Tlenki i kwasy fosforowe

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.