γαλλία, την Ιταλία και τη Γερμανία. Στο ίδιο το Λονδίνο, ο Gaukwitz ίδρυσε μια φαρμακευτική εταιρεία που έγινε διάσημη όσο ζούσε. Είναι περίεργο ότι, παρά όλα τα πειράματά του με τον φώσφορο, μερικές φορές πολύ επικίνδυνο, ο Gaukwitz έζησε μέχρι τα 80 του χρόνια, ξεπερνώντας τους τρεις γιους του και όλους τους ανθρώπους που συμμετείχαν στο έργο που σχετίζεται με την πρώιμη ιστορία του φωσφόρου.
Από την ανακάλυψη του φωσφόρου από τους Kunkel και Boyle, η τιμή του έχει πέσει γρήγορα ως αποτέλεσμα του ανταγωνισμού των εφευρετών. Στο τέλος, οι κληρονόμοι των εφευρετών άρχισαν να εξοικειώνουν τους πάντες με το μυστικό της παραγωγής του για 10 τάλερ, μειώνοντας ταυτόχρονα την τιμή. Το 1743, ο A.S. Marggraf βρήκε έναν ακόμη καλύτερο τρόπο παραγωγής φωσφόρου από τα ούρα και τον δημοσίευσε αμέσως, γιατί. η αλιεία δεν είναι πλέον επικερδής.
Επί του παρόντος, ο φώσφορος δεν παράγεται πουθενά με τη μέθοδο Brand-Kunkel-Boyle, αφού είναι εντελώς ασύμφορος. Για λόγους ιστορικού ενδιαφέροντος, θα δώσουμε ωστόσο μια περιγραφή της μεθόδου τους.
Τα σαπισμένα ούρα εξατμίζονται σε σιροπιασμένη κατάσταση. Η παχύρρευστη μάζα που προκύπτει αναμιγνύεται με τριπλάσια ποσότητα λευκής άμμου, τοποθετείται σε αποστακτήριο εξοπλισμένο με δέκτη και θερμαίνεται για 8 ώρες σε ομοιόμορφη φωτιά μέχρι να απομακρυνθούν οι πτητικές ουσίες, μετά την οποία η θέρμανση αυξάνεται. Ο δέκτης γεμίζει με λευκό ατμό, ο οποίος στη συνέχεια μετατρέπεται σε μπλε στερεό και φωτεινό φώσφορο.
Ο φώσφορος πήρε το όνομά του λόγω της ιδιότητας να λάμπει στο σκοτάδι (από τα ελληνικά - φωτεινός). Μεταξύ ορισμένων Ρώσων χημικών υπήρχε η επιθυμία να δοθεί στο στοιχείο ένα καθαρά ρωσικό όνομα: "πετράδι", "ελαφρύτερο", αλλά αυτά τα ονόματα δεν ρίζωσαν.
Ο Λαβουαζιέ, ως αποτέλεσμα μιας λεπτομερούς μελέτης της καύσης του φωσφόρου, ήταν ο πρώτος που τον αναγνώρισε ως χημικό στοιχείο.
Η παρουσία του φωσφόρου στα ούρα έδωσε στους χημικούς αφορμή να τον αναζητήσουν σε άλλα μέρη του σώματος των ζώων. Το 1715 βρέθηκε φώσφορος στον εγκέφαλο. Η σημαντική παρουσία του φωσφόρου σε αυτό χρησίμευσε ως βάση για τον ισχυρισμό ότι «χωρίς φώσφορο δεν υπάρχει σκέψη». Το 1769, ο Yu.G. Gan βρήκε φώσφορο στα οστά και δύο χρόνια αργότερα, ο K.V. Scheele απέδειξε ότι τα οστά αποτελούνται κυρίως από φωσφορικό ασβέστιο και πρότεινε μια μέθοδο για τη λήψη φωσφόρου από την τέφρα που απομένει μετά την καύση των οστών. Τέλος, το 1788, οι M.G. Klaproth και J.L. Proust έδειξαν ότι το φωσφορικό ασβέστιο είναι ένα εξαιρετικά διαδεδομένο ορυκτό στη φύση.
Η αλλοτροπική τροποποίηση του φωσφόρου - ο κόκκινος φώσφορος - ανακαλύφθηκε το 1847 από τον A. Schretter. Σε ένα έργο με τίτλο «Μια νέα αλλοτροπική κατάσταση του φωσφόρου», ο Schretter γράφει ότι το ηλιακό φως αλλάζει τον λευκό φώσφορο σε κόκκινο και παράγοντες όπως η υγρασία, ο ατμοσφαιρικός αέρας, δεν έχουν καμία επίδραση. Ο Schretter διαχώρισε τον κόκκινο φώσφορο με επεξεργασία με δισουλφίδιο άνθρακα. Παρασκεύασε επίσης κόκκινο φώσφορο θερμαίνοντας λευκό φώσφορο σε θερμοκρασία περίπου 250 ° C σε αδρανές αέριο. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι μια περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί και πάλι στον σχηματισμό μιας λευκής τροποποίησης.
Είναι πολύ ενδιαφέρον ότι ο Schroetter ήταν ο πρώτος που προέβλεψε τη χρήση του κόκκινου φωσφόρου στη βιομηχανία σπίρτων. Στην Παγκόσμια Έκθεση στο Παρίσι το 1855, επιδείχθηκε ο κόκκινος φώσφορος, που είχε ήδη αποκτηθεί από το εργοστάσιο.
Ο Ρώσος επιστήμονας A.A. Musin-Pushkin το 1797 έλαβε μια νέα τροποποίηση του φωσφόρου - ιώδες φώσφορο. Αυτή η ανακάλυψη αποδίδεται λανθασμένα στον I.V. Gittorf, ο οποίος, έχοντας σχεδόν πλήρως επαναλάβει τη μέθοδο Musin-Pushkin, έλαβε ιώδες φώσφορο μόνο το 1853.
Το 1934, ο καθηγητής P.W. Bridgman, υποβάλλοντας τον λευκό φώσφορο σε πίεση έως και 1100 atm, τον μετέτρεψε σε μαύρο και έτσι έλαβε μια νέα αλλοτροπική τροποποίηση του στοιχείου. Μαζί με το χρώμα, το φυσικό και Χημικές ιδιότητεςφώσφορος: ο λευκός φώσφορος, για παράδειγμα, αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα και το μαύρο, όπως το κόκκινο, δεν έχει αυτή την ιδιότητα.
πηγές
H 3 PO 4 - ισχυρό οξύ, K 1 7,1 10 -3 (pK a 2,12), K 2 6,2 10 -8 (pK a 7,20), K 3 5,0 10 -13 (pK a 12,32); οι τιμές των K 1 και K 2 εξαρτώνται από το t-ry. Η διάσταση στο πρώτο στάδιο είναι εξώθερμη, στο δεύτερο και τρίτο - ενδόθερμο. Το διάγραμμα φάσης του συστήματος H 3 PO 4 - H 2 O φαίνεται στην εικ. 2. Το μέγιστο της καμπύλης κρυστάλλωσης είναι στο t-re 302,4 K και η περιεκτικότητα σε H 3 PO 4 91,6% (στερεά φάση - ημιένυδρη). Στον πίνακα. Δίνονται διαλύματα φωσφορικού οξέος St.
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ H 3 PO 4
|
Τ. κλείστρο, 0 C |
T. b., 0 C |
kJ/(kg K) |
Pa s (25 0 C) |
Oud. ηλεκτρικός αγωγιμότητα, S/m (25 0 C) |
|||||
|
H3PO4 |
P2O5 |
||||||||
|
5 |
3,62 |
0,8 |
100,10 |
4,0737 |
0,0010 |
10,0 |
3129,1 |
||
|
10 |
7,24 |
2,10 |
100,20 |
3,9314 |
0,0011 |
18,5 |
3087,7 |
||
|
20 |
14,49 |
6,00 |
100,80 |
3,6467 |
0,0016 |
18,3 |
2986,4 |
||
|
30 |
21,73 |
11,80 |
101,80 |
3,3411 |
0,0023 |
14,3 |
2835,7 |
||
|
40 |
28,96 |
21,90 |
103,90 |
3,0271 |
0,0035 |
11,0 |
2553,1 |
||
|
50 |
36,22 |
41,90 |
104,00 |
2,7465 |
0,0051 |
8,0 |
2223,8 |
||
|
60 |
43,47 |
76,9 |
114,90 |
2,4995 |
0,0092 |
7,2 |
1737,1 |
||
|
70 |
50,72 |
43,00 |
127,10 |
2,3278 |
0,0154 |
6,3 |
1122,6 |
||
|
75 |
54,32 |
17,55 |
135,00 |
2,2692 |
0,0200 |
5,8 |
805,2 |
||
φά Το ωσφορικό οξύ υπό κανονικές συνθήκες είναι ανενεργό και αντιδρά μόνο με ανθρακικά, υδροξείδια και ορισμένα μέταλλα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται φωσφορικά άλατα ενός, δύο και τριών υποκατεστημένων (βλ. Ανόργανα φωσφορικά άλατα). Κατά τη φόρτωση πάνω από 80 0 C αντιδρά ακόμη και με ανενεργά οξείδια, πυρίτιο και πυριτικά άλατα. Στο υψηλές θερμοκρασίεςΤο φωσφορικό οξύ είναι ένας ασθενής οξειδωτικός παράγοντας για τα μέταλλα. Όταν δρα σε μέταλλο ένα επιφανειακό διάλυμα φωσφορικού οξέος με προσθήκες Zn ή Mn σχηματίζει ένα προστατευτικό φιλμ (φωσφορίωση). Φωσφορικό οξύ κατά τη θέρμανση. χάνει νερό με το σχηματισμό διαδοχικών πυρο- και μεταφωσφορικών οξέων:
Το φωσφόλιο (υγρός φωσφορικός ανυδρίτης, υπερφωσφορικό οξύ) περιλαμβάνει to-you που περιέχει από 72,4 έως 88,6% P 2 O 5 και είναι ένα σύστημα ισορροπίας που αποτελείται από ορθο-, πυρο-, Tripoli-, τετραπολυ- και άλλα φωσφορικά σε tse ( Συμπυκνωμένα φωσφορικά άλατα). Όταν αραιωθεί με υπερφωσφορικό νερό, ξεχωρίζει. ποσότητα θερμότητας και πολυφωσφορικό για να μετατραπείτε γρήγορα σε ορθοφωσφορικό.
Από άλλα φωσφορικά έως-t H 3 PO 4 μπορεί να διακριθεί με p-tion με AgNO 3 - πέφτει ένα κίτρινο ίζημα Ag 3 PO 4. Τα υπόλοιπα φωσφορικά οξέα σχηματίζουν λευκά ιζήματα.
Παραλαβή.Φωσφορικό οξύ στο εργαστήριο. συνθήκες, είναι εύκολο να ληφθεί με οξείδωση του φωσφόρου με διάλυμα νιτρικού οξέος 32%.
Στη βιομηχανία, το φωσφορικό οξύ λαμβάνεται με θερμικές μεθόδους και μεθόδους εκχύλισης.
Θερμικός μέθοδος (σας επιτρέπει να παράγετε το πιο καθαρό φωσφορικό οξύ) περιλαμβάνει DOS. στάδια: καύση (οξείδωση) στοιχειακού φωσφόρου σε περίσσεια αέρα, ενυδάτωση και απορρόφηση του προκύπτοντος P 4 O 10 (βλ. Οξείδια του φωσφόρου), συμπύκνωση φωσφορικού οξέος και παγίδευση ομίχλης από την αέρια φάση. Υπάρχουν δύο τρόποι λήψης P 4 O 10: η οξείδωση του ατμού P (που σπάνια χρησιμοποιείται στη βιομηχανία) και η οξείδωση του υγρού P με τη μορφή σταγόνων ή φιλμ. Ο βαθμός οξείδωσης P στο prom. Οι συνθήκες καθορίζονται από το t-swarm στη ζώνη οξείδωσης, τη διάχυση των συστατικών και άλλους παράγοντες. Το δεύτερο στάδιο απόκτησης θερμικής. φωσφορικό οξύ - ενυδάτωση P 4 O 10 - πραγματοποιείται με απορρόφηση σε αυτό (νερό) ή αμοιβαία τροποποίηση. ατμός P 4 O 10 με υδρατμούς. Ενυδάτωση (P 4 O 10 + 6H 2 O4H 3 PO 4) προχωρά στα στάδια σχηματισμού πολυφωσφορικών οξέων. Η σύνθεση και η συγκέντρωση των προϊόντων που προκύπτουν εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και τη μερική πίεση των υδρατμών.
Όλα τα στάδια της διαδικασίας μπορούν να είναι. συνδυάζονται σε μία συσκευή, εκτός από την ομίχλη σύλληψης, ένα κόψιμο παράγεται πάντα σε ξεχωριστή συσκευή. Στη βιομηχανία, χρησιμοποιούνται συνήθως συστήματα δύο ή τριών κεντρικών δικτύων. συσκευές. Ανάλογα με την αρχή της ψύξης αερίου, υπάρχουν τρεις τρόποι παραγωγής θερμότητας. φωσφορικό οξύ: εξατμιστικό, κυκλοφορικό-εξατμιστικό, εναλλαγή θερμότητας-εξατμιστικό. Εξατμίζομαι συστήματα που βασίζονται στην απομάκρυνση της θερμότητας κατά την εξάτμιση του νερού ή αραι. φωσφορικό οξύ, μέγ. απλό στη σχεδίαση υλικού. Ωστόσο, λόγω του σχετικά μεγάλου όγκου των καυσαερίων, η χρήση τέτοιων συστημάτων συνιστάται μόνο σε εγκαταστάσεις μικρής χωρητικότητας μονάδας.
Κυκλοφορεί-εξατμ. Τα συστήματα επιτρέπουν τον συνδυασμό σε μία συσκευή των σταδίων καύσης P, ψύξης της αέριας φάσης του κυκλοφορούντος σε ένα και ενυδάτωσης P 4 O 10 . Το μειονέκτημα του κυκλώματος είναι η ανάγκη ψύξης μεγάλων όγκων k-you. Εναλλαγή θερμότητας-εξάτμιση. Τα συστήματα συνδυάζουν δύο μεθόδους απομάκρυνσης θερμότητας: μέσω του τοίχου των πύργων καύσης και ψύξης, καθώς και με εξάτμιση νερού από την αέρια φάση. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του συστήματος είναι η απουσία κυκλωμάτων κυκλοφορίας προς εσάς με εξοπλισμό άντλησης και ψύξης.
Στις πατρίδες. οι επιχειρήσεις λειτουργούν τεχνολογία. σχήματα με κυκλοφορία-εξατμ. μέθοδος ψύξης (σύστημα δύο πύργων). Διακρίνω. χαρακτηριστικά του συστήματος: η παρουσία πρόσθετωνκόνιδα ψείρας. πύργοι ψύξης αερίου, χρήση αποδοτικών πλακών εναλλάκτη θερμότητας σε κυκλώματα κυκλοφορίας. εφαρμογή υψηλής απόδοσης. ακροφύσια για την καύση P, παρέχοντας ομοιόμορφη λεπτή ψεκασμό του πίδακα του υγρού P και την πλήρη καύση του χωρίς το σχηματισμό κατώτερων οξειδίων.
Τεχνολ. Το σχήμα 1 δείχνει ένα διάγραμμα μιας μονάδας με δυναμικότητα 60.000 τόνων ετησίως 100% H 3 PO 4 . 3. Ο λιωμένος κίτρινος φώσφορος ψεκάζεται με θερμαινόμενο αέρα σε πίεση έως και 700 kPa μέσω ενός ακροφυσίου σε έναν πύργο καύσης που ποτίζεται από ένα φίλτρο κυκλοφορίας. Θερμαίνεται στον πύργο για-που ψύχεται με την κυκλοφορία του νερού σε πλάκες εναλλάκτες θερμότητας. Παραγωγικό to-ta, που περιέχει 73-75% H 3 PO 4 εκκενώνεται από το κύκλωμα κυκλοφορίας στην αποθήκη. Επιπλέον, η ψύξη των αερίων από τον πύργο καύσης και η απορρόφηση προς εσάς πραγματοποιούνται στον πύργο ψύξης (ενυδάτωση), γεγονός που μειώνει τη μεταγέννηση, το φορτίο θερμοκρασίας στον ηλεκτροστατικό κατακρημνιστή και συμβάλλει στον αποτελεσματικό καθαρισμό του αερίου. Η απομάκρυνση θερμότητας στον πύργο ενυδάτωσης πραγματοποιείται με κυκλοφορία 50% H 3 PO 4 που ψύχεται σε πλάκες εναλλάκτες θερμότητας. Τα αέρια από τον πύργο ενυδάτωσης αφού καθαριστούν από την ομίχλη H 3 PO 4 σε ηλεκτροστατικό ιζηματοποιητή πλάκας απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα. Για 1 τόνο 100% H 3 PO 4, καταναλώνονται 320 kg P.
Ρύζι. 3. Σχέδιο κυκλοφορίας διπλού πύργου για την παραγωγή θερμικών. H 3 PO 4: 1 - συλλέκτης ξινού νερού. 2 - αποθήκευση φωσφόρου. 3.9 - συλλέκτες κυκλοφορίας. 4.10 - υποβρύχιες αντλίες. 5.11 - πλακοειδείς εναλλάκτες θερμότητας. 6 - πύργος καύσης. 7 - ακροφύσιο φωσφόρου. 8 - πύργος ενυδάτωσης. 12 - ηλεκτροστατικός κατακρημνιστής. 13 - ανεμιστήρας.
Μια πιο οικονομική μέθοδος εκχύλισης για τη λήψη φωσφορικού οξέος βασίζεται στην αποσύνθεση της φύσης. φωσφορικά άλατα to-tami (κυρίως θειικά, σε μικρότερο βαθμό νιτρικά και ελαφρώς υδροχλωρικά). Τα διαλύματα φωσφορικού οξέος που λαμβάνονται με αποσύνθεση νιτρικού οξέος υποβάλλονται σε επεξεργασία σε σύνθετα λιπάσματα, με αποσύνθεση υδροχλωρικού οξέος - σε ίζημα.
Αποσύνθεση θειικού οξέος φωσφορικών πρώτων υλών [στις χώρες της ΚΑΚ Ch. αρ. Συμπύκνωμα απατίτη Khibiny (βλ. Απατίτης) και φωσφορίτες Karatau] - κύρια. μέθοδος λήψης φωσφορικού οξέος εκχύλισης, που χρησιμοποιείται για την παραγωγή συμπ. φωσφορικά και σύνθετα λιπάσματα. Η ουσία της μεθόδου είναι η εκχύλιση (εκχύλιση) του P 4 O 10 (συνήθως χρησιμοποιείται f-lu P 2 O 5) με τη μορφή H 3 PO 4 . Σύμφωνα με αυτή τη μέθοδο, Τα φωσφορικά άλατα υποβάλλονται σε επεξεργασία με H2S04 που ακολουθείται από διήθηση του προκύπτοντος πολτού για διαχωρισμό του φωσφορικού οξέος από το ίζημα θειικού ασβεστίου. Μέρος του εκχωρημένου πυρήνα. το διήθημα, καθώς και ολόκληρο το διήθημα που λαμβάνεται με το πλύσιμο του ιζήματος στο φίλτρο, επιστρέφει στη διαδικασία εκχύλισης (διάλυμα αραίωσης) για να εξασφαλιστεί επαρκής κινητικότητα του πολτού κατά την ανάμιξη και τη μεταφορά του. Αναλογία μάζας μεταξύ υγρών και στερεών φάσεων από 1,7:1 έως 3,0:1.
Φυσικός Τα φωσφορικά άλατα αποσυντίθενται σύμφωνα με το σχήμα:
Οι συνοδευτικές ακαθαρσίες αποσυντίθενται επίσης σε τάμι: ασβεστίτης, δολομίτης, σιδερίτης, νεφελίνη, γλαυκονίτης, καολίνης και άλλα ορυκτά. Αυτό οδηγεί σε αύξηση της κατανάλωσης του χρησιμοποιημένου σε εσάς και επίσης μειώνει την εκχύλιση του P 2 O 5 στο προϊόν στόχο λόγω του σχηματισμού αδιάλυτων φωσφορικών σιδήρου FeH 3 (PO 4) 2 2,5H 2 O στο P 2 Συγκεντρώσεις O 5 πάνω από 40% (περιεκτικότητα P 4 O 10 δίνεται συνήθως σε όρους P 2 O 5 ) και FePO 4 · 2H 2 O - σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις. ξεχωρίζωΤο CO 2, το οποίο απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση των ανθρακικών αλάτων, σχηματίζει σταθερό αφρό στους εκχυλιστές. Τα φωσφορικά p-rime Mg, Fe και Al μειώνουν τη δραστηριότητα του φωσφορικού οξέος και επίσης μειώνουν την περιεκτικότητα των αφομοιώσιμων μορφών P 2 O 5 στα λιπάσματα κατά το τελευταίο. επεξεργασία του φωσφορικού οξέος.
Λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση των ακαθαρσιών, προσδιορίζονται οι απαιτήσεις για φωσφορικές πρώτες ύλες, σύμφωνα με το Crimea prir. φωσφορικά άλατα με υψηλή περιεκτικότητα Comm. Fe, Al, Mg, ανθρακικά και οργαν. in-in ακατάλληλο για την παραγωγή φωσφορικού οξέος.
Ανάλογα με τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση του φωσφορικού οξέος στο σύστημα CaSO 4 -H 3 PO 4 -H 2 O, το θειικό Ca καθιζάνει ως διένυδρο (γύψος), ημιένυδρος ή ανυδρίτης. Σε πραγματικές συνθήκες, το ίζημα είναι μολυσμένο με ακαθαρσίες P 2 O 5 με τη μορφή μη αποσυντιθέμενης φύσης. φωσφορικά, υποπλυμένα Η3ΡΟ4, συνκρυσταλλωμένα φωσφορικά άλατα αποσυνθ. μέταλλα κ.λπ., έτσι ονομάζονται τα προκύπτοντα θειικά άλατα Ca. αντιστ. φωσφογύψος, φωσφοημιένυδρος και φωσφο-ανυδρίτης. Ανάλογα με τον τύπο του καταβυθισμένου θειικού, υπάρχουν τρεις άμεσες μέθοδοι για την παραγωγή φωσφορικού οξέος εκχύλισης: διένυδρο, ημιένυδρο (ημιένυδρο) και ανυδρίτης, καθώς και συνδυασμένες: ημιένυδρο-διένυδρο και διένυδρο-ημιένυδρο.
Στην ΚΑΚ, το naib. Η μέθοδος διένυδρης έχει εφαρμοστεί στη βιομηχανία, διακρίνεται από υψηλή απόδοση P 2 O 5 (93-96,5%) στην παραγωγή σε αυτό. ωστόσο σχετικά χαμηλόΠοια συγκέντρωση φωσφορικού οξέος απαιτεί την τελευταία του. εξάτμιση. Κύριος βήματα διαδικασίας: εξαγωγή με εξωτ. ή ενθ. κυκλοφορία και ψύξη υπό κενό ή αέρα του πολτού εκχύλισης, ωρίμανση του πολτού μετά τον εξαγωγέα, διαχωρισμός φωσφορικού οξέος σε φίλτρα κενού χύδην. Η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας καθορίζεται κυρίως.
Το ορθοφωσφορικό (μερικές φορές το όνομα φωσφορικό) οξύ είναι ένα οξύ ανόργανης προέλευσης, μέσης ισχύος. Είναι ένας απλός χημικός τύπος και συμβολίζεται ως H3PO4.
Κάτω από τυπικές συνθήκες αποθήκευσης και βέλτιστες θερμοκρασίες αποθήκευσης, εμφανίζεται ως καθαροί, άχρωμοι, υγροσκοπικοί κρύσταλλοι. Σε περιπτώσεις όπου η θερμοκρασία θερμαίνεται έως +42 έως +213 βαθμούς Κελσίου, η αναφερόμενη ουσία μετατρέπεται σε πυροφωσφορικό οξύ με παρόμοιο χημικό τύπο - H4P2O7.
Το φωσφορικό οξύ αναφέρεται συχνότερα ως διάλυμα με βάση το νερό περίπου 85%, το οποίο δεν έχει άρωμα και χαρακτηρίζεται από μια μέτρια παχύρρευστη εμφάνιση σαν σιρόπι. Εκτός από το νερό, το αναφερόμενο οξύ είναι επίσης τέλεια διαλυτό σε αλκοόλη και άλλους δημοφιλείς διαλύτες.
Πώς λαμβάνεται το φωσφορικό οξύ;
Για να αποκτήσετε την αναφερόμενη χημική ένωση, δεν χρειάζεται να έχετε πολλά χρήματα ή χρόνο. Όπως το κιτρικό οξύ, έτσι και το ορθοφωσφορικό οξύ έχει πλέον μεγάλη ζήτηση και παράγεται σε τεράστιες ποσότητες. Μέχρι σήμερα, οι ειδικοί γνωρίζουν τρεις σωστές μεθόδους για την εκχύλιση του φωσφορικού οξέος:
1. Υδρόλυση πενταχλωριούχου φωσφόρου.
2. Λήψη από φωσφορικά άλατα (μέθοδος εκχύλισης).
3. Με ανάμειξη οξειδίου του φωσφόρου(V) με συνηθισμένο νερό, που λαμβάνεται με την καύση του φωσφόρου σε οξυγόνο (θερμική μέθοδος).
Δεδομένου ότι η αντίδραση με το νερό είναι πολύ ενεργή, το οξείδιο του φωσφόρου (V) επεξεργάζεται με ένα πυκνό διάλυμα φωσφορικού οξέος που θερμαίνεται στους 200 βαθμούς Κελσίου.
Μια μικρή ποσότητα της ουσίας μπορεί εύκολα να ληφθεί στο εργαστήριο με την οξείδωση του φωσφόρου. Αλλά για την παραγωγή μιας τέτοιας ένωσης σε σοβαρή, βιομηχανική κλίμακα, δεν μπορεί κανείς να κάνει χωρίς μια μέθοδο εκχύλισης και θερμότητας.
Το ορθοφωσφορικό οξύ σε διάφορους τομείς της ανθρώπινης ζωής: πού χρησιμοποιείται
Το πεδίο εφαρμογής του φωσφορικού οξέος σήμερα είναι πολύ ενδιαφέρον και ποικίλο. Έτσι, η αναφερόμενη χημική ουσία είναι απαραίτητη σε διάφορες βιομηχανίες, μεταξύ των οποίων είναι και τα τρόφιμα.
Το ορθοφωσφορικό οξύ έχει ελάχιστα έντονες όξινες ιδιότητες, αντιδρά εύκολα με άλατα ασθενών οξέων, όλα τα είδη μετάλλων, βασικά οξείδια, βάσεις, αμμωνία. Η προσιτή τιμή έχει κάνει το φωσφορικό οξύ σε ζήτηση σε εντελώς διαφορετικές περιοχές.
Γεωργία και γεωργία
Η ένωση είναι ένα πολύ κοινό πρόσθετο για την παρασκευή δημοφιλών φωσφορικών ή συνδυασμένων λιπασμάτων: άλατα αμμωνίου, ασβεστίου, νατρίου, μαγγανίου. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, περίπου το 90% του μεταλλεύματος που περιέχει φωσφόρο χρησιμοποιείται για την παραγωγή λιπασμάτων. Ο φώσφορος είναι σημαντικός για τα φυτά στο σχηματισμό σπόρων και καρπών. Ταυτόχρονα, οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, η Ρωσία και το Μαρόκο θεωρούνται χώρες παραγωγής τέτοιων λιπασμάτων και σχεδόν όλες οι χώρες της Αφρικής, της Ασίας και της Ευρωπαϊκής Ένωσης θεωρούνται ως χώρες κατανάλωσης.
Στις φάρμες, οι κτηνίατροι συχνά συμβουλεύουν να ταΐζουν τα ζώα με διάλυμα φωσφορικού οξέος, προκειμένου να αποφευχθεί ο σχηματισμός λίθων στα νεφρά και στη χολή και να αυξηθεί το επίπεδο του στομαχικού οξέος.
βιομηχανία τροφίμων
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση χημικών στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου του φωσφορικού οξέος στη βιομηχανία τροφίμων. Έτσι, σε αυτήν την περιοχή, το φωσφορικό οξύ δρα ως ρυθμιστής οξύτητας και υποδεικνύεται από τη σήμανση E338. Είναι εξαιρετικό αντιοξειδωτικό, διατηρεί το χρώμα και παρατείνει τη διάρκεια ζωής διαφόρων ροφημάτων και τροφίμων.
Ειδικότερα, το πρόσθετο E338 προστίθεται συχνά σε τέτοια προϊόντα που έχουν ζήτηση στον πληθυσμό: διάφορα λουκάνικα, επεξεργασμένα τυριά, μπέικιν πάουντερ, προϊόντα αρτοποιίας και ζαχαροπλαστικής, γάλα και παιδικές τροφές, ζαχαρούχα ανθρακούχα ποτά κ.λπ.
Το πιο δημοφιλές ποτό που περιέχει φωσφορικό οξύ είναι η Coca-Cola. Όπως γνωρίζετε, ένα τέτοιο ποτό μπορεί ακόμη και να καθαρίσει μεταλλικές επιφάνειες από τη σκουριά. Ταυτόχρονα, η συγκέντρωση του οξέος σε αυτό το ποτό δεν είναι τόσο υψηλή ώστε να βλάψει σοβαρά το ανθρώπινο στομάχι όταν καταναλώνεται σε μικρές ποσότητες.
Παραγωγή οικιακών χημικών και οικοδομικών υλικών
Χάρη στην ενεργό χρήση του φωσφορικού οξέος και τη διαθεσιμότητά του, οι κατασκευαστές λανσάρουν πυρίμαχα χρώματα και βερνίκια στην αγορά οικοδομικών υλικών, όπως: βερνίκι, σμάλτο, εμποτισμός, σανίδες ξύλου και άλλα υλικά για κατασκευή και επισκευή. Το φωσφορικό οξύ είναι επίσης απαραίτητο για την παραγωγή σπίρτων.
Τα διαλύματα ορθοφωσφορικού οξέος χρησιμοποιούνται ενεργά από τεχνίτες σε φάρμες επεξεργασίας ξύλου. Λόγω του εμποτισμού του ξύλου με αυτή την ουσία, το ξύλο γίνεται πυρίμαχο.
Τα άλατα φωσφορικού οξέος μαλακώνουν τέλεια το χλωριωμένο νερό· περιέχονται σε πολλές οικιακές χημικές ουσίες. Για παράδειγμα, αυτές είναι σκόνες και τζελ πλυσίματος, υγρά πιάτων, υγρά για την αφαίρεση σκουριάς και λίπους σε επιφάνειες κ.λπ.
ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ
Χρησιμοποιείται από ειδικούς για διάφορα πειράματα και μελέτες.
Το φάρμακο
Είναι ενδιαφέρον ότι στην ιατρική, το φωσφορικό οξύ είναι συστατικό του ενεργού άνθρακα. Επίσης για πολλά χρόνια χρησιμοποιείται ενεργά στην οδοντιατρική - για σφραγίσματα. Σε μικρές ποσότητες, αυτή η ένωση υπάρχει σε οδοντόκρεμες και λευκαντικά δοντιών.
Λίγοι άνθρωποι συνειδητοποιούν ότι το φωσφορικό οξύ είναι επίσης ένα στοιχείο αποστράγγισης για την κατασκευή αδιάβροχων και αντιανεμικών εξωτερικών ενδυμάτων, ιδίως στολών σκι.
Είναι το φωσφορικό οξύ επιβλαβές για τον άνθρωπο;
Να θυμάστε ότι όλα είναι καλά με μέτρο. Το ορθοφωσφορικό οξύ θεωρείται μια σχετικά ασφαλής χημική ένωση, με την επιφύλαξη των κανόνων της κατανάλωσής του. Η υπερβολική κατανάλωση φωσφορικού οξέος μαζί με τα τρόφιμα μπορεί να οδηγήσει σε αίσθημα αδιαθεσίας, αποστροφή για το φαγητό, απώλεια βάρους, εύθραυστα οστά. Επομένως, είναι καλύτερο να αποφεύγετε την υπερβολική κατανάλωση τροφών με πρόσθετο τροφίμωνΕ338.
Εάν το οξύ με τη μορφή συμπυκνωμένου διαλύματος εισέλθει στο δέρμα και στους βλεννογόνους ενός ατόμου, είναι πιθανά εγκαύματα. Επίσης, ορισμένοι οδοντίατροι έχουν παρατηρήσει ότι το φωσφορικό οξύ καταστρέφει το ανώτερο στρώμα του σμάλτου των δοντιών όταν χρησιμοποιείται συχνά για οδοντιατρική θεραπεία.
Σε επαφή με
Πρώτες ύλες για την παραγωγή φωσφορικού οξέος
Περισσότερα από 120 ορυκτά είναι γνωστά στη φύση. Τα πιο κοινά και βιομηχανικά σημαντικά ορυκτά της ομάδας του απατίτη είναι ο φθοραπατίτης Ca 10 F 2 (PO 4) 6, ο υδροξειδαπατίτης Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2, ο χλωραπατίτης.
Τα φωσφορικά της ομάδας απατίτη περιλαμβάνουν ορυκτά με τον γενικό τύπο Ca 10 R 2 (PO 4) 6, όπου το R είναι F, Cl, OH.
Κάποιο μέρος του Ca στους απατίτες αντικαθίσταται από Sr, Ba, Mg, Mn, Fe και τρισθενή στοιχεία σπάνιων γαιών σε συνδυασμό με αλκαλικά μέταλλα.
Το πάχος των ραφών φτάνει τα 200 μ. Τα ορυκτά που περιλαμβάνονται στο μετάλλευμα διαφέρουν ως προς τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και τις ιδιότητες επίπλευσης, γεγονός που καθιστά δυνατό τον εμπλουτισμό του προκύπτοντος συμπυκνώματος με περιεκτικότητα προϊόντος στόχου 92-93% κατά την επίπλευση.
Ο καθαρός φθοραπατίτης ασβεστίου περιέχει: 42,22% P 2 O 5 ; 55,6% CaO, 3,76% - F.
Από προέλευση, τα φωσφορικά άλατα είναι πυριγενή και ιζηματογενή. Τα πυριγενή ή κατάλληλα πετρώματα απατίτη σχηματίστηκαν είτε με άμεση στερεοποίηση λιωμένου μάγματος είτε σε ξεχωριστές φλέβες κατά τη διαδικασία κρυστάλλωσης του μαγματικού τήγματος (φλέβες αιματίτη), είτε με διαχωρισμό από θερμά υδατικά διαλύματα (υδροθερμικοί σχηματισμοί), είτε με την αλληλεπίδραση μάγμα με ασβεστόλιθο (επαφή).
Τα πετρώματα απατίτη έχουν κοκκώδη μακροκρυσταλλική δομή και χαρακτηρίζονται από την απουσία πολυδιασποράς και μικροπορώδους.
Ιζηματικά φωσφορικά άλατα - φωσφορίτες. Σχηματίστηκαν ως αποτέλεσμα της διάβρωσης των πετρωμάτων, της αλληλεπίδρασης με άλλα πετρώματα - και της απόθεσής τους τόσο σε διάσπαρτη κατάσταση όσο και με το σχηματισμό μεγάλων συσσωρεύσεων.
Τα φωσφορικά μεταλλεύματα διαφέρουν από τα απατίτη ως προς την υψηλή διασπορά των φωσφορικών ορυκτών που περιέχονται σε αυτά και στη στενή ανάπτυξή τους με τα συνοδευτικά ορυκτά (ακαθαρσίες) Οι φωσφορίτες διαλύονται ταχύτερα στα οξέα από τους απατίτες.
Η καλύτερη πρώτη ύλη για την εκχύλιση του φωσφορικού οξέος είναι ένα συμπύκνωμα απατίτη που περιέχει 2% R2O3 ή 5% της συνολικής περιεκτικότητας σε P 2 O 5. Δεν περιέχει σχεδόν καθόλου ανθρακικά. Ως αποτέλεσμα, η μικρότερη (σε σύγκριση με άλλους τύπους πρώτων υλών) ποσότητα θειικού οξέος δαπανάται για την αποσύνθεσή του.
Κατά την εκχύλιση φωσφορικού οξέος από φωσφορίτες Karatau που περιέχουν σημαντική ποσότητα ανθρακικών, σιδηρούχων και αργιλικών ουσιών, όχι μόνο αυξάνεται η κατανάλωση θειικού οξέος, λόγω της ανάγκης για αποσύνθεση ανθρακικών αλάτων, αλλά και το φωσφορικό οξύ είναι χαμηλότερης ποιότητας. Περιέχει θειικά και φωσφορικά άλατα μαγνησίου, σιδήρου και αλουμινίου, τα οποία προκαλούν την εξουδετέρωση σημαντικού μέρους (μέχρι το μισό) του φωσφορικού οξέος. Επιπλέον, το P 2 O 5 μπορεί να εξαχθεί από τέτοιες πρώτες ύλες κατά 3-6% λιγότερο από ότι από συμπύκνωμα απατίτη. Αυτό οφείλεται κυρίως στην επιδείνωση των συνθηκών για το φιλτράρισμα και το πλύσιμο του φωσφογύψου, ο οποίος απελευθερώνεται από το διάλυμα με τη μορφή μικρών κρυστάλλων, που διεισδύουν από ακαθαρσίες λεπτών σωματιδίων αργίλου.
Άλλοι τύποι φωσφοριτών είναι οι αμμώδεις (Aktobe, Shchigrovsky), ο αργιλώδης-γλαυκονίτης (Vyatka, Ryazan-Egorievsk) ακόμη και μετά τον εμπλουτισμό σύγχρονες μεθόδους, δεν χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για την παραγωγή φωσφορικού οξέος. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μείγμα με συμπύκνωμα απατίτη. Η ποσότητα του προστιθέμενου απατίτη θα πρέπει να παρέχει μια τέτοια αναλογία R2O3: P2O5, η οποία επιτρέπει τη διεξαγωγή της διαδικασίας με ελάχιστες απώλειες.
Θερμική μέθοδος για την παραγωγή φωσφορικού οξέος
Η θερμική μέθοδος συνίσταται σε αναγωγή σε υψηλή θερμοκρασία των φωσφορικών αλάτων και εξάχνωση σε ηλεκτρικούς κλιβάνους στοιχειακού φωσφόρου παρουσία άνθρακα και πυριτίου
Ca 3 (RO 4) 2 + 5C + 2SiO 2 = P 2 + 5CO + Ca 3 Si 2 O 7 - 1460 kJ / mol.
Ο προκύπτων φώσφορος οξειδώνεται σε φωσφορικό ανυδρίτη και στη συνέχεια ο τελευταίος ενυδατώνεται με νερό. με αποτέλεσμα το σχηματισμό φωσφορικού οξέος
2P2 + 5O2 = 2P2O5; P2O5 + 3H2O = 2H3RO4.
Σύμφωνα με την αρχή της ψύξης αερίου, οι διαδικασίες λήψης φωσφορικών αλάτων με βάση το στοιχειακό φώσφορο μπορούν να ταξινομηθούν σε συστήματα με αλλαγή στην κατάσταση συσσωμάτωσης του ψυκτικού μέσου και συστήματα χωρίς αλλαγή της κατάστασης συσσωμάτωσης του ψυκτικού μέσου. Τα ψυκτικά είναι πάντα νερό ή φωσφορικό οξύ.
Το κύριο πλεονέκτημα της θερμικής μεθόδου, σε σύγκριση με τη μέθοδο εκχύλισης, είναι η δυνατότητα επεξεργασίας οποιουδήποτε τύπου πρώτης ύλης, συμπεριλαμβανομένων φωσφορικών χαμηλής ποιότητας, και λήψης οξέος υψηλής καθαρότητας.
Μέθοδος εκχύλισης για τη λήψη φωσφορικού οξέος
Η όξινη μέθοδος βασίζεται στη μετατόπιση του φωσφορικού οξέος από τα φωσφορικά άλατα με ισχυρά οξέα. Η μέθοδος εκχύλισης θειικού οξέος έχει βρει τη μεγαλύτερη κατανομή στην πράξη.
Η διαδικασία προχωρά σύμφωνα με την παρακάτω συνοπτική εξίσωση:
Ca 5 F (PO 4) 3 + 5H 2 SO 4 \u003d 5CaSO 4 (tv) + 3H 3 RO 4 + HF.
Ανάλογα με τη θερμοκρασία της διεργασίας και τη συγκέντρωση P2O5 στο διάλυμα, το θειικό ασβέστιο (φωσφογύψος) απελευθερώνεται με τη μορφή CaSO4 2H2O (τρόπος αφυδάτωσης), CaSO4 0,5H2O (τρόπος ημιένυδρου) και CaSO4 (τρόπος ανυδρίτη). Οι δύο πρώτοι τρόποι έχουν βρει βιομηχανική διανομή.
Το προκύπτον υδροφθόριο αλληλεπιδρά με το H2SiO3
4HF + H 2 SiO 3 \u003d SiF 4 + 3H 2 O.
Σε αυτή την περίπτωση, το SiF4 απελευθερώνεται μερικώς στην αέρια φάση και εν μέρει παραμένει στο διάλυμα EPA με τη μορφή H2SiF6.
Τυπικά, το προκύπτον οξύ εκχύλισης είναι μολυσμένο με ακαθαρσίες πρώτης ύλης και έχει χαμηλή συγκέντρωση (25-32% P 2 O 5), επομένως πρέπει να εξατμιστεί σε υψηλότερη συγκέντρωση.
Τα κύρια πλεονεκτήματα της διαδικασίας εκχύλισης είναι η απλότητά της και η δυνατότητα παραγωγής φθηνότερου H 3 PO 4 . Το μειονέκτημα είναι ότι το EPA που προκύπτει είναι μολυσμένο με ένα μείγμα σεσκιοξειδίων (Al2O3, Fe2O3), ενώσεων φθορίου και CaS04.
Παραγωγή φωσφορικού οξέος με διένυδρες και ημιένυδρες μεθόδους
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι λήψης φωσφορικού οξέος διαφορετικών συγκεντρώσεων με την απελευθέρωση διένυδρου θειικού ασβεστίου. Η πιο βολική ταξινόμηση και αξιολόγηση διαφορετικοί τρόποιανάλογα με τη συγκέντρωση του προκύπτοντος οξέος, καθώς είναι ο κύριος δείκτης της ποιότητας του προϊόντος και μία από τις κύριες τεχνολογικές παραμέτρους που καθορίζουν όλες τις άλλες - θερμοκρασία, διάρκεια της αλληλεπίδρασης των αντιδραστηρίων, σχήμα και ιδιότητες φιλτραρίσματος του κατακρημνισμένου ασβεστίου θειικοί κρύσταλλοι κ.λπ.
Επί του παρόντος, η διένυδρη μέθοδος παράγει H 3 RO 4 με περιεκτικότητα 20-25% P 2 O 5 (συνήθως από χαμηλής ποιότητας πρώτες ύλες - φτωχοί φωσφορίτες) και 30-32% P 2 O 5 (από υψηλής ποιότητας πρώτες ύλες - συμπύκνωμα απατίτη)
Μετά τη λήψη ενός οξέος που περιέχει 30-32% P 2 O 5 ημιένυδρη-αφυδατωμένη μέθοδος, η διαδικασία πραγματοποιείται σε δύο στάδια. Το πρώτο στάδιο - η αποσύνθεση του φωσφορικού - πραγματοποιείται υπό τέτοιες συνθήκες που το θειικό ασβέστιο απελευθερώνεται με τη μορφή ενός σχετικά σταθερού ημιένυδρου, το οποίο δεν ενυδατώνεται κατά την εκχύλιση σε γύψο. Στο δεύτερο στάδιο, ο διαχωρισμένος ημιένυδρος, ο οποίος δεν διαχωρίζεται από την υγρή φάση, ανακρυσταλλώνεται στον πολτό της αντίδρασης σε διένυδρο παρουσία κρυστάλλων σπόρων γύψου με την απελευθέρωση μεγάλων, καλοσχηματισμένων και ταχέως φιλτραρόμενων κρυστάλλων.
Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι η μέγιστη (έως 98,5%) εκχύλιση του φωσφορικού οξέος από την πρώτη ύλη στο διάλυμα με ελάχιστη κατανάλωση θειικού οξέος και η παραγωγή γύψου υψηλής ποιότητας που δεν περιέχει περισσότερο από 0,3% του συνολικού P 2 O 5 (αντί για το συνηθισμένο 0,5-1 ,5%) και 0,02-0,08% υδατοδιαλυτό P 2 O 5 . Αυτό οφείλεται στην αποτροπή αντικατάστασης από θειικά ιόντα στο κρυσταλλικό πλέγμα του ιζήματος και στην απελευθέρωση ιόντων HPO4-, τα οποία διατηρήθηκαν (προσροφήθηκαν στην επιφάνεια των αρχικά κατακρημνισμένων σωματιδίων της στερεάς φάσης, δεδομένου ότι η ημιένυδρη ένωση προηγουμένως πέρασε σε την υγρή φάση.
Σε αντίθεση με τη μέθοδο διένυδρης που χρησιμοποιείται σήμερα, η ημιένυδρη μέθοδος μπορεί να διδάξει ένα οξύ που περιέχει 45-50% P 2 O 5 . Αυτό καθιστά δυνατή την αύξηση της χωρητικότητας των υφιστάμενων συνεργείων κατά 1,5 - 1,8 φορές και κάπως μείωση της ποσότητας των απορριμμάτων - θειικών υπολειμμάτων.
Για την παραγωγή συμπυκνωμένου φωσφόρου και σύνθετων λιπασμάτων απαιτείται φωσφορικό οξύ που περιέχει 37-55% P2O5 ή περισσότερο και για την παραγωγή πολυφωσφορικών αμμωνίου και συμπυκνωμένων υγρών λιπασμάτων απαιτείται οξύ που περιέχει 72-83% P2O5. Επομένως, σε πολλές περιπτώσεις, το φωσφορικό οξύ εκχύλισης υποβάλλεται σε συμπύκνωση με εξάτμιση.
Στο στάδιο της πειραματικής ανάπτυξης βρίσκεται η παραγωγή φωσφορικού οξέος που περιέχει έως και 55% P 2 O 5 με τη μέθοδο του ανυδρίτη (χωρίς εξάτμιση). Ο ευκολότερος τρόπος για να πάρετε ένα οξύ που περιέχει 53-55% P 2 O 5 επειδή η διαδικασία μειώνεται μόνο στην εξάτμιση του νερού και δεν συνοδεύεται από αφυδάτωση του φωσφορικού οξέος και ο σχηματισμός ανυδρίτη φωσφόρου δεν είναι σε ορθομορφή. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία περιπλέκεται επίσης από τη σοβαρή διάβρωση του εξοπλισμού και την απελευθέρωση ακαθαρσιών που περιέχονται στο οξύ.
Το ζεστό φωσφορικό οξύ έχει ισχυρή διαβρωτική επίδραση στα περισσότερα γνωστά μέταλλα, κράματα και πυριτικά-κεραμικά υλικά. Τα ιζήματα που απελευθερώνονται κατά τη διαδικασία εξάτμισης μπορούν να φράξουν τον εξοπλισμό, με αποτέλεσμα την απότομη μείωση της παραγωγικότητάς του. Αυτό καθιστά δύσκολη τη χρήση τυπικών και ευρέως χρησιμοποιούμενων εξατμιστών για εξάτμιση φωσφορικού οξέος. Το οξύ που περιέχει 53 - 55% P2O5 μπορεί να ληφθεί από σχετικά λίγα μολυσμένα φωσφορικά άλατα - συμπύκνωμα απατίτη ή εμπλουτισμένους υψηλής ποιότητας φωσφορίτες
Παραγωγή φωσφορικού οξέος με άλλες μεθόδους
Ενδιαφέρον στη βιομηχανία παρουσιάζει η μέθοδος λήψης H3PO4, με βάση την οξείδωση του φωσφόρου με ατμό σε καταλύτη χαλκού-ζιρκόνιου, οι βέλτιστες συνθήκες διεργασίας είναι: t = 973°C, η αναλογία ατμού και φωσφόρου είναι 20:1
P 4 + 16H 2 O \u003d 4H 3 RO 4 + 10H 2 + 1306,28 kJ.
Στο εργαστήριο λαμβάνεται H3PO4
3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3 RO 4 + 5NO
Η εξαγωγή φωσφορικού οξέος από φωσφορικά άλατα με θειικό οξύ έχει σημαντικά μειονεκτήματα: μεγάλη κατανάλωση θειικού οξέος (2,5–3,1 τόνοι μονοένυδρου ανά 1 τόνο P2O5) και ανάγκη επεξεργασίας ή αποθήκευσης σημαντικής ποσότητας αποβλήτων - φωσφογύψου (4,5– 6,0 τόνοι ανά 1 τόνο P2O5 σε ξηρή ουσία), η επεξεργασία του οποίου σε θειικό οξύ συνδέεται με την απελευθέρωση σημαντικών ποσοτήτων τσιμέντου ή ασβέστη ταυτόχρονα, οι οποίες δεν πωλούνται πάντα ευρέως. Συνεπώς, αναζητούνται συνεχώς οι δυνατότητες εκχύλισης του φωσφορικού οξέος με άλλα ανόργανα οξέα - νιτρικό, υδροχλωρικό, φθορικό και φθοριοπυριτικό οξύ.
Η κύρια δυσκολία στην αποσύνθεση του φωσφορικού από νιτρικό ή υδροχλωρικό οξύ είναι ο διαχωρισμός του φωσφορικού οξέος από το πολύ διαλυτό νιτρικό ασβέστιο και το χλωριούχο. Όταν χρησιμοποιούνται φθοροπυριτικά ή υδροφθορικά οξέα, σχηματίζεται ένα ίζημα, το οποίο διαχωρίζεται εύκολα με διήθηση. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, η αναγέννηση οξέος απαιτεί τη χρήση του υψηλές θερμοκρασίες, αλλά είναι δυνατή η διεξαγωγή της διαδικασίας χωρίς πρόσθετα αντιδραστήρια - οξέα, χρησιμοποιώντας φθόριο που περιέχεται στην πρώτη ύλη.
Λήψη φωσφορικών αλάτων
Η περιεκτικότητα διαφόρων ανιονικών μορφών στο διάλυμα εξαρτάται από το pH του διαλύματος. Όλα τα φωσφορικά άλατα αλκαλιμετάλλων και αμμωνίου είναι πολύ διαλυτά στο νερό. Για άλλα μέταλλα, μόνο τα διόξινο φωσφορικά είναι διαλυτά. Διαλύματα μεσαίων φωσφορικών αλκαλικών μετάλλων λόγω υδρόλυσης έχουν έντονα αλκαλική αντίδραση. (Το διάλυμα Na3PO4 0,1 M έχει pH 12,7). Υπό αυτές τις συνθήκες, παρουσία μεσαίων φωσφορικών αλκαλικών μετάλλων ως αντιδραστηρίου, δεν είναι δυνατό να ληφθούν μεσαία φωσφορικά άλατα άλλων μετάλλων - είτε βασικά άλατα είτε υδροξείδια και οξείδια καθιζάνουν από διαλύματα:
4Na 3 PO 4 + 5CaCl 2 + H 2 O \u003d Ca 5 (PO 4) 3 OH + 10NaCl + Na 2 HPO 4
2AgNO 3 + 2Na 3 PO 4 + H 2 O \u003d Ag 2 O + 2Na 2 HPO 4 + 2NaNO 3
Επομένως, για να ληφθούν μεσαία άλατα φωσφορικού οξέος, είναι απαραίτητο να μειωθεί το pH. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση διαλύματος όξινου φωσφορικού νατρίου παρουσία αμμωνίας:
2Na 2 HPO 4 + CaCl 2 + 2 NH 3 = Ca 3 (PO 4) 2 + 2 NH 4 Cl + 4NaCl
Τα φωσφορικά (τόσο μεσαία όσο και όξινα) μπορούν επίσης να ληφθούν με αντιδράσεις ανταλλαγής, όπου υπάρχουν πολλές διαφορετικές παραλλαγές αντιδραστηρίων:
1. Άμεση αλληλεπίδραση μετάλλου με φωσφορικό οξύ:
2H3PO4+3Ca= Ca3(PO4)2+ 3H2
2. Αντίδραση μεταξύ βασικού οξειδίου και φωσφορικού οξέος:
2H 3 PO 4 + 3CaO \u003d Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O
3. Αντίδραση ανταλλαγής μεταξύ αλάτων, ένα από τα οποία περιέχει αναγκαστικά φωσφορικό ή διϋδροφωσφορικό ανιόν:
2Na 3 PO 4 + 3CaCl 2 = Ca 3 (PO 4) 2 + 6NaCl.
4. Αντίδραση ανταλλαγής φωσφορικού οξέος και υδροξειδίου:
2H 3 PO 4 + 3Ca(OH) 2 \u003d CaHPO 4 2H 2 O
2H 3 PO 4 + 3NaOH \u003d Na 3 PO 4 + 3H 2 O
5. Αντίδραση ανταλλαγής φωσφορικών και υδροξειδίων:
2Na 3 PO 4 + 3Ca(OH) 2 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3 NaOH
6. Αλληλεπίδραση διυδροφωσφορικών ή υδροφωσφορικών αλάτων με αλκάλια:
Είναι δυνατή η λήψη φωσφορικών απευθείας από την απλή ουσία του φωσφόρου. Ο λευκός φώσφορος διαλύεται σε αλκαλικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου:
P 4 + 10H 2 O 2 + 12NaOH \u003d 4Na 3 PO 4 + 16H 2 O
Η κύρια μέθοδος για τον έλεγχο της καθαρότητας του λαμβανόμενου αδιάλυτου στο νερό φωσφορικού είναι το άφθονο πλύσιμο του με νερό κατά το φιλτράρισμα του ιζήματος. Όσον αφορά τα υδατοδιαλυτά φωσφορικά άλατα αμμωνίου και αλκαλιμετάλλων, είναι απαραίτητη η ακριβής και μη αναλώσιμη κρυστάλλωση για τον έλεγχο της καθαρότητας, καθώς και η προδιήθηση του διαλύματος από πιθανές αδιάλυτες ακαθαρσίες.
Όλες οι παραπάνω μέθοδοι για τη σύνθεση φωσφορικών αλάτων είναι εφαρμόσιμες τόσο σε εργαστηριακές συνθήκες όσο και στη βιομηχανία.