Ортофосфа́т на́трия (на́трий фосфорноки́слый (трёхзамещённый), трина́трийфосфа́т; химическая формула — NaPO) — одна из трёх натриевых солей ортофосфорной кислоты.

При обычных условиях ортофосфат натрия представляет собой додекагидрат NaPO · 12HO.

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.

Физические свойства Ортофосфат натрия представляет собой кристаллы без цвета, разрушающиеся при воздействии сухого воздуха.

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.

+ Таблица 1 Характеристика NaPO NaPO · 12HO Источник Энтальпия образованияΔH°, кДж/моль −1917 −5480 Стандартная энергия ГиббсаΔG°, кДж/моль −1789 −4662 Стандартная энтропияS°, Дж/(моль · K) 174 660 Изобарная теплоемкостьC°, Дж/(моль · K) 153,5 665

+ Таблица 2 w, % m, моль/кг c, моль/л ρ, г/см³ n η 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 и сероуглероде.

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

Na3PO4 + H2O <=> Na2HPO4 + NaOH

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 NaPO · 0,3NaOH до NaPO · 0,25NaOH (Monzel, 1937). При нахождении в растворах различной температуры соль выделяет NaOH и образует гидраты постоянного состава — NaPO · 6HO (70 °C) и NaPO · ½HO (100 °C).

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:

H3PO4 + 3NaOH -> Na3PO4 + 3H2O

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

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

В промышленности

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

H3PO4 + Na2CO3 -> Na2HPO4 + CO2 + H2O

Na2HPO4 + NaOH -> Na3PO4 + H2O

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.

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

Тринатрийфосфат эффективно смягчает воду, особенно в котлах высокого давления. 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.

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

Примечания

Комментарии

Источники

Литература Справочная литература

Категория:Соединения натрия Категория:Фосфаты натрия Категория:Пищевые добавки