Ортофосфа́т на́трия (на́трий фосфорноки́слый (трёхзамещённый), трина́трийфосфа́т; химическая формула — Na3PO4) — одна из трёх натриевыхсолейортофосфорной 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.
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 100 кПа (если не указано иное) представлены в Таблице 1. Физические характеристики растворов ортофосфата натрия при 20 °C — плотность (ρ), показатель преломления (n) и абсолютная (динамическая) вязкость (η) — представлены в зависимости от массовой доли (w), моляльности (m) и молярности (c) в Таблице 2.
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]:
![{\displaystyle {\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightleftharpoons } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {HPO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {NaOH} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8712658bea6a28f93dbc431862852789537fab25)
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 · ½H2O (100 °C)[12].
Получение
В лаборатории
Додекагидрат тринатрийортофосфата, как и другие его кристаллогидратные формы, может быть нейтрализациейортофосфорной 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]:
![{\displaystyle {\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}3\,\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}3\,\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bff53c17d9821b9fa5fefbc3f0b3c33b261301fb)
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]:
![{\displaystyle {\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {HPO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {CO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/357aeb6cfca8812dfc6ab3e8a077f451ab77593a)
![{\displaystyle {\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {HPO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Na} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {PO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/99cbf63e68c6439590173af77b9959e41b082089)
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
- ↑В данном случае и далее вторым словом (значением) указывается характеристика додекагидрата Na3PO4 · 12H2O. Значения показателя преломления и кристаллическая структура вещества приведены только для додекагидрата.
- ↑Полное обезвоживание происходит при температуре более 200 °C.
- ↑Данные указаны при 298,15 К (25 °С).
- ↑Остальные гидраты, включая
4 · (Na3PO4 · 12H2O) · NaOH
4 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaNO2
7 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaNO25 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaMnO4
7 · (Na3PO4 · 11H2O) · NaMnO44 · (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
- ↑Волков, Жарский, 2005, с. 182.
- ↑ 12Волков, Жарский, 2005, с. 304.
- ↑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.
- ↑Свойства неорганических соединений // Справочник химика / гл. ред. Б. П. Никольский. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л./М.: Госхимиздат, 1963. — Т. 2. Основные свойства неорганичесĸих и органичесĸих соединений. — С. 146. — 20 000 экз.
- ↑Комиссарова Л. Н., Мельников П. П. На́трия фосфа́ты // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди — Полимерные. — С. [187—188] (стб. 365—367). — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
- ↑Аликберова Л. Ю. Фосфа́ты на́трия (5 декабря 2024). — Онлайн-версия Большой российской энциклопедии (новая). Дата обращения: 2 августа 2025.
- ↑ 123Patnaik Pr. Sodium phosphate, tribasic // Handbook of Inorganic Chemicals (англ.). — First Edition. — McGraw-Hill Professional, 2002. — P. 876—877. — 1086 p. — ISBN 0-07-049439-8. — ISBN 978-0070494398.
- ↑ 12Карякин Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические вещества. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1974. — С. 283. — 408 с., 66 рис. — 31 500 экз.
- ↑Ефимов А. И. III. Простые вещества и соединения // Свойства неорганических соединений. Справочник / Ефимов и др. — Л.: Химия, 1983. — С. 256. — 392 с. — 32 000 экз.
- ↑David R. Lide, ed. Section 8: Analytical Chemistry // CRC Handbook of Chemistry and Physics, Internet Version 2005 (англ.). — 85th Edition. — Boca Raton, Florida: CRC Press, 2005. — P. 8-79—8-80.
- ↑ 12Рипан Р., Четяну И. Главная подгруппа I группы периодической системы (щелочные металлы) // Неорганическая химия = Chimia Metalelor / пер. с румын. И. Б. Берсукера, Н. И. Беличука; под ред. В. И. Спицына и И. Д. Колли. — М.: Мир, 1971. — Т. 1. Химия металлов. — С. 86. — 560 с.
- ↑ 12Реми Г. Глава 14. Пятая группа периодической системы (Главная подгруппа) // Курс неорганической химии / пер. с нем. XI изд.; под ред. А. В. Новоселовой. — М.: Издательство иностранной литературы, 1963. — Т. I. — С. 686.
- ↑ 123Ключников Н. Г. Глава II. Элементы первой группы периодической системы Д. И. Менделеева // Неорганический синтез: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по хим. и биол. спец. — 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1988. — С. 95. — 240 с.: ил. — 20 000 экз. — ISBN 5-09-000167-7.
- ↑Глава 3. Ортофосфорные кислоты и ортофосфаты. Шен, Коллис // Синтезы неорганических соединений = Preparative Inorganic Reactions / под ред. У. Джолли; пер. с англ. А. Д. Власова, А. И. Зарубина. — М.: Мир, 1967. — Т. 2. — С. 200—201.
- ↑ 12Глава IX. Производство фосфатов натрия // Термическая фосфорная кислота, соли и удобрения на ее основе / под ред. Н. Н. Постникова. — М.: Химия, 1976. — С. 281—282. — 336 с. — (Производство минеральных удобрений).
- ↑На́трия ортофосфа́ты // Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — С. 363. — 792 с. — 100 000 экз.
- ↑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.
- ↑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.
