Свойства и применение фосфата натрия

В этой статье мы дадим определение, опишем структуру и свойства фосфата натрия, а также расскажем про его вред и пользу. Фосфат натрия — соль фосфорной кислоты, которая активно используется в качестве пищевой добавки и выступает в роли эмульгатора и консерванта. Она предает фаст-фуду насыщенный, привлекательный вид. Рассмотрим определение данной соли.

Определение фосфата натрия

Определение: Фосфат натрия (Na3PO4) — соль фосфорной кислоты (H3PO4) с катионами натрия (Na). Широко распространенная пищевая добавка с идентификатором Е542.

Часто фосфат натрия именуется другими названиями:

• ортофосфат натрия;
• тринатрийфосфат;
• натрий фосфорнокислый.

Химическая структура и свойства

Разберемся с химическими свойствами и особенностями строения фосфата натрия.

Строение

Фосфат натрия — типичная соль со слабым анионом фосфорной кислоты. Все атомы водорода (H) в ней замещены на атомы катионы натрия (Na). Как соль, данное вещество вступает в реакции обмена с другими солями, кислотами и основаниями.

Химические свойства

Рассмотрим по порядку реакции на фосфат натрия.

• Гидролиз — разложение соли водой, которое протекает по слабому аниону. Образуется сильное основание, дающее сильнощелочную реакцию среды раствора.

• Взаимодействие с фосфорной кислотой приводит к образованию кислых солей, в которых один или несколько атомов натрия замещаются на катион водорода. Образуется гидрофосфат или дигидрофосфат натрия.

• Ионный обмен — взаимодействие фосфата натрия с солью, основанием или кислотой, при котором образуется газ или осадок. Рассмотрим пример с нитратом серебра (I). Выделяется осадок фосфата серебра (I).

• Реакция с дигидрофосфатом натрия приводит к образованию гидрофосфату натрия.

Отметим, что приведенный пример с нитратом серебра является качественной реакцией на обнаружение растворимые фосфаты щелочных металлов и катионов аммония. Полученный осадок фосфата серебра имеет желтоватый оттенок. Доказать наличие натрия в соли можно при помощи огня. Пламя солей натрия имеет также желтый цвет.

Физические свойства

Обычный внешний вид соли представлен порошком белого цвета. Отлично растворяется в воде. Активно поглощает воду на воздухе. Следует хранить его в плотно закрытых банках.

Раствор, полученный при растворении фосфата натрия, имеет щелочную или сильнощелочную реакцию среды. Рассмотрим значения физических характеристик:

• молярная масса: 164 г/моль;
• плотность: 2,536 г/моль;
• температура плавления: 1340°С;
• энтальпия образования (298К Δ G °298): -1922,8 кДж/моль;
• энергия Гибса образования (298К Δ): -1819 кДж/моль;
• энтропия (298К S °298): 224,7 кДж/(моль*К);
• растворимость в 100 г воды (0°С): 5,4;
• растворимость в 100 г воды (25°С): 14,5;
• растворимость в 100 г воды (100°С): 94,6.

Методы получения фосфата натрия

Рассмотрим лабораторные и промышленные методики получения фосфата натрия.

Лабораторная методика

Заключается в прямом смешивании гидроксида натрия с фосфорной кислотой. В результате образуется искомая соль и воды. Можно получить фосфат натрия контактом карбоната натрия с фосфорной кислотой. Помимо искомой соли воды выделяется еще углекислый газ.

Промышленная методика

Промышленный процесс проводиться в две ступени:

1. Получение гидрофосфата натрия. Кальцинированную соду (Na2CO3) замешивают с фосфорной кислотой.
2. Получение фосфата. Полученный гидрофосфат отправляется на взаимодействие с сильным основанием (NaOH). Оставшиеся катионы водорода замещаются на катионы натрия.

Полученный раствор необходимо охладить до 30°С. Дальше соль подвергается кристаллизации, и получается Na3PO4 · 12H2O с температурой плавления в 70°С. Безводную соль получают накаливанием до 120°С с последующим увеличением температуры до 800°С на 30 мин.

Применение фосфата натрия

Фосфат натрия широко используется в быту, строительстве, промышленности. Рассмотрим применение подробнее.

Бытовой использование

В быту используется в качестве чистящего моющего средства. Легко справляется с жиром на посуде благодаря щелочной реакции среды его гидролиза. Более того он способен устранять жесткость воды, из-за протекания реакций контакта с другими кислыми солями.

Стекольная промышленность

Известен как сырье для изготовления оптических стекол.

Строительство

Добавляется в бетонную смесь. Придает будущему бетону большую прочность и меньшую пористость, а также увеличивает водостойкие показатели строительного материала.

Медицинское применение

Как медикамент используется крайне редко. Обладает противоизжоговым и слабительным эффектами.

Воздействие на здоровье и окружающую среду

Известно, что фосфат натрия придает привлекательный вид продуктам. Поэтому, его используют в качестве эмульгатора и консерванта.

Определим пользу и вред данного вещества для человека и окружающей среды.

Для человека

Напомним, что фосфат натрия является распространенной пищевой добавкой с идентификатором Е542. Пища с такой добавкой имеет привлекательный вид, долгие сроки хранения. Фосфат натрия — прекрасный эмульгатор, который связывает жиры и удерживает воду. Из-за этого добавляется в жирную пищу.

Желательно избегать больших концентраций данного вещества, так как его отнесли к IV уровню опасных веществ. Способен вызвать расстройство пищеварительной системы. У детей вызывает повышенные активность и возбуждение.

Для окружающей среды

Не так давно возникла экологическая проблема из-за распространения растворов натрия фосфата в сточные воды. Данная соль становиться благоприятной средой для роста одноклеточных водорослей. В связи с этим начинает цвести вода в естественных водоемах. Уменьшается количество водорослей на дне. Результатом становиться понижения уровня кислорода в водоеме и массовая гибель водных обитателей.

Попадание фосфата натрия в сточные воды происходит в результате смывания больших количеств стирального порошка и других моющих средства в водостоки. Экологи задумываются о возможной замене данной продукции на более экологичную, чтобы решить проблему и спасти водоемы.

Безопасность и регулирование

Перечислим основные меры безопасности:

• следует с осторожностью относиться к фаст-фуду и сильно жирной пище;
• производствам необходимо контролировать количества сбрасываемого фосфата в воду;
• по возможности заменять моющие средства с фосфатом натрия в составе на более экологичные. 

Пример решения задачи

Рассмотрим практическую задачу.

Необходимо нейтрализовать 240 г едкого натрия при помощи фосфорной кислоты. Сколько при этом образуется соли фосфата?

Решение:

•  Составим уравнение: H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O. 

Справедлива пропорция 3 моля едкого натра к 1 молю фосфата натрия. 

• По пропорции найдем соотношение масс в уравнении у интересующих веществ:

m (NaOH) = 3 * (23+16+1) = 120 г 

m (Na3PO4) = 3 * 23+31+4 * 16 = 164 г 

• Перейдем к первой пропорции: 

120 г NaOH – 164 г Na3PO4, 

240 г NaOH – х г Na3PO4.

х= (240 * 164)/120 = 328 г

Ответ на задачу: 328 г.