Пирофосфат циркония(IV)

Пирофосфат циркония(IV) (цирконий пирофосфорнокислый) — неорганическое соединение, соль пирофосфорной кислоты и металла циркония. Представляет собой белые кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

• Прокаливание оксидигидроортофосфата циркония(IV) при температуре 1000 °C:

ZrO ( H 2 PO 4 ) 2 → t ZrP 2 O 7 + 2 H 2 O {displaystyle {ce {ZrO(H2PO4)2 ->[t] ZrP2O7 + 2H2O}}}

• Осаждение раствором гидрофосфата натрия в соляной кислоте из раствора оксида-дихлорида циркония. При этом образуется пентагидрат, обезвоживанием которого при 700—1000 °C можно получить безводный пирофосфат:

ZrOCl 2 + 2 Na 2 HPO 4 + 2 HCl + 5 H 2 O ⟶ ZrP 2 O 7 ⋅ 5 H 2 O + 4 NaCl + 2 H 2 O {displaystyle {ce {ZrOCl2 + 2Na2HPO4 + 2HCl + 5H2O -> ZrP2O7*5H2O + 4NaCl + 2H2O}}} ZrP 2 O 7 ⋅ 5 H 2 O → t ZrP 2 O 7 + 5 H 2 O {displaystyle {ce {ZrP2O7*5H2O ->[t] ZrP2O7 + 5H2O}}}

Физические свойства

Пирофосфат циркония(IV) представляет собой белые кристаллы кубической сингонии, структура типа Zr2P2O7. Параметр решётки a = 0,822 нм. Пространственная группа P a 3 {displaystyle Pa3} .

Не растворим в воде. Растворим в плавиковой, щавелевой, ортофосфорной и концентрированной серной кислотах. Обладает ионообменными свойствами.

Химические свойства

• Пентагидрат при температуре 1500—1600 °C превращается в Zr2P2O9:

2 ZrP 2 O 7 ⋅ 5 H 2 O → t Zr 2 P 2 O 9 + 2 H 3 PO 4 + 7 H 2 O {displaystyle {ce {2ZrP2O7*5H2O ->[t] Zr2P2O9 + 2H3PO4 + 7H2O}}}

• Реагирует с хлоридами кальция и магния, образуя хлорид циркония(IV), что используется для синтеза данного соединения:

ZrP 2 O 7 + 2 CaCl 2 ⟶ ZrCl 4 + Ca 2 P 2 O 7 {displaystyle {ce {ZrP2O7 + 2CaCl2 -> ZrCl4 + Ca2P2O7}}}

Применение

Является малоинерционным люминофором с излучением в УФ-области спектра. Длительность его послесвечения составляет ~10−6 с, а свечение затухает по экспоненциальному закону. Пирофосфат циркония(IV) довольно химически стоек и стабилен при действии электронного пучка, что даёт возможность его использования в качестве люминофора на практике.

За счёт своей малой растворимости в воде используется в качестве сорбента, к примеру, для отделения плутония от урана и других актиноидов.

Используется в одном из наиболее широко применяемых гравиметрических методов определения циркония. Так, при осаждении из кислого раствора ионов циркония фосфатом щелочного металла или аммония выпадает белый фосфат циркония. При температуре 700 °C он частично обезвоживается, а при 1000 °C окончательно превращается в безводный пирофосфат. По массе пирофосфата рассчитывают изначальное количество ионов циркония в растворе.

Также является катализатором некоторых реакций. К примеру, с добавкой триэтилалюминия катализирует полимеризацию окиси этилена в полиоксиэтилен. Применение пирофосфата циркония в катализе также возможно в виде носителя других катализаторов. Например, на него наносится палладий, который используется для каталитического окисления фосфора и воды до ортофосфорной кислоты.