Phosphor wurde 1669 von Hennig Brand, einem deutschen Apotheker und Alchemisten, entdeckt, als dieser Urin destillierte und der Rückstand glühte. Obwohl Phosphor zu dieser Zeit noch keine Verwendung außer als Nachtlampe fand, wurde es mit Gold aufgewogen. Henning Brand wurde durch diesen Verkauf nicht reich und verkaufte das Herstellungsrezept an einen Alchemisten, der hiermit ein Vermögen.
Vorkommen
In der Natur kommt Phosphor ausschießlich in gebundener Form,d.h. nicht gediegen, meist als Phosphate, zu etwa 0,11% in der Erdkruste vor. Typisch vorkommende Mineralien sind etwa die Apatite Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). Besonders der Fluorapatit und der mit CaCO3 durchsetzte Phosphorit stellen ökonomisch die wichtigsten Phosphate dar. Darüberhinaus finden sich weitere phosphorhaltige Mineralien, wie beispielsweise: Wavellit Al3(PO4)(F,OH) · 5H2O, der Vivianit Fe3(PO4)2 · 8H2O und der Türkis CuAl6[(PO4)(OH2)]4 · 4H2O.
Von den weltweit jährlich geförderten etwa 100 Millionen Tonnen an Rohphosphat werden etwa 90% zu Herstellung von Phosphordüngemitteln verwendet.
Phosphor hat auch in der organischen Welt eine wichtige Bedeutung und kommt in verschiedensten Bereichen der Fauna und Flora vor: Etwa als Hydroxyapatit Ca5(PO4)3OH, welches einer der Hauptbestandteile der Gerüstsubstanz ist, die in Knochen und Zähnen vorkommt. Weiterhin spielen Phosphate als Bestandteile der Nukleinsäuren und als Energieträger (beispielsweise:ATP) eine wichtige Rolle in lebenden Organismen.
Gewinnung/Darstellung
In Elektroöfen wird Calciumphosphat bei 1400°C in Gegenwart von Kohle und Siliciumdioxid - dient als Schlackenbildner - zu weißem Phosphor reduziert. Der entweichende, gasförmige Phosphor wird kondensiert und unter Wasser gesammelt.
Eigenschaften
Phosphor kommt in den Verbindungszahlen 1-6 vor, ist also ein außerordentlich variables Element.
Gasförmiger Zustand
Im Phosphorgas verbinden sich immer zwei Phosphoratome miteinander. In diesem Zustand kann nicht mehr von Modifikation gesprochen werden. Um einen stabilen Zustand zu erreichen, ist die Anordnung der Valenzelektronen zwischen den zwei Atomen dieselbe wie beim Stickstoff. Nur unter extremen Umständen können im Phosphorgas einzelne Phosphoratome auftretten.
Modifikationen
Phosphor tritt in vier allotropen Modifikationen auf. (weißer, roter, schwarzer und violetter Phosphor). Jede dieser vier Grundtypen bildet verschiedene Kristallstrukturen und hat damit unterschiedliche Reaktivität und Dichte.
Weißer Phosphor
Weißer Phosphor ist die flüchtigste und reaktivste Modifikation des Phosphors. Er besitzt eine Dichte von 1,82, einen Schmelzpunkt von 44,1 °C, einen Siedepunkt von 280°C und ist durchscheinend und wachsartig. Verunreinigt wird der weiße Phosphor auch als gelber Phosphor bezeichnet. Der kubische weiße Phosphor ist in Phosphortrichlorid und Kohlenstoffdisulfid CS2 sehr leicht löslich. 100 g Kohlenstoffdisulfid lösen mehr als 1 kg Phosphor. In Tetrachlorkohlenstoff, Benzol oder Ether ist Phosphor schwach löslich.
Bei -77°C geht die kubische Form (α-Form) in eine hexagonale Form (β-Form) über. In jeder Form (α. β, in Lösung) bildet der weiße Phosphor P4-Tetraeder mit einem Bindungswinkel von 60°.
In fein verteiltem Zustand entzündet sich weißer Phosphor von selbst, ab etwa 50°C entzünden sich auch kompakte Stücke und verbrennen in der Luft zu Phosphor(V)-oxid.
An Luft kann weißer Phosphor ein hellgrünes Leuchten erzeugen. Dieses entsteht durch den im weißen Phosphor vorhandenen hohen Dampfdruck und somit in der Umgebung vorhandenes gasförmiges P4, das wiederum durch Gasphasenoxidation über P4O6 zu P4O10 entsteht (Chemolumineszenz). Meist in heftiger, exothermer Reaktion verbindet sich Phosphor mit Halogenen, Metallen oder Schwefel. Die hieraus entstehenden Verbindungen sind Phosphorsulfide, Phosphor(III)- oder Phosphor(V)-Verbindungen sowie Phosphiden. Unter Einwirkung von starken Laugen in heißer Umgebung disproportioniert Phosphor zu Phosphin und Hypophosphid. Allgemein wirkt weißer Phosphor stark reduzierend.
Weißer Phosphor ist hochgiftig, bereits 50 mg sind tödlich. Der Tod tritt dabei erst nach 5-10 Tagen ein. Die Giftwirkung beruht dabei auf einer Störung der Eiweiß- und Kohlehydratsynthese im Körper. Brennender Phosphor verursacht auf der Haut schlechtheilende Wunden.
Schwarzer Phosphor
Die bei Zimmertemparatur stabilste Modifikation existiert in einer amorphen und drei kristallinen Formen. Schwarzer Phosphor ist aufgrund seiner polymeren Form unlöslich, fast unbrennbar, sehr reaktionsträge und besitzt eine Dichte von 2,69. Das dem schwarzen Phosphor zugrundeliegende Kristallgitter besteht aus gewellten Doppelschichten, in dem die Phosphoratome pyramidal mit drei weiteren in der Nachbarschaft befindlichen Phosphoratomen in einem Bindungswinkel von 100° verbunden sind. In dieser Konfiguration besitzt Phosphor Halbleitereigenschaften. In feuchter Luft oxidiert schwarzer Phosphor etwas schneller als roter Phosphor, überzieht sich dabei aber mit einer farblosen, viskosen Flüssigkeitshaut aus Phosphorsäuren, so dass der weitere Sauerstoffzutritt verhindert, und eine Entzündung erschwert wird.
Schwarzer Phosphor entsteht durch unter hohem Druck stehenden weißen oder roten Phosphor.
Eine Reihe amorpher und kristalliner Formen, mit Dichtevariationen zwischen 2,0 und 2,4 und Schmelzpunkten zwischen 585°C und 610°C werden unter der Bezeichnung roter Phosphor zusammengefasst. Gemeinhin ist roter Phosphor amorph, läßt sich aber durch Rekristallisation aus geschmolzenem Blei in den monoklinen Hittorfschen (violetten) Phosphor überführen, welcher eine dreidimensional vernetzte polymere Form bildet. Durch Kochen von weißem Phosphor in Phosphortribromid erhält man den scharlach roten Schneckschen Phosphor.
Gewonnen wird roter Phosphor durch mehrstündiges Erhitzen von weißem Phosophor auf ca. 360 °C.
Die Unterschiede zwischen den kristallinen Anteilen im roten Phosphor bedingen die verschiedenen Formen desselben. Einfluß haben hier die Korngröße, die Art des Gitters, Verunreinigungen und die verschiedenen Absättigungen der Randgruppen mit Halogenen, Sauerstoff und Hydroxylgruppen.
In üblichen Lösungsmitteln ist der rote Phosophor unlöslich. Seine Reaktivität liegt zwischen dem weißen und dem schwarzen Phosphor.
Roter Phosphor ist nicht selbstentzündend, neigt jedoch in Gegenwart starker Oxidationsmittel zu explosiven Reaktionen. Bezogen auf die Reaktivität gleicht der violette Phosphor eher dem schwarzen Phosphor, während sich der Schnecksche Phosphor sehr viel reaktionsfreudiger zeigt als "normaler" roter Phosphor.
Roter Phosphor kommt in Dichtevariationen zwischen 2,0 und 2,4 und Schmelzpunkten zwischen 585°C und 610°C vor.
Roter Phosphor ist ungiftig.
Violetter/Hittorfscher Phosphor
Entsteht bei Erhitzung von Weißen Phosphor über 1-2 Wochen bei einer Temperatur von 550 °C. Es handelt sich um ein Nichtleiterpolymer, welches unlöslich in CS2 ist.
Phosphor hat nur ein stabiles Isotop: 31P, dies ist das einzige in der Natur vorkommende Isotop des Phosphors.
Phosphor hat mehrere weitere Isotope, die allerding alle radioaktiv sind. Das Phosphorisotop 33P hat mit 25,3 Tagen die längste Halbwertszeit. Das Phosphorisotop 32P, welches auch radioaktiv ist, wird in Medizin und Forschung als Tracer benutzt, um Stoffwechselprozesse zu beobachten.
-Für eine gravimetrische Bestimmung wird die erste Reaktion ohne Ammoniak im sauren in Anwesenheit von Chinolin durchgeführt. So erhält man (H2Chnln)3[P(Mo3O10)4], welches dann getrocknet und gewogen wird.
-Volumetrische Phosphatbestimmungen werden durch Fällung mit La3+ oder mit Bi3+-Maßlösungen und anschließender Rücktitration mit EDTA durchgeführt.
Historisch ist die Mitscherlich Probe zum Nachweis von weißem Phosphor interessant, die allem voran bei vermuteten Phosphorvergiftungen eingesetzt wurde. Hierbei wird der Mageninhalt mit Wasser erhitzt, wobei der weiße Phosphor, der mit dem Wasserdampf flüchtig ist anschließend kondensiert und bei Berührung mit Luftsauerstoff durch ein Leuchten (Chemolumineszenz) in Erscheinung tritt.
Bei Strukturuntersuchungen von Verbindungen in denen Phosphor enthalten ist eignet sich die 31P-Kernresonanzspektroskopie.
Der größte Teil des hergestellten weißen Phosphors (80%) werden zu Phosphor(V)-Oxid verbrannt, welches als Ausgangsmaterial für die Phosphorsäureherstellung sowie für die Darstellung verschiedener Phosphate verwendet wird.
Ein weiterer Teil wird zu Phosphortriclorid PCl3 und Phosphor(V)-sulfid P4S10 verarbeitet, die wiederum als Grundstoffe für die Herstellung von Flammschutzmitteln, Additiven, Weichmachern, und Pflanzenschutzmitteln dienen. Roter Phosphor findet Verwendung bei der Streichholz-Herstellung.
Biologische Bedeutung
Phosphorverbindungen sind für die Lebensfunktionen von allen Lebewesen essentiell. Anorganische Phosphorverbindungen sind Bestandteil der DNA- und RNA-Moleküle. Die Körperzellen benutzen anorganische Phosphorverbindungen um Zellenenergie über ATP zu transportieren.Hydroxyapatit(Ca5(PO4)3OH), welches einer der Hauptbestandteile der Gerüstsubstanz ist, die in Knochen und Zähnen vorkommt, ist eine weiter Phosphorverwendung.Phosphor ist ebenfalls ein wichtiger Baustein für das Protoplasma.
Dieser Beitrag ist aus der XML-Version der deutschen WikiPedia® entwickelt worden und unterliegt inhaltlich den GNU FDL-Lizenzbestimmungen. Linkziele außerhalb der wikipedia-Inhalte unterliegen den Urheberrechten der jeweiligen Anbieter
( DirectDownloads ) Kalenderblätter druckfertig aufbereitet für Schmuckblätter zum Selbstdrucken im Word DOC6/RTF Format, je Euro 5 über Click&BuyJAN | FEB | MÄRZ APRIL | MAI | JUNI JULI | AUG | SEPT OKT | NOV | DEZ
Das Geschenk für jeden Anlass, nicht nur bei 'runden' Jubiläen Andere Einzeltage oder Zahlungsarten bitte HIER bestellen
Diese Web Site verdient ihr Geld durch Produktverkäufe (CD-ROM, downloads) und in erster Linie durch Anzeigen. Wenn Sie als Webmaster zuverlässige Partner suchen für Ihr eigenes Anzeigenschäft, dürfen Sie sich gerne auf unsere Empfehlungen stützen:
z.B.: GigaCash & ProfiWin
