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Phosphor


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Phosphor (von griech. phos-phóros = lichttragend) ist ein chemisches Element und hat die Ordnungszahl 15.

Eigenschaften
Silizium - Phosphor - Schwefel
N
P
As  
 
 

Periodensystem
Allgemein
Name Symbol Ordnungszahl Phosphor P 15
Serie Nichtmetalle
Gruppe Periode Block 15 (VA) 3 p
Dichte Mohshärte weißer P.:1823 kg/m 3 __
Dichte Mohshärte roter (violetter) P.:2340 kg/m 3 __
Dichte Mohshärte schwarzer P.:2670 kg/m 3 __
Aussehen farblos/rot/silbrig weiß
Atomar
Atomgewicht 30.973761 amu
Atomradius (berechnet) 100 (98) pm
Kovalenter Radius 106 pm
van der Waals-Radius 180 pm
Elektronenkonfiguration [ Ne ]3 s 2 3p 3
e - 's pro Energieniveau 2 8 5
Oxidationszustände ( Oxid ) ±3 5 4 (leicht sauer )
Kristallstruktur monoklin
Physikalisch
Aggregatzustand ( Magnetismus ) fest
Schmelzpunkt 317.3 K (44.2° C )
Siedepunkt 550 K (277°C)
Molares Volumen 17.02 × 10 -3 m 3 /mol
Verdampfungswärme 12.129 kJ/mol
Schmelzwärme 0.657 kJ/mol
Dampfdruck 20.8 Pa bei 294 K
Schallgeschwindigkeit k.A.
Verschiedenes
Elektronegativität 2.19 ( Pauling-Skala )
Spezifische Wärmekapazität 769 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit 1.0 10 -9 /m Ohm
Wärmeleitfähigkeit 0.235 W/(m*K)
1. Ionisierungsenergie 1011.8 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1907 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 2914.1 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 4963.6 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 6273.9 kJ/mol
Stabilste Isotope
Isotop NH längste t 1/2 ist 25.34 d (P-32)
31 P 100% P ist stabil mit 16 Neutronen
SI -Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt
sofern nicht anders angegeben.

Phosphor ist eines der Grundelemente der Organischen Chemie und als Mineralstoff Baustein jedes lebenden Organismus.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Phosphor wurde 1669 von Hennig Brand einem deutschen Apotheker und Alchemisten entdeckt als dieser Urin destillierte und den Rückstand glühte.

Eigenschaften

Phosphor kommt in den Verbindungszahlen 1 6 vor ist also ein ausserordentlich variables

Modifikationen

Phosphor tritt in vier allotropen Modifikationen auf. (weißer Phosphor roter P. P. und violetter P.). Jeder dieser vier bildet verschiedene Kristallstrukturen und hat damit unterschiedliche und Dichte.

Weißer Phosphor

Weißer Phosphor ist die flüchtigste und Modifiaktion des Phosphors. Er besitzt eine Dichte 1 82 eine Schmelzpunkt von 44 1°C Siedepunkt von 280°C und ist durchscheinend und Verunreinigt wird der weiße Phosphor auch als gelber Phosphor bezeichnet. Der kubische weiße Phosphor ist Phosphortrichlorid und Kohlendisulfid CS 2 sehr leicht löslich. 100g Kohlendisulfid lösen als 1kg Phosphor. In Kohlenstofftetrachlorid Benzol oder Ether ist Phosphor schwach löslich.

Bei -77°C geht die kubische Form in eine hexagonale Form (β-Form) über. In Form (α. β in Lösung) bildet der Phosphor P 4 -Tetraeder mit einem Bindungswinkel von 60°.

In fein verteiltem Zustand entzündet sich Phosphor von selbst ab etwa 50°C entzünden auch kompakte Stücke und verbrennen in der zu Phosphor(V)-oxid.

<math>P_4 + 3 O_2 \rightarrow P_4O_{6}</math>

<math>P_4O_{6} + 2 O_2 \rightarrow P_4O_{10}</math>

An Luft kann weißer Phosphor ein Leuchten erzeugen. Dieses entsteht durch den im Phosphor vorhandenen hohen Dampfdruck und somit in Umgebung vorhandenes gasförmiges P 4 das wiederum durch Gasphasenoxidation über P 4 O 6 zu P 4 O 10 entsteht (Chemolumineszenz). Meist in heftiger exothermer verbindet sich Phosphor mit Halogenen Metallen oder Die hieraus entstehenden Verbindungen sind Phosphorsulfide Phosphor(III)- Phosphor(V)-Verbindungen sowie Phosphiden. Unter Einwirkung von starken in heisser Umgebung disproportioniert Phosphor zu Phosphin Hypophosphid. Allgemein wirkt weißer Phosphor stark reduzierend.

Schwarzer Phosphor

Die bei Zimmertemparatur stabilste Modifikation existiert einer amorphen und drei kristallinen Formen. Schwarzer Phosphor ist aufgrund seiner Form unlöslich fast unbrennbar sehr reaktionsträge und eine Dichte von 2 69. Das dem Phosphor zugrundeliegende Kristallgitter besteht aus gewellten Doppelschichten dem die Phosphor Atome pyramidal mit drei in der Nachbarschaft befindlichen Phosphoratomen in einem von 100° verbunden sind. In dieser Konfiguration Phosphor Halbleitereigenschaften . In feuchter Luft oxidiert schwarzer Phosphor schneller als roter Phosphor überzieht sich dabei mit einer farblosen viskosen Flüssigkeitshaut aus Phosphorsäuren daß der weitere Sauerstoffzutritt verhindert und eine erschwert wird.

Schwarzer Phosphor entsteht durch unter hohem stehenden weißen oder roten Phosphors.

Roter Phosphor

Eine Reihe amorpher und kristalliner Formen Dichtevariationen zwischen 2 0 und 2 4 Schmelzpunkten zwischen 585°C und 610°C werden unter Bezeichnung roter Phosphor zusammengefasst. In üblichen Lösungsmitteln ist der Phosophor unlöslich. Seine Reaktivität liegt zwischen dem und dem schwarzen Phosphor. Gemeinhin ist roter amorph läßt sich aber durch Rekristallisation aus Blei in den monoklinen Hittorfschen (violetten) Phosphor überführen welcher eine dreidimensional vernetzte polymere bildet. Durch Kochen von weißem Phosphor in erhält man den scharlach roten Schneckschen Phosphor . Roter Phosphor ist nicht selbstentzündend neigt in Gegenwart starker Oxidationsmittel zu explosiven Reaktionen. auf die Reaktivität gleicht der violette Phosphor dem schwarzen Phosphor während sich der Schnecksche sehr viel reaktionsfreudiger zeigt als "normaler" roter Gewonnen wird roter Phosphor durch mehrstündiges Erhitzen weißem Phosophor auf ca. 360°C.

Die Unterschiede zwischen den kristallinen Anteilen roten Phosphor bedingen die verschiedenen Formen desselben. haben hier die Korngröße die Art des Gitters Verunreinigungen und die verschiedenen Absättigungen der Randgruppen mit Halogenen Sauerstoff und Hydroxylgruppen .

Violetter/Hittorfscher Phosphor

Entsteht bei Erhitzung von Weißen Phosphor 1-2 Wochen bei einer Temperatur von 550°C. handelt sich um ein Nichtleiterpolymer welches unlöslich CS 2 ist.

Analytik

Der quantitative und qualitative Bestimmung von erfolgt über das Orthophosphat welches durch die mit Ammoniummolybdat nachgewiesen wird. Gebundenes Phosphat wird ggf. durch oxidierenden Aufschluß in das Orthophosphat Die nachfolgend dargestellte Reaktion eignet sich auch die gravimetrische Bestimmung des Phosphors.

<math>H_3PO_4 - 12(NH_4)_1MoO_4 + 21 HNO_3 </math>

<math>\rightarrow (NH_4)_3PMo_{12}O_{40} + 21 NH_4NO_3 + H_2O</math>

Alternativ kann man Phosphor auch mit in ammoniakalischer Lösung als Magnesiumammoniumphosphat oder im sauren Millieu mit Zirconylchlorid als Zirconiumphosphat qualitativ Volumetrische Phosphatbestimmungen werden durch Fällung mit La 3+ oder mit Bi 3+ -Maßlösungen und anschließender Rücktitration mit EDTA durchgeführt.

Historisch ist die Mitscherlich Probe zum von weißem Phosphor interessant die allem voran vermuteten Phosphorvergiftungen eingesetzt wurde. Hierbei wird der mit Wasser erhitzt wobei der weiße Phosphor mit dem Wasserdampf flüchtig ist anschließend kondensiert bei Berührung mit Luftsauerstoff durch ein Leuchten in Erscheinung tritt.

Bei Strukturuntersuchungen von Verbindungen in denen enthalten ist eignet sich die 31 P- Kernresonanzspektroskopie .

Vorkommen

In der Natur kommt Phosphor ausschießlich gebundener Form meist als Phosphate zu etwa 11% in der Erdkruste vor. Typisch vorkommende sind etwa die Apatite Ca 5 (PO 4 ) 3 (F Cl OH). Besonders der Fluorapatit und mit CaCO 3 durchsetzte Phosphorit stellen ökonomisch die wichtigsten Phosphate dar. Darüberhinaus finden sich weitere phosphorhaltige wie z.B.: Wavellit Al 3 (PO 4 )(F OH) · 5H 2 O der Vivianit Fe 3 (PO 4 ) 2 · 8H 2 O und der Türkis CuAl 6 [(PO 4 )(OH 2 )] 4 · 4H 2 O.

Von den weltweit per anno geförderten 100 Mio.t an Rohphosphat werden etwa 90% Herstellung von Phosphordüngemitteln verwendet.

Phosphor hat auch in der organischen eine wichtige Bedeutung und kommt in verschiedensten der Fauna und Flora vor: Etwa als Hydroxyapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH welches einer der Hauptbestandteile der Gerüstsubstanz die in Knochen und Zähnen vorkommt. Weiterhin Phosphate als Bestandteile der Nucleinsäuren und als (z.B.: ATP ) eine wichtige Rolle in lebenden Organismen.

Gewinnung

In Elektroöfen werden Apatit oder Phosphorit ca. 1450 °C in Gegenwart von Kohle und Siliciumdioxid zu weißem Phosphor reduziert. Der entweichende Phosphor wird kondensiert und unter Wasser gesammelt.

<math>3084 kJ + 2Ca_3(PO_4)_2 + 6 +10 C \rightarrow 6CaSiO_3 + 10 CO P_4</math>

Verwendung

Der größte Teil des hergestellten weißen (80%) werden zu Phosphor(V)-Oxid verbrannt welches als für die Phosphorsäure herstellung sowie für die Darstellung verschiedener verwendet wird. Ein weiterer Teil wird zu PCl 3 und Phosphor(V)-sulfid P 4 S 10 verarbeitet die wiederum als Grundstoffe für Herstellung von Flammschutzmitteln Additiven Weichmachern und Pflanzenschutzmitteln dienen. Roter Phosphor findet Verwendung bei Herstellung von Zündhölzern.

Verbindungen des Phosphors

Allgemein:

  • Phosphortrioxid Phosphortetraoxid Phosphorpentaoxid
  • Phosphinsäure Phosohonsäure Phosphorsäure Peroxophosphorsäure
  • Hydodiphosphonsäure Diphosphonsäure Hypodiphosphonsäure Diphosphonsäure Peroxodiphosphonsäure
  • Phosphate Phosphonate Phosphinate
  • Phosphorchloride
  • Phosphorsulfide
  • Phosphornitride
  • Phosphane
  • Hydroxyapatit Fluorapatit

In der organischen Chemie:



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