Войти
Пирофосфорная кислота. A фосфорная кислота в общем смысле является оксокислотой фосфора, в котором каждый атом фосфора находится в степени окисления +5 и связан с четырьмя атомами кислорода, один из которых через двойную связь, расположенную в виде углов тетраэдра. Два или более из этих тетраэдров PO. 4могут быть соединены общими атомами кислорода с одинарными связями, образуя линейные или разветвленные цепи, циклы или более сложные структуры. Односвязные атомы кислорода, которые не являются общими, дополняются атомами водорода. Общая формула фосфорной кислоты: H n + 2−2x PnO3n + 1 − x, где n - количество атомов фосфора, а x - количество основных циклов в структуре молекулы от 0 до (n + 2) / 2.
Пирофосфат-анион. 
Триметилортофосфат. Удаление протонов H + из k гидроксильных групп -OH оставляет анионы, обычно называемые фосфаты (если k = n − 2x + 2) или гидрофосфаты (если k находится между 1 и n − 2x + 1), с общей формулой [H n − 2x + 2 -K PnO3n + 1-x ]. Полностью диссоциированный анион (k = n − 2x + 2) имеет формулу [P nO3n − x + 1 ]. Этот термин также используется в органической химии для функционала группы, которые образуются, когда или более атомов водорода заменяются связями с другими группами.
Эти кислоты вместе с их солями и сложными эфирами включают некоторые из наиболее известных соединений фосфора, имеющих большое значение в биохимии, минералогия, сельское хозяйство, фармацевтика, химическая промышленность и химические исследования.
Самая простая и наиболее часто встречающаяся из фосфорных кислот - это ортофосфорная кислота, H 3PO4. Действительно, термин фосфорная кислота часто означает именно это соединение (и это также текущая номенклатура IUPAC ).
Полифосфорная кислота Две или более молекулы ортофосфорной кислоты могут быть соединены посредством конденсации в более крупные молекулы путем удаления вода. Конденсация нескольких единиц дает олигофосфорные кислоты, в то время как более крупные молекулы называются полифосфорными кислотами . (Однако различие между этими двумя терминами четко не определено.)
Например, пирофосфорная, трифосфорная и кислоты могут быть получено реакциями
«Основа» молекулы полифосфорной кислоты - это цепь чередующихся атомов P и O. Каждая дополнительная ортофосфорная единица, которая конденсируется, добавляет 1 дополнительный атом H (водорода ), 1 дополнительный атом P (фосфора ) и 3 дополнительных атома O (кислорода ). Общая формула полифосфорной кислоты: H. n + 2 P. nO. 3n + 1 или HO (–P (O) (OH) –O–) n H.
Полифосфорные кислоты используются в органическом синтезе для циклизации и ацилирования.
Конденсация между двумя звеньями –OH одной и той же молекулы, с другой стороны, устраняет два атома водорода и один атом кислорода, создавая цикл, как при образовании:
Общая формула фосфорной кислоты H n-2x + 2 PnO3n-x + 1, где n - количество атомов фосфора, а x - количество фундаментальных циклов в структуре молекулы; то есть минимальное количество связей, которые необходимо разорвать, чтобы устранить все циклы.
Предельный случай внутренней конденсации, когда все атомы кислорода являются общими и отсутствуют атомы водорода (x = (n + 2) / 2) были бы ангидридом PnO5n / 2, таким как пятиокись фосфора P. 4O. 10.
Удаление атомы водорода в виде протонов H + превращают фосфорную кислоту в фосфатный анион. При частичном удалении образуются различные анионы гидрофосфата.
Анионами ортофосфорной кислоты H. 3PO. 4являются ортофосфат PO. 4, гидрофосфат HPO. 4и дигидрофосфат H. 2PO. 4
При диссоциации пирофосфорной кислоты H. 4P. 2O. 7образуются четыре аниона, H. 4-k P. 2O. 7, где заряд k составляет от 1 до 4. Последний из них - пирофосфат [P. 2O. 7. пирофосфаты в основном растворимы в воде.
Аналогично, триполифосфорная кислота H. 5P. 3O. 10дает по меньшей мере пять анионов [H. 5-k P. 3O. 10], где k находится в диапазоне от 1 до 5, включая триполифосфат [P. 3O. 10. Тетраполифосфорная кислота H. 6P. 4O. 13дает по меньшей мере шесть анионов, включая тетраполифосфат [P. 4O. 13и так далее. Обратите внимание, что каждая дополнительная фосфорная единица добавляет один дополнительный атом P, три дополнительных атома кислорода и либо один дополнительный атом водорода, либо дополнительный отрицательный заряд.
Разветвленные полифосфорные кислоты дают аналогично разветвленные полифосфатные анионы. Простейшим примером этого является трифосфонофосфат [OP (OPO. 3). 3] и его частично диссоциированные версии.
Общая формула таких (нециклических) полифосфат-анионов, линейных или разветвленных, составляет [H. n + 2-k P. nO. 3n + 1 ], где заряд k может варьироваться от 1 до n + 2. Обычно в водном раствор, степень или процент диссоциации зависит от pH раствора.
Триметафсфорная кислота Единицы фосфорной кислоты могут быть связаны вместе в кольцах (циклические структуры), образуя молекулы метафосфорной кислоты .Простейшим таким соединением является триметафосфорная кислота или циклотрифосфорная кислота, имеющая формулу H 3P3O9. Его структура показана на иллюстрации. Так как концы конденсированы, в его формуле на один H 2 O (воды) меньше, чем в триполифосфорной кислоте. То, что обычно называют триметафосфатами, на самом деле имеет смесь размеров колец. Общая формула для h циклических соединений представляет собой (HPO 3)x, где x = количество фосфорных звеньев в молекуле. Гипотетический мономер (HPO 3), который был бы изоэлектронной валентностью с азотной кислотой, о существовании не известно.
Когда эти метафосфорные кислоты теряют свои водороды в виде H, образуются циклические анионы, называемые метафосфатами . Примером соединения с таким анионом является гексаметафосфат натрия (Na 6P6O18), используемый как секвестрант и пищевая добавка.
Эти серии фосфорных кислот обычно водорастворимы - растворимы с учетом полярности молекул. Аммоний и щелочные фосфаты также хорошо растворимы в воде. Соли щелочноземельных элементов начинают становиться менее растворимыми, а фосфатные соли различных других металлов становятся еще менее растворимыми.
В водных растворах (водных растворах) вода постепенно (в течение нескольких часов) гидролизует полифосфаты до более мелких фосфатов и, наконец, до ортофосфатов., учитывая достаточно воды. Более высокая температура или кислотные условия могут значительно ускорить реакции гидролиза.
И наоборот, полифосфорные кислоты или полифосфаты часто образуются при дегидратации раствора фосфорной кислоты; Другими словами, часто удаляя из него воду, нагревая и выпаривая воду.
Орто-, пиро- и триполифосфатные соединения обычно используются в составах моющих средств (например, чистящих средств). Например, см. Триполифосфат натрия. Иногда пирофосфат, триполифосфат, тетраполифосфат и т. Д. Называют дифосфатом, трифосфатом, тетрафосфатом и т. Д., Особенно когда они входят в состав сложных фосфатных эфиров в биохимии. Они также используются для защиты от накипи и коррозии поставщиками питьевой воды. В качестве ингибитора коррозии полифосфаты действуют, образуя защитную пленку на внутренней поверхности труб.
Общая химическая структура сложного монофосфатного эфира; здесь любой R может быть H или некоторым органическим радикалом. Группы -OH в фосфорных кислотах могут также конденсироваться с гидроксильными группами спиртов с образованием сложных фосфатных эфиров. Поскольку ортофосфорная кислота имеет три группы -ОН, она может этерифицироваться одной, двумя или тремя молекулами спирта с образованием моно-, ди- или триэфира. См. Изображение общей структуры орто- (или моно) фосфатного сложного эфира ниже слева, где любая из групп R может быть водородом или органическим радикалом.. Также возможны ди- и триполи- (или три-) сложные эфиры фосфата и т.д. Любые группы -ОН на фосфатах в этих молекулах сложного эфира могут терять ионы H с образованием анионов, опять же, в зависимости от pH в растворе. В биохимии живых организмов существует множество видов (моно) фосфатных, дифосфатных и трифосфатных соединений (в основном сложные эфиры ), многие из которых играют важную роль в метаболизме, например, аденозиндифосфат ( АДФ) и трифосфат (АТФ).
Структура хиральной фосфорной кислоты, полученной из BINOL. 