EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

126 126 Phosphorsäure – Düngemittelproduktion – Anwendungen – Stoffwechsel Phosphorsäure – H 3 PO 4 Die Phosphorsäure H 3 PO 4 (ortho-Phospophorsäure) ist die wichtigste Sauerstoff- säure des Phosphors und wird in großtechnischen Mengen für die Düngemittel- produktion hergestellt. Unter Wasserabspaltung lassen sich Diphosphorsäure, die ringförmigen Metaphosphorsäuren und die kettenförmigen Polyphosphor- säuren herstellen, die allerdings nicht in reiner Form isolierbar sind und sich ineinander umwandeln können. Ihre Salze sind isolierbar und spielen als Le- bensmittelzusatzstoffe und bei der Wasserenthärtung eine wichtige Rolle. Düngemittelproduktion Der Rohstoff für die Phosphorsäureherstellung wird aus Phosphatlagerstätten gewonnen und besteht zum Großteil aus Calciumphosphat. Zur Phosphorsäu- regewinnung für Düngemittel wird er mit Schwefelsäure oder Salpetersäure behandelt. Dabei entsteht Gips oder Calciumnitrat, die sich als Feststoffe ab- trennen lassen. Die entstehende Phosphorsäure (im Gemisch mit überschüssiger Salpetersäure oder Schwefelsäure) wird mit Ammoniak versetzt. So entsteht ein Gemisch aus Ammoniumnitrat oder Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogenphosphat. Technische Anwendungen Phosphorsäure dient auch zur Oberflächenbehandlung von Metallen (Phospha- tierung). Dabei entsteht auf Eisen und Zink eine festhaftende, schwerlösliche Schicht aus Eisen– bzw. Zinkphosphat, die vor Korrosion schützt und gut lackier- bar ist. Bleche für die Autoherstellung werden oft so behandelt. Phosphate als Wasserenthärter spielen heute nur mehr eine geringe Rolle. Aus Waschmitteln wurden sie komplett verbannt und auch in Maschinenspülmitteln für Geschirr werden sie zunehmend ersetzt. Stoffwechsel Phosphat spielt im Stoffwechsel eine wichtige Rolle. Es ist am Aufbau der DNA beteiligt, ist in verschiedenen wichtigen Coenzymen enthalten (zB ATP Adeno- sintriphosphat) und bildet den Hauptbestandteil der harten Strukturen in unse- rem Körper wie Knochen und Zähnen. Die „Asche“ nach Feuerbestattungen besteht also fast ausschließlich aus Phos- phaten. Man kann daher daraus nicht – wie von manchen Bestattungsinstituten behauptet – einen Diamanten herstellen. Dieser wäre reiner Kohlenstoff. Der Kohlenstoffanteil verbrennt aber bei der Kremierung vollständig zu CO 2 . Lebensmittel(-industrie) Phosphorsäure und Phosphate für die Lebensmittelindustrie haben hohe Rein- heitsanforderungen und werden meist über elementaren Phosphor hergestellt. Sie wird als Säuerungsmittel in Colagetränken verwendet. Da sie eine mittel- starke Säure ist (p K A = 1,96), sind solche Getränke sehr sauer. Durch den hohen Zuckerzusatz wird der Geschmackseindruck „sauer“ verringert. Als Lebensmit- telzusatzstoff hat Phosphorsäure die E–Nummer E 338. Phosphate (E 339, E 340, E 341) und Salze kondensierter Phosphorsäuren (E 450, 451, 452) sind heute viel verwendete Lebensmittelzusatzstoffe. Sie dienen als Konservierungsmittel, zum pH stabilisieren (als Puffer) und als Emulgatoren. In der Fleisch- und Wurstindustrie verhindern sie den Wasseraustritt aus Fleisch („Schinken bleibt saftig“), die Entmischung und den Wasserverlust im Wurstbrät („Würste bleiben knackig“). Für Schmelzkäse dienen sie als Schmelzsalze mit ähnlicher Funktion wie bei Wurstwaren. Sie verhindern auch das Zusammenkle- ben der Käsescheiben. Phosphatquellen in der Nahrung sind neben Fleisch und Fisch vor allem Ge- treideprodukte, Milch und Nüsse. Trotz des Phosphatbedarfs werden die Phos- phatzusätze in Lebensmitteln von einigen Ernährungswissenschaftlern kritisch gesehen. Es sind daher Höchstmengenverordnungen erlassen worden (meist zwischen 0,5 und 5 g/kg Lebensmittel). Zu hohe Phosphatzufuhr steht im Ver- dacht Hyperaktivität bei Kindern und Osteoporose auszulösen. Als erlaubte Ta- gesdosis für die Gesamtmenge Phosphat (incl. Phosphorsäure) gilt 70 mg/kg Körpergewicht. Abb. 126–1: Polyphosphorsäuren Abb. 126–2: Herstellung reiner H 3 PO 4 P O O H O H O H P O O H O H O H P O O O H O H P O O H O H O H H P O O O H O H P O O O H P O O H O H + ∆ H Monophosphorsäure Diphosphorsäure Triphosphorsäure H 2 O H 2 O CO CaSiO 3 Ca 3 (PO 4 ) 2 SiO 2 C H 3 PO 4 SiO 2 + C + Ca 3 (PO 4 ) 2 P 4 + CO + CaSiO 3 P 4 + 5 O 2 P 4 O 10 O 2 P 4 O 10 CO/P 4 P 4 O 10 + 6 H 2 O 4 H 3 PO 4 P 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des V rlags öbv