Tlenki i kwasy fosforowe – wzory, właściwości, otrzymywanie, zastosowanie

Tlenki fosforowe - wzory, właściwości

W połączeniu z tlenem, fosfor tworzy dwa tlenki: na +III i na +V stopniu utlenienia. Tlenek fosforu(III) ma wzór $P_2O_3$ i jest nazywany trójtlenkiem fosforu, natomiast tlenek fosforu(V) ma wzór $P_4O_{10}$ i jest nazywany pięciotlenkiem fosforu. Nazwa „pięciotlenek” pochodzi od empirycznego wzoru tego tlenku, $P_2O_5$. Wzór empiryczny zamiast ilości atomów w pojedynczej cząsteczce określa stosunek molowy pierwiastków wyrażony najmniejszymi możliwymi liczbami całkowitymi. Tlenki fosforu mają charakter kwasowy, są bezwodnikami odpowiednich kwasów fosforowych. Tlenek fosforu(III) ma właściwości redukujące, reaguje z wodą dając kwas fosforowy(III) i z chlorowodorem, dając kwas fosforowy(III) i trójchlorek fosforu, $PCl_3$. Otrzymuje się go przez spalanie fosforu przy ograniczonym dostępie powietrza. Tlenek fosforu(V),$P_4O_{10}$ jest silnie higroskopijny i ma właściwości utleniające. Gwałtownie reaguje z wodą dając kwas ortofosforowy(V). Znajduje on zastosowanie jako efektywny środek usuwający wilgoć, otrzymuje się go, spalając fosfor przy dobrym dostępie tlenu.

Kwasy fosforowe - wzory, otrzymywanie, zastosowanie

Trzy najważniejsze i najczęściej spotykane kwasy fosforowe to kwas fosforowy(I) (fosfinowy), $H_3PO_2$, kwas ortofosforowy(III), $H_3PO_3$ i kwas ortofosforowy(V), $H_3PO_4$ (zwany po prostu kwasem fosforowym). Sole tych kwasów to odpowiednio fosforany(I) (fosfiniany), fosforany(III) i fosforany(V). Przez częściowe odwodnienie kwasu ortofosforowego(V) można otrzymać kwas meta fosforowy(V), o wzorze $(HPO_3)_n$. Wybrane właściwości kwasów ortofosforowego(III) i (V) zebrano w tabeli 1.

Tabela 1: wybrane właściwości kwasów ortofosforowych

Nazwa	Wzór	Temp. Topnienia/wrzenia [°C]	$pK_{a1}$ / $pK_{a2}$/ $pK_{a3}$	Gęstość [$\frac{g}{cm^3} \frac{}{}$]
Kwas ortofosforowy(III)	$H_3PO_3$	200 (rozkład)	1,3 /6,7 / b.d.	1,651
Kwas ortofosforowy(V)	$H_3PO_4$	42 (bezwodny) / 158 (rozkład)	2,15 / 7,20/ 12,32	1,885

 

Kwas fosforowy(V) jest kwasem trójprotonowym o średniej mocy. Te dwie cechy sprawiają, że roztwory kwasu fosforowego i jego soli (np.$Na_3PO_4)$ lub wodorosoli (np. $KH_2PO_4$, czy $K_2HPO_4$) są często stosowane jako roztwory buforowe. Równowaga kwasowo-zasadowa pomiędzy kwasem fosforowym i jego solami stanowi jeden z podstawowych systemów utrzymywania właściwego pH wewnątrz organizmów żywych (w płynach wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych oraz we krwi).

Fosforany

Fosforany to sole kwasu fosforowego(V) występują powszechnie na Ziemi w postaci minerałów fosforanowych takich jak np. apatyty. Są one stosowane jako nawozy sztuczne i przerabiane w celu uzyskania pierwiastkowego fosforu lub kwasu fosforowego(V). Jony fosforanowe występują powszechnie w organizmach żywych, w strukturze kości (hydroksyapatyt – fosforan wapnia), jako element kwasów nukleinowych RNA i DNA, a także jako element cząsteczek będących nośnikami energii: adenozyno mono- di- i tri fosforanu (AMP, ADP i ATP) czy analogicznych guanozyno fosforanów.