Фосфаты натрия: свойства и применение¶

Фосфат натрия — общее название группы неорганических соединений, солей натрия и фосфорной кислоты. В зависимости от степени замещения атомов водорода в молекуле кислоты различают одно-, двух- и трёхзамещённые соли, а также их кристаллогидраты. Эти вещества широко применяются в пищевой, химической, текстильной промышленности, водоподготовке и бытовой химии.

¶Состав и номенклатура

Фосфорная кислота H₃PO₄ — трёхосновная, поэтому образует три ряда средних и кислых солей натрия:

Помимо ортофосфатов, существуют конденсированные формы: пирофосфат Na₄P₂O₇, триполифосфат Na₅P₃O₁₀ и более сложные полифосфаты. В быту и промышленности под «фосфатом натрия» чаще всего понимают именно ортофосфат Na₃PO₄ и его гидраты, а также триполифосфат натрия.

¶Физические и химические свойства

Все ортофосфаты натрия — белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, кроме некоторых гидратированных форм. Растворимость и реакция среды зависят от числа атомов натрия:

• NaH₂PO₄ даёт слабокислый раствор (pH около 4,5);
• Na₂HPO₄ — слабощелочной (pH около 9,5);
• Na₃PO₄ — сильнощелочной (pH около 12).

Это свойство используется для приготовления буферных растворов: смесь гидрофосфата и дигидрофосфата натрия поддерживает стабильное значение pH в физиологических и лабораторных условиях.

При нагревании кристаллогидраты теряют воду, а при сильном прокаливании ортофосфаты переходят в пирофосфаты. Водные растворы реагируют с кислотами, солями кальция и тяжёлых металлов, образуя труднорастворимые осадки фосфатов.

¶Получение

Основной промышленный способ — нейтрализация фосфорной кислоты гидроксидом натрия или содой:

• NaH₂PO₄ получают при мольном соотношении H₃PO₄ : NaOH = 1 : 1;
• Na₂HPO₄ — при соотношении 1 : 2;
• Na₃PO₄ — при соотношении 1 : 3.

Триполифосфат натрия производят нагреванием смеси дигидро- и гидрофосфата натрия до 250–350 °C. Сырьём служит фосфатное сырьё — апатиты и фосфориты, перерабатываемые в фосфорную кислоту.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Фосфаты натрия зарегистрированы как пищевые добавки:

• E339 — ортофосфаты натрия (дигидро-, гидро- и фосфат натрия);
• E450 — пирофосфаты;
• E451 — триполифосфаты.

Их используют как регуляторы кислотности, эмульгаторы, стабилизаторы и влагоудерживающие агенты. Они встречаются в колбасных изделиях, плавленых сырах, сгущённом молоке, напитках, хлебобулочных изделиях. Добавки удерживают влагу в мясных продуктах, улучшают консистенцию и продлевают срок хранения.

¶Водоподготовка и бытовая химия

Триполифосфат натрия долгое время был основным компонентом синтетических моющих средств: он связывал ионы кальция и магния, снижая жёсткость воды и усиливая действие ПАВ. Из-за эвтрофикации водоёмов (насыщения воды биогенами, вызывающего цветение водорослей) во многих странах использование фосфатов в стиральных порошках ограничено или запрещено. В России и ряде других стран их частично заменили цеолитами и другими комплексообразователями.

В системах водоснабжения фосфаты применяют как ингибиторы коррозии и отложения накипи: они образуют на внутренней поверхности труб защитную плёнку.

¶Промышленность и техника

• Текстильная и кожевенная промышленность: фосфаты используются при крашении, мерсеризации и обработке кож.
• Металлургия и машиностроение: фосфатирование металлов создаёт антикоррозионное покрытие.
• Строительство: фосфаты входят в состав огнезащитных пропиток и добавок в бетоны.
• Лабораторная практика: фосфатные буферы — стандартный инструмент биохимии и молекулярной биологии.
• Медицина: растворы на основе фосфатов применяются как слабительные и для коррекции электролитного баланса.

¶Биологическая роль и гигиенические аспекты

Фосфор — незаменимый элемент для живых организмов, входящий в состав костей, нуклеиновых кислот и АТФ. Фосфаты натрия используются как источник фосфора в кормах для животных и в некоторых лекарственных препаратах.

Вместе с тем избыточное поступление фосфатов с пищей и водой рассматривается как фактор риска: оно может нарушать баланс кальция и фосфора в организме. Всемирная организация здравоохранения и национальные органы устанавливают допустимые суточные дозы пищевых фосфатов. Для соединений натрия существенно и поступление самого натрия, избыток которого связывают с повышением артериального давления.

¶Меры безопасности

Фосфаты натрия относятся к умеренно опасным веществам. Пыль Na₃PO₄ и концентрированные растворы раздражают кожу и слизистые оболочки, поэтому при работе с ними применяют средства индивидуальной защиты. Вещества следует хранить в сухих закрытых ёмкостях, отдельно от кислот и солей тяжёлых металлов. Попадание больших количеств фосфатов в сточные воды недопустимо из-за риска эвтрофикации.

¶Регулирование

В Российской Федерации требования к пищевым фосфатам натрия устанавливаются техническими регламентами Таможенного союза и санитарными нормами, определяющими допустимые концентрации в продуктах. В Европейском союзе и США действуют собственные ограничения, в частности на содержание фосфатов в моющих средствах и на их использование в отдельных видах пищевой продукции.

Источники: справочники по неорганической химии, технические регламенты Таможенного союза, данные Всемирной организации здравоохранения, отраслевые обзоры по водоподготовке и пищевым добавкам.