Фосфат аммония

Фосфат аммония — это общее название группы неорганических солей, образованных аммиаком (NH₃) и ортофосфорной кислотой (H₃PO₄). В зависимости от степени замещения атомов водорода в кислоте различают три основных типа солей: моноаммонийфосфат (NH₄H₂PO₄), диаммонийфосфат ((NH₄)₂HPO₄) и триаммонийфосфат ((NH₄)₃PO₄). Фосфаты аммония представляют собой белые кристаллические порошки, хорошо растворимые в воде, и широко используются в сельском хозяйстве в качестве концентрированных фосфорно-азотных удобрений, а также в пищевой промышленности, огнетушащих составах и технике.

Химические свойства и классификация

Фосфаты аммония являются солями, в которых катионом выступает ион аммония (NH₄⁺), а анионом — фосфат-ион (PO₄³⁻) или его гидроформы. Основные представители различаются по числу атомов водорода, замещённых аммонием:

• Моноаммонийфосфат (МАФ, NH₄H₂PO₄) — содержит один ион аммония. Растворы имеют слабокислую реакцию (pH около 4,5). Наиболее стабильная соль, не гигроскопична.
• Диаммонийфосфат (ДАФ, (NH₄)₂HPO₄) — содержит два иона аммония. Растворы имеют слабощелочную реакцию (pH около 8,0). Более гигроскопичен, чем МАФ.
• Триаммонийфосфат ((NH₄)₃PO₄) — содержит три иона аммония. Наименее стабилен, легко разлагается при нагревании с выделением аммиака, поэтому в промышленности используется редко.

При нагревании выше 60–70 °C фосфаты аммония начинают разлагаться с потерей аммиака. При сильном нагреве (выше 200 °C) они могут образовывать полифосфаты. Все соли хорошо растворимы в воде, но нерастворимы в органических растворителях.

Получение

Промышленный синтез фосфатов аммония основан на реакции нейтрализации ортофосфорной кислоты газообразным аммиаком. Процесс протекает в несколько стадий:

1. Получение ортофосфорной кислоты — чаще всего экстракционным методом из природных фосфатов (апатитов или фосфоритов) с помощью серной кислоты.
2. Нейтрализация — в реактор подаётся фосфорная кислота и аммиак. Соотношение реагентов регулирует тип получаемой соли. Для получения моноаммонийфосфата используется мольное соотношение NH₃:H₃PO₄ = 1:1, для диаммонийфосфата — 2:1.
3. Кристаллизация и сушка — полученный раствор упаривают, кристаллизуют, затем сушат и гранулируют.

В лабораторных условиях фосфаты аммония могут быть получены аналогичным способом, а также обменными реакциями между растворимыми фосфатами и солями аммония.

Применение

Сельское хозяйство

Основная область применения фосфатов аммония — производство минеральных удобрений. Моноаммонийфосфат и диаммонийфосфат являются высококонцентрированными комплексными удобрениями, содержащими два основных элемента питания растений: фосфор (P₂O₅) и азот (N). Содержание питательных веществ в МАФ составляет около 11–12% азота и 48–52% фосфора (в пересчёте на P₂O₅), в ДАФ — 18% азота и 46% фосфора. Эти удобрения вносятся в почву как основное удобрение под все культуры, особенно эффективны на почвах, бедных фосфором. Благодаря хорошей растворимости, фосфор быстро становится доступным для растений.

Пожаротушение

Фосфаты аммония (преимущественно моноаммонийфосфат) являются основным действующим веществом в порошковых огнетушителях (класс ABCE). При нагревании они разлагаются с выделением аммиака и фосфорной кислоты, которые образуют на поверхности горящего материала стеклообразную плёнку, изолирующую его от кислорода. Кроме того, разложение сопровождается поглощением тепла, что способствует охлаждению очага.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности фосфаты аммония (в основном моно- и диаммонийфосфат) используются в качестве пищевых добавок (E342). Они применяются как регуляторы кислотности, разрыхлители теста, стабилизаторы, а также в производстве дрожжей и хлебопекарных улучшителей. В качестве источника фосфора и азота они могут входить в состав питательных сред для микроорганизмов.

Другие области

• Текстильная промышленность — используется как антипирен (огнезащитная пропитка) для тканей.
• Производство кормов — в качестве добавки в корма для сельскохозяйственных животных (источник фосфора и азота).
• Водоподготовка — для предотвращения коррозии и образования накипи в системах водоснабжения.
• Аналитическая химия — как реагент для осаждения ионов металлов.

Физиологическое действие и безопасность

Фосфаты аммония относятся к веществам 3-го класса опасности (умеренно опасные) по степени воздействия на организм. При вдыхании пыли могут вызывать раздражение слизистых оболочек дыхательных путей. При попадании на кожу или в глаза — раздражение. В больших дозах при приёме внутрь могут вызывать расстройства пищеварения. При работе с ними рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты (респираторы, перчатки, защитные очки). В окружающей среде фосфаты аммония могут способствовать эвтрофикации водоёмов при попадании в них в больших количествах.

Экологические аспекты

Внесение фосфорных удобрений, в том числе фосфатов аммония, в почву может приводить к накоплению фосфора в верхних слоях, что при длительном применении без учёта потребностей растений может вызывать загрязнение грунтовых вод и поверхностных водоёмов. Стоки с полей, содержащие фосфор, стимулируют рост водорослей, что ведёт к «цветению» воды и ухудшению её качества. Поэтому применение фосфатных удобрений должно быть строго дозированным и основанным на агрохимическом анализе почв.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 5.
• ГОСТ 18918-85 «Аммофос. Технические условия».
• Кнунянц И. Л. и др. Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1967.
• Справочник по удобрениям / под ред. В. Г. Минеева. — М.: Колос, 2000.
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».