Elemente, Schulbuch

Abb. 171.1: Phosphor: Daten Abb. 171.4: Struktur des Phosphor(V)-oxid-Moleküls Abb. 171.3: Struktur des schwarzen Phosphors Abb. 171.2: Moleküle des weißen Phosphors 45° Bindungswinkel innerhalb des Mole- küls führen zu Spannungen im Molekül und damit zur hohen Reaktionsfreudig- keit des weißen Phosphors Phosphor 30,9 15 EN 2,1 P Festpunkt: 44 °C Kochpunkt: 280 °C Molekül: P 4 (weiß) 171 7.5 DIe 15. GrUPPe Phosphor und seine Verbindungen Elementarer Phosphor Elementarer Phosphor existiert in mehreren Modifikationen. Der weiße Phosphor besteht aus tetraederförmig gebauten P 4 -Molekülen (Abb. 171.2). Er ist weich, gelb- lich durchscheinend, sehr giftig (0,1 g können lebensgefährlich wirken) und an Luft durch langsame Oxidation selbstentzündlich. Daher muss man ihn unter Wasser aufbewahren. Bei der langsamen Oxidation zu Phosphor(V)-oxid – P 4 O 10 – wird ein Teil der Energie direkt als Licht abgegeben. Diese Erscheinung nennt man Chemo- lumineszenz . Ihr verdankt der Phosphor seinen Namen (griech. phosphoros = Licht tragend). ■ 171.1: Chemoluminiszenz des Phosphors Ein kleiner Rundkolben mit Stopfen und langem Glasrohr als Rückflusskühler wird etwa zu einem Drittel mit Wasser gefüllt. Ein linsengroßes Stück weißer Phosphor wird ins Wasser gegeben und dieses bis zum Sieden erhitzt. Im abgedunkelten Raum sieht man Chemolumineszenz an der Kondensationsstelle des Wassers im Rohr, wo mitgerissener Phosphordampf mit Luft in Kontakt kommt. So wurde in der Gerichts- chemie der Mageninhalt von mit Phosphor Vergifteten untersucht (Mitscherlich-Probe). Erwärmt man etwas roten Phosphor oder die Reibflächen von Streichholzschachteln vorsichtig in einer großen Proberöhre, so kann man ebenfalls Chemolumineszenz be- obachten, da sich roter Phosphor beim Verdampfen in weißen umwandelt. LEHRERVERSUCH Roter Phosphor ist eine ungiftige im Labor meist verwendete Modifikation. Er ist amorph. Kristallin heißt er violetter Phosphor . Bei Zimmertemperatur ist er die sta- bilere Modifikation als weißer Phosphor. Er ist ein gutes Reduktionsmittel. Mischun- gen mit starken Oxidationsmitteln wie Kaliumchlorat sind sehr gefährlich, da sie bei Druckanwendung explodieren (zB beim Mischen in der Reibschale, was unbedingt unterbleiben muss!). Bei Streichhölzern wird diese Reaktion zur Entzündung ausge- nützt. Die Reibfläche enthält roten Phosphor, der Streichholzkopf Kaliumchlorat. Schwarzer Phosphor besitzt ein Schichtgitter und ist bei Zimmertemperatur stabil; allerdings ist die Umwandlung aus den anderen Modifikationen extrem langsam. Er kann durch Anwendung hoher Drücke erzeugt werden und ist elektrisch leitfähig. (Abb. 171.3) Phosphorsäure Alle elementaren Phosphormodifikationen verbrennen an Luft zu einem weißen Rauch, der aus P 4 O 10 -Molekülen besteht. (Abb. 171.4) Es ist ein extrem hygroskopi- scher Feststoff und kann als Trockenmittel verwendet werden. In wässriger Lösung reagiert es zu Phosphorsäure (Orthophosphorsäure H 3 PO 4 ). P 4 O 10 + 6 H 2 O → 4 H 3 PO 4 Ihre Salze, die Phosphate, spielen in der Düngemittelindustrie eine wichtige Rolle. (Kap. 5.3) Phosphor kommt in der Natur vor allem in der Form der Calciumphospha- te Phosphorit und Apatit vor. Calciumphosphat ist am Aufbau des Knochengerüstes beteiligt. Phosphorsäure ist ein Molekülbestandteil in wichtigen Biomolekülen wie ATP und der DNA des Zell- kerns. Phosphor ist also ein wichtiges Bioelement. Er wird als Phosphat mit der Nahrung aufgenommen. Polyphosphate sind die Salze der (nicht einzeln isolierbaren) Polyphosphorsäuren. Diese entstehen formal durch Wasserabspaltung zwischen Orthophosphorsäure- Molekülen, wobei sie zu Ketten und Ringen zusammentreten. Die Salze werden durch Entwässern von Hydrogenphosphaten erzeugt. Sie spielten früher als Wasser- enthärter in Waschmitteln eine wichtige Rolle. Ihr Einsatz ist aber weltweit im Sin- ken, da sie in Kläranlagen nur unvollständig zurückgehalten werden und daher in Gewässern eutrophierend wirken (Kap. 6.4). Als Zusatzstoffe in der Lebensmittel- verarbeitung zur Emulgierung von Fetten in Wasser spielen Polyphosphate eine wichtige Rolle (zB Wurst-, Schmelzkäse- und Speiseeiserzeugung). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv