Файл: Эпштейн Д.А. Химия в промышленности учеб. пособие по факультатив. курсу для учащихся X классов.pdf

5.Как получают неслеж.ивающуюся аммиачную селитру?

6.Как обеспечить безопасность производства, хранения и применения ам­

материалов?

Гл а в а V. ФОСФОР И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

§1. Почему производство фосфора и его соединений имеет жизненное значение для человечества'

Из курсов биологии и химии вы знаете, что фосфор входит в состав ферментов и витаминов, без него невозможно образо­ вание хлорофилла и, следовательно, усвоение растениями окси­ да углерода С 0 2 . Энергия, необходимая для синтеза белков, жи­ ров", углеводов, доставляется соединениям и, из которых основная роль принадлежит аденозинтрифосфорной кислоте. Фосфор вхо­ дит в состав нуклеиновых кислот, участвующих в синтезе белков, росте и размножении, передаче наследственных свойств.

Растениям нужно немало фосфора. Так, озимая пшеница уносит от 1 до 1,7 кг Р2О5 на 100 кг зерна (сюда не входит фос­ фор, остающийся в корнях и пожнивных остатках). Урожайность сельскохозяйственных растений и качество продуктов зависят от того количества фосфорных соединений, которое растения мо­ гут извлечь из почвы. При нормальном фосфорном питании ускоряется развитие и созревание растений и улучшается хи­ мический состав продукции.

Не менее значительна роль фосфора в жизни животных. В

организме человека (в среднем возрасте) содержится около 1,6 № фосфора (в пересчете на Р2О5), в том числе 1,4 кг в

костях, 130 г в тканях мышц, 10 г в печени, б г в легких, 4 г в крови и 12 г в мозге. Академик А. Е. Ферсман назвал фосфор

«элементом о/сизни и мысли».

Как растения обеспечивают себя фосфором? Выделяемый растениями через корни оксид углерода (IV) образует с водой угольную кислоту, диссоциирующую на ионы. В обмен.на анио­ ны угольной кислоты растения извлекают из почвенных раство­ ров анионы Н 2 Р 0 4 . Нерастворимые в воде двухзамещенные соли фосфорной кислоты растворимы в слабых кислотах и поэтому тоже усваиваются растениями.

В виде каких соединений содержится фосфор в почвах? В по­ родах, из которых возникают почвы, содержится в дисперсном

82

дукты жизнедеятельности растений, в состав которых входит фосфор. При участии микроорганизмов они переходят в неорга­ нические, и под влиянием почвенных кислот" происходит образо­ вание водорастворимых фосфатов. В почвах протекают и обрат­ ные процессы, приводящие к превращению растворимых фосфа­ тов в нерастворимые.

Содержание фосфора в почвах довольно велико. Например, в пахотном слое черноземов содержится около 6 т/га Р 2 0 5 , но баланс фосфора нарушается вследствие выноса его с урожаем. Интенсивное сельское хозяйство нельзя вести, не применяя фос­ форные удобрения. Расширение их производства, и притом в

внесенный в виде гранулированного суперфосфата, дает допол­ нительно 25 кг зерна озимой пшеницы.

преимущественно содержится на нашей планете. Вы, конечно, правильно ответите, что в природе фосфор встречается в окис­ ленном состоянии, скорее всего в виде солей фосфорной кисло­ ты. Наиболее распространенным минералом, содержащим фос­

Вычислите содержание Р2О5 во фторапатите в процентах. Как образова­ лись вторичные месторождения фосфатов?

До Октябрьской революции считалось, что территория нашей страны бедна фосфатами. Было известно небольшое число мало­ мощных месторождений низкокачественных руд. При громадных размерах сельского хозяйства и необходимости значительного повышения урожайности сельскохозяйственных культур мы были чрезвычайно заинтересованы в открытии и разработке месторож­ дений фосфатных руд. Поэтому исключительное значение имеет найденное в 1926 г. месторождение руд, богатых фосфором, на Кольском полуострове в Хибинской тундре. Это открытие — результат напряженного труда советских геологов во главе с академиком А. Е. Ферсманом. Первая Хибинская экспедиция была организована им в 1920 г., в период гражданской войны. Хибинская руда содержит, кроме апатита, нефелин — алюмоси-

рнмых фосфатов из костей, а в 1857 г.—из минеральных фос­ фатов. Тогда ц было положено начало производству фосфорных удобрений.

Какие фосфорные удобрения целесообразно производить?

Желательно выпускать водорастворимые удобрення. Раствори­

гидрофосфат калия КН2РО4, плохо растворим в воде, но раство­

концентрированное фосфорное удобрение. Его, по-видимому, и

Следовательно, для производства дигидрофосфата кальция необходима фосфорная кислота. Она же необходима и для по­ лучения комплексных удобрений. Поэтому фосфорная кислота приобрела в настоящее время не меньшее значение, чем серная и азотная кислоты. Ее производство быстро растет и совершен­ ствуется. Прежде чем изучить способы получения этой кисло­ ты, рассмотрим некоторые ее свойства.

§ 4. Свойства фосфорной кислоты

Фосфорная кислота Н 3 Р О ч (ортофосфорная кислота) — твер­ дое вещество, плавится при температуре +42,3°С. При раство­

лота.

При нагревании водных растворов фосфорной кислоты ис­ паряется только вода и раствор концентрируется. При дальней­ шем нагревании концентрированного раствора испаряется не только свободная вода, но и «связанная». Происходит дегидра­

85

кислоты при взаимодействии орто- и пирофосфорной кислот. Структура ли­ нейной триполифосфорной кислоты такова:

Суперфосфориая кислота, получаемая в промышленности, со. держит обычно до 80% Р 2 0 5 или около 110% Н 3 Р 0 4 . Она менее агрессивна по отношению к металлам и сплавам, чем ортофос­ форная кислота, и является ценным сырьем для получения высококоицентрпрованных удобрений.

§ 5. Какими способами можно получить фосфорную кислоту

из природных фосфатов

Один способ вам хорошо известен из курса химии — это общий способ получения кислот из солей действием на них дру­ гой кислотой.

Какие кислоты вы предложите для получения фосфорной кислоты из апа­

с серной кислотой доходит до конца. Побочный продукт реак­ ции— загрязненный примесями сульфат кальция (фосфогипс) — пока не находит широкого применения. Азотная кислота более дорогой продукт. Нитрат кальция хорошо растворим в воде, следовательно, разделить продукты реакции в данном случае труднее (например, вымораживанием нитрата кальция). Но можно использовать водный раствор фосфорной кислоты и ни­ трата кальция для получения комплексных удобрений, содер­ жащих азот и фосфор.

Далее мы рассмотрим широко применяемый в промышлен­ ности способ производства фосфорной кислоты действием сер­ ной кислоты на природные фосфаты. Такой способ называют экстракционным или мокрым (удачны ли эти названия?).

86