Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Ортофосфат натрия
Материал из https://ru.wikipedia.org

Ортофосфат натрия (натрий фосфорнокислый (трёхзамещённый), тринатрийфосфат; химическая формула — Na3PO4) — одна из трёх натриевых солей ортофосфорной кислоты[6].

При обычных условиях ортофосфат натрия представляет собой додекагидрат Na3PO4 · 12H2O.

В лаборатории и в промышленности соединение получают в две стадии.

Находит широкое применение в пищевой промышленности, а также при добыче нефти.

Содержание

Идентификация

Ион натрия в водном растворе можно обнаружить, используя AA или ICP методы, в то время как фосфат-ион — колориметрическими методами или ионной хроматографией[7].

Физические свойства

Ортофосфат натрия представляет собой кристаллы без цвета, разрушающиеся при воздействии сухого воздуха[8].

Термодинамические свойства ортофосфата натрия и его додекагидрата при температуре 298,15 К (25°C) и давлении 100кПа (если не указано иное) представлены в Таблице 1. Физические характеристики растворов ортофосфата натрия при 20°C — плотность (), показатель преломления (n) и абсолютная (динамическая) вязкость () — представлены в зависимости от массовой доли (w), моляльности (m) и молярности (c) в Таблице 2.
Таблица 1
Характеристика Na3PO4 Na3PO4 · 12H2O Источник
Энтальпия образования
fH°, кДж/моль		 1917 5480 [2]
Стандартная энергия Гиббса
fG°, кДж/моль		 1789 4662
Стандартная энтропия
S°, Дж/(моль · K)		 174 660
Изобарная теплоемкость[c]
C°p, Дж/(моль · K)		 153,5 665 [9]
Таблица 2[10]
w, % m, моль/кг c, моль/л , г/см n
0,5 0,031 0,031 1,0042 1,3343 1,033
1,0 0,062 0,062 1,0100 1,3356 1,064
1,5 0,093 0,093 1,0158 1,3369 1,094
2,0 0,124 0,125 1,0216 1,3381 1,126
2,5 0,156 0,157 1,0275 1,3394 1,161
3,0 0,189 0,189 1,0335 1,3406 1,198
3,5 0,221 0,222 1,0395 1,3419 1,238
4,0 0,254 0,255 1,0456 1,3432 1,281
4,5 0,287 0,289 1,0517 1,3444 1,327
5,0 0,321 0,323 1,0579 1,3457 1,375
5,5 0,355 0,357 1,0642 1,3470 1,426
6,0 0,389 0,392 1,0705 1,3482 1,480
6,5 0,424 0,427 1,0768 1,3495 1,538
7,0 0,459 0,462 1,0832 1,3507 1,598
7,5 0,495 0,498 1,0896 1,3519 1,662
8,0 0,530 0,535 1,0961 1,3532 1,729


Химические свойства

Соединение хорошо растворяется в воде (кроме пластовой минерализованной ), но плохо в спирте[7] и сероуглероде[11].

В растворе соль имеет сильнощелочную (pH = 12,8) реакцию вследствие гидролиза[8][11]:


Трёхзамещённый ортофосфат натрия обычно кристаллизуется из водных растворов в виде додекагидрата. Однако присутствие гидроксида натрия, способного встраиваться в кристаллическую решётку, оказывает влияние на состав кристаллогидрата: в зависимости от условий, формируются соединения состава от Na3PO4 · 0,3NaOH до Na3PO4 · 0,25NaOH (Monzel, 1937). При нахождении в растворах различной температуры соль выделяет NaOH и образует гидраты постоянного состава — Na3PO4 · 6H2O (70 °C) и Na3PO4 · H2O (100 °C)[12].

Получение

В лаборатории

Додекагидрат тринатрийортофосфата, как и другие его кристаллогидратные формы, может быть нейтрализацией ортофосфорной кислоты (или дигидрофосфата натрия) раствором гидроксида или карбоната натрия. В ходе реакции к ортофосфорной кислоте при взбалтывании приливают карбонат натрия до достижения слабощелочной реакции среды, после чего вводят избыток раствора гидроксида натрия. В результате образуется сильнощелочной раствор тринатрийфосфата[13]:


Раствор доводят до кипения, фильтруют и упаривают до начала кристаллизации. Образовавшиеся кристаллы отделяют от раствора и высушивают при комнатной температуре[13].

Условия фильтрации и сушки позволяют получить различные гидратные формы соединения. Так, полугидрат (Na3PO4 · 0,5H2O) образуется при фильтрации через воронку Бюхнера и сушке при температуре 121°C. Кристаллизация при температуре около 86°C способствует образованию гексагидрата (Na3PO4 · 6H2O). Для получения восьмигидрата (Na3PO4 · 8H2O) применяют раствор с точно заданным содержанием воды; его подвергают интенсивному перемешиванию, охлаждают до полной кристаллизации, после чего полученное вещество сушат на воздухе[13][d].

В промышленности

Промышленное получение додекагидрата тринатрийфосфата осуществляется путём нейтрализации 45%-ой фосфорной кислоты (по содержанию оксида фосфора(V)). Процесс проходит в два этапа[15]:


Технология процесса
Раствор карбоната натрия подаётся в реактор 1, снабжённый мешалкой и наружным обогревом, совместно с оборотным раствором, оставшимся после обезвоживания соли. Нейтрализация фосфорной кислоты проводится при температуре кипения. Образовавшиеся примеси удаляются на фильтр-прессе 2. Затем очищенный раствор поступает в реактор 3, где его обрабатывают концентрированным раствором гидроксида натрия. Полученное вещество направляют на повторную фильтрацию 4 и затем — в кристаллизаторы 5. При охлаждении выпадает основная масса продукта в виде додекагидрата. Кристаллы отделяются на центрифуге 6: маточные растворы возвращаются в реактор 1, а влажные кристаллы направляются в барабанную сушилку 7 для охлаждения и последующей упаковки[15].

Применение

Na3PO4 используется в составе моющих средств, а также в качестве компонента электролитов при производстве бутадиен-стирольных каучуков[16]. Он применяется также при очистке металлов, в составах фотографических проявителей, средствах для удаления красок, при дублении кожи, производстве бумаги и осветлении сахара[7].

Тринатрийфосфат эффективно смягчает воду, особенно в котлах высокого давления[12]. Растворы этого соединения обладают хорошими смачивающими свойствами и низким межфазным натяжением с нефтью (3—5 мН/м). Благодаря высокому нефтевытесняющему эффекту, при взаимодействии с минерализованной пластовой водой они образуют высокодисперсную фазу с кристаллическими ортофосфатами кальция и магния, блокируя обводнённые каналы в пласте, в которые закачиваются[17].

В пищевой промышленности Na3PO4, наряду с другими ортофосфатами натрия, используется в качестве регулятора кислотности, эмульгатора, текстуранта, влагоудерживающего агента, стабилизатора и комплексообразователя[18].

Примечания

Комментарии
  1. В данном случае и далее вторым словом (значением) указывается характеристика додекагидрата Na3PO4 · 12H2O. Значения показателя преломления и кристаллическая структура вещества приведены только для додекагидрата.
  2. Полное обезвоживание происходит при температуре более 200 °C.
  3. Данные указаны при 298,15 К (25 °С).
  4. Остальные гидраты, включая
    4 · (Na3PO4 · 12H2O) · NaOH
    4 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaNO2
    7 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaNO2

    5 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaMnO4
    7 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaMnO4

    4 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaOCl
    5 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaCl
    4 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaNO3
    Na3PO4 · NaBO2 · 18H2O и 2Na3PO4 · NaF · 19H2O получают кристаллизацией из раствора с избытком соли и последующим охлаждением до полной кристаллизации[14].



Источники
  1. Волков, Жарский, 2005, с. 182.
  2. 1 2 Волков, Жарский, 2005, с. 304.
  3. Рябинович В. А., Хавин З. Я. Свойства простых веществ и неорганических соединений // Краткий химический справочник. — 2-е изд., испр. и доп. — Л.: Химия, 1978. — С. 86. — 392 с. — 230 000 экз.
  6. Аликберова Л. Ю. Фосфаты натрия (5 декабря 2024). — Онлайн-версия Большой российской энциклопедии (новая). Дата обращения: 2 августа 2025.
  7. 1 2 3
  8. 1 2
  11. 1 2
  12. 1 2
  13. 1 2 3
  15. 1 2
  16. Натрия ортофосфаты // Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — С. 363. — 792 с. — 100 000 экз.
  17. Ибрагимов Г. З., Хисамутдинов Н. И. Глава 5. Химические реагенты для повышения нефтеотдачи // Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. — М.: Недра, 1983. — С. 200—203. — 312 с. — 4200 экз.
  18. Донченко Л. В. Приложение A. Перечень добавок и вспомогательных средств для производства пищевых продуктов // Пищевая химия. Добавки : учеб. пособие для СПО / Л. В. Донченко, Н. В. Сокол, Е. В. Щербакова, Е. А. Красноселова. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Юрайт, 2018. — С. 108. — 223 с. — (Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-07110-8.


Литература

Справочная литература
  • Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. — Минск: Современная школа, 2005. — 608 с. — 4000 экз. — ISBN 985-6751-04-7.
Downgrade Counter