Periodensystem 
Periodensystem |
|
|||
|
|
|||
|
| Eigenschaften:
Das Element Phosphor kommt in mehreren Modifikationen vor: Weißer, bzw. gelber a-Phosphor ist bei Zimmertemperatur eine weiße, an den Schnittflächen hellgelbe Masse mit charakteristischem Geruch. Diese Modifikation kristalliert tetraedrisch (P4-Moleküle). Erhitzt man weißen Phosphor längere Zeit auf über 250°C, erhält man roten Phospor. Setzt man den weißen Phosphor hohen Temperaturen und hohen Drücken aus, erhält man schwarzen Phosphor. Diese Modifikation bildet grauschwarz glänzende, rhombische Kristalle, die eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit besitzen. Schwarzer Phosphor eignet sich auch als Halbleitermaterial.  In Wasser ist weißer Phosphor nicht löslich, er löst sich aber gut in Kohlenstoffdisulfid (CS2), Dischwefeldichlorid (S2Cl2) und in Phosphortrichlorid (PCl3), etwas weniger gut in Benzol und Ether. Im Dunkeln leuchtet er von selbst. Das Phänomen ist eine Chemolumineszenz, da sich das an der Oberfläche gebildete P2O3 in das stabilere P2O5 umwandelt. Bei dieser Oxidation wird Energie in Form von Wärme und Licht abgegeben. Oberhalb von 50°C entzündet sich weißer Phosphor von selbst und verbrennt mit gelblich-weißer und relativ heller Flamme: P4 + 5 O2 -----> P4O10 DHR = -2995 kJ/mol Daher muss er unter Wasser aufbewahrt werden. Brände mit weißem Phosphor sind nur schwer zu löschen, da nach dem Verdunsten des Wassers eine erneute Zündung eintritt. Bei 44,1°C schmilzt er zu einer farblosen Flüssigkeit, die beim Erhitzen über den Siedepunkt von 280,5°C in Phosphordampf übergeht. Unterhalb von -76,9°C erhält man den im hexagonalen Kristallsystem kristallisierenden b-Phosphor. Roter Phospor ist ein dunkelrotes, amorphes Pulver, das oberhalb von 450°C in eine kristalline Form übergeht. Bei längerem Erhitzen ist auch der kristalline, violette Phosphor zugänglich. Roter Phosphor ist chemisch stabiler als weißer Phosphor, er entzündet sich erst oberhalb von 300°C und verbrennt unter Bildung eines weißen Rauches zu Phosphor(V)-oxid (P2O5):  Erhitzt man roten Phosphor unter Luftabschluss (z.B. in einem Reagenzglas mit einem Wattebausch), erhält man wieder weißen Phosphor, der sich nach dem Abkühlen der Dämpfe an der Reagenzglaswand niederschlägt. Roter Phosphor ist im Gegensatz zum weißen Phosphor in den genannten Lösungsmitteln nicht löslich. Mit starken Oxidationsmitteln wie Kaliumchlorat bildet er explosionsgefährliche und reibungsempfindliche Gemische. Phosphor ist zwar ein lebensnotwendiges Spurenelement (als Phosphorsalz), weißer Phosphor ist jedoch in seiner elementaren Form sehr giftig. Die tödliche Dosis für einen erwachsenen Menschen liegen bei ca. 0,06 Gramm. Die Vergiftungssymptome zeigen sich in Erbrechen, Durchfall, Kreislaufkollaps und Atemstillstand. Brennender, weißer Phosphor erzeugt auf der Haut sehr schmerzhafte und kaum heilbare Brandwunden. |
| Vorkommen:
Mit einem Massenanteil von 0,09% ist Phosphor ein relativ häufiges Element. Es steht an 12. Stelle der Elementhäufigkeit in der Erdhülle (zwischen Chlor und Kohlenstoff). In der Natur kommt Phosphor elementar nicht vor. Ein wichtiges Phosphormineral ist der Apatit (Ca-F-Cl-Phosphat), aus dem in der Technik der weiße Phosphor gewonnen wird. Die Hauptvorkommen für dieses Erz liegen in den USA, in den GUS-Staaten, in Marokko und in China. Auch aus den Phosphat-Mineralien wie Pyromorphit oder Vivianit lässt sich Phosphor gewinnen.  Bei den Kleinstlebewesen der Meere, aber auch bei allen Wirbeltieren spielt das Phosphorsalz Calciumphosphat beim Aufbau von Knochen und Schalen eine bedeutende Rolle. Der äußere Zahnschmelz in den Zähnen des Menschen enthält ebenfalls das harte Phosphormineral Apatit. |
| Geschichtliches:
Der Hamburger Alchimist Henning Brand (ca. 1630-1710) entdeckte das Element im Jahre 1669 auf der Suche nach einem "Stein der Weisen", der unedle Metalle in Silber umwandeln sollte. Durch die Destillation von menschlichem Harn erhielt er im ausgeglühten Rückstand eine im Dunkeln leuchtende und hochentzündliche Substanz, die er "kaltes Feuer" nannte. Der Name Phosphor leitet sich vom griechischen Wort phosphorus ab und bedeutet so viel wie "Lichtträger". Die Erkennung als chemisches Element wird teils A.S. Marggraf (1743), aber auch A. Lavoisier (1772) zugeschrieben.  |
| Herstellung:
Die technische Herstellung erfolgt aus dem Mineral Apatit, bzw. Fluorapatit durch Reduktion mit Koks. Der gemahlene Apatit wird mit Koks, Quarzsand und Kies gemischt und im elektrischen Lichtbogen bei ca. 1400°C umgewandelt. Im folgenden soll nur die Hauptreaktion betrachtet werden: 2 Ca5[F | (PO4)3] + 9 SiO2 + 15 C -----> 3 P2 + 9 CaSiO3 + 15 CO + CaF2 Der weiße Phosphor besitzt nach einer Destillation und mehreren Reinigungsschritten einen Reinheitsgehalt von 99,9 Prozent. Zur Umwandlung in roten Phosphor wird der weiße Phosphor unter Luftabschluss 24 Stunden lang auf 270-275°C erhitzt. |
| Verwendung:
Der größte Anteil des produzierten weißen Phosphors dient zur Herstellung von Phosphorverbindungen wie Phosphor(V)-oxid, Phosphorsäure und vor allem von Phosphaten. Diese wiederum stellen wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung von Düngemitteln und Waschmitteln dar. Roter Phosphor dient zur Herstellung von Feuerwerkskörpern und Zündhölzern. Die Reibflächen der Zündholzschachteln enthalten ein Gemisch von rotem Phosphor, Glaspulver und Bindemitteln. Die Zündmasse des Zündholzes besteht aus einem Gemisch von 50-60% Kaliumchlorat (Oxidationsmittel), 4-7% Schwefel (Brennstoff), 1-4% Mangandioxid (Katalysator), 20% Glasmehl (Erhöhung der Reibungsempfindlichkeit) und Füllstoffe. Die Reibungswärme führt zur Zündung des Streichholzkopfes, was vor allem auf die Reaktion des roten Phosphors mit dem Kaliumchlorat zurückzuführen ist.  |
| Copyright: Thomas Seilnacht |
