正磷酸簡(jiǎn)稱為磷酸,它是由一個(gè)單一的磷氧四面體構(gòu)成的見圖13-10。在磷酸分子中P原子是sp3雜化的,三個(gè)雜化軌道與氧原子之間形成三個(gè)σ鍵,另一個(gè)P—O鍵是由一個(gè)從磷到氧的σ配鍵和兩個(gè)由氧到磷的d-pπ配鍵組成的。σ配鍵是磷原子上一對(duì)孤電子對(duì)與氧原子的空軌道所形成,同時(shí)由于這個(gè)氧原子的py、pz軌道上還有兩對(duì)孤電子對(duì),而磷原子又有dxy、dxz空軌道可以重迭形成d-pπ配鍵。d-pπ配鍵很弱,因?yàn)榱自?d能級(jí)比氧原子的2p能級(jí)高很多,組成的分子軌道不是很有效的,所以P—O鍵從鍵的數(shù)目來(lái)看是三重鍵(磷酸分子的結(jié)構(gòu)(硫酸分子結(jié)構(gòu)也是類似情況),目前尚無(wú)定論,看法較多,現(xiàn)按徐光憲著《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》書中的看法加以討論),但從鍵能和鍵長(zhǎng)來(lái)看是介于單鍵和雙鍵之間。
Ca3(PO4)2+3H2SO4=2H3PO4+3CaSO4
這樣制得的磷酸很不純,但可用于制造肥料。純的磷酸可用黃磷燃燒生成P4O10,再用水吸收而制得。純凈的磷酸為無(wú)色晶體,熔點(diǎn)315K,加熱磷酸時(shí)逐漸脫水生成焦磷酸、偏磷酸,因此磷酸沒有自身的沸點(diǎn)。磷酸能與水以任何比相混溶。市售磷酸是粘稠的濃溶液(含量約85%)。磷酸是一種無(wú)氧化性的不揮發(fā)的三元弱酸。在298K時(shí),K1=7.5×10(-3次方),K2=6.2×10(-8次方),K3=2.2×10(-13次方)。
磷酸還具有強(qiáng)的配位能力,能與詐多金屬離子形成可溶性配合物;濃磷酸能溶解惰性金屬如鎢、鋯以及硅、硅化鐵等,與它們生成配合物。在高溫時(shí)鉻鐵礦、金紅石、鈦鐵礦等都能被磷酸分解。
正磷酸是一個(gè)三元酸,能生成三個(gè)系列的鹽:M3PO4、M2HPO4和MH2PO4。在這些化合物中磷酸根是以單個(gè)的PO43-四面體的形式存在的。所有的磷酸二氫鹽都易溶于水,而磷酸一氫鹽和正鹽除了K+、Na+和NH4+離子的鹽外,一般不溶于水。這些鹽在水中都能發(fā)生不同程度的水解,Na3PO4的水溶液呈較強(qiáng)堿性,可用做洗滌劑。Na2HPO4水溶液呈弱堿性,而NaH2PO4的水溶液呈弱酸性。磷酸二氫鈣是重要的磷肥,用適量的硫酸處理磷酸鈣
Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2
所生成的混合物叫做過(guò)磷酸鈣,可直接用做肥料,其中有效成分磷酸二氫鈣溶于水,易被植物吸收。