Silicium Stickstoff  Arsen Schwefel
 
 Phosphor                                           15P
 engl. phosphorus; grch. phosphoros ("Lichtträger")
 
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 Relat. Atommasse   
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit  
  
Physikalische Daten: 
weißer Phosphor		 30,973762  
15  
44,1 °C  
280,5 °C  
5, 3, -3  
1,8232 g/cm³  
1,5 - 2  
2,19 (Pauling)  
[Ne]3s23p3  
P-31  100% 
  
  
 
 
 
      
 
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16 sek
 Brennender, roter Phosphor wird in ein Gefäß mit reinem Sauerstoff getaucht.
    
GHS-Piktogramme (Phosphor rot)  
  Gefahr		 Gefahren (H-Sätze) 
H 228, 412 
 
 		 CAS-Nummer  
7723-14-0  
(Phosphor rot) 
  
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GHS-Piktogramme (Phosphor weiß)  
  Gefahr		 Gefahren (H-Sätze) 
H 250, 300, 314, 330,  400 
 
Weißer Phosphor ist 
an Schulen verboten!		 CAS-Nummer  
12185-10-3  
(Phosphor weiß) 
  
 
 
 
Physikalisch-chemische Eigenschaften
Das Element Phosphor kommt in mehreren Modifikationen vor: Weißer Phosphor ist bei Zimmertemperatur eine weiße Masse mit charakteristischem Geruch (Hinweis: Da der weiße Phosphor meist verunreinigt ist, spricht man auch von "gelbem" Phosphor). Bei Kälte ist der weiße Phosphor glasklar und sehr spröde, bei Raumtemperatur wird er wachsweich. Weißer Phosphor leitet den elektrischen Strom nicht, er schmilzt bei etwa 44°C zu flüssigem Phosphor. Erhitzt man die Flüssigkeit, siedet sie bei 280,5°C und man erhält gasförmigen Phosphor. In Wasser ist der weiße Phosphor nur schlecht löslich, daher kann man ihn längere Zeit im Wasser aufbewahren. Die Modifikation kristallisiert tetraedrisch, im P4-Molekül sind vier Phosphoratome tetraedrisch angeordnet. 
 
 
 Weißer Phosphor raucht an der Luft
 
 
 
 
 Hier findet schon die gleiche Reaktion statt wie beim Verbrennen.
 
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Weißer Phosphor löst sich gut in Schwefelkohlenstoff  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 kann sich weißer Phosphor von selbst entzünden und verbrennt mit gelblich-weißer und relativ heller Flamme:  
  
P4  +  5 O2   P4O10      DHR = -2995 kJ/mol 
  
Daher muss weißer Phosphor unter Wasser aufbewahrt werden. Brände mit weißem Phosphor sind nur schwer zu löschen, da nach dem Verdunsten des Wassers eine erneute Zündung eintritt.  
   
Erhitzt man weißen Phosphor längere Zeit auf über 450°C, erhält man je nach Bedingung roten Phospor und gleichzeitig auch violetten Phosphor. Der rote, amorphe Phosphor sublimiert etwa 30°C tiefer als der violette, kristalline Phosphor. 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.  
  
 
 Roter Phosphor
 
 
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 Roter Phosphor ist eine amorphe Modifikation
 
 
Erhitzt man roten Phosphor unter Luftabschluss, beispielsweise 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.   
   
 
 Erhitzen von rotem Phosphor
 
 
 
 
 Unter Luftabschluss bildet sich weißer (oder gelber) Phosphor.
 
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Der violette Phosphor (auch Hittorf'scher Phosphor) lässt sich durch mehrwöchiges Erhitzen von weißem Phosphor bei etwa 550°C herstellen. Das Produkt hat Metallglanz und erscheint an den Rändern violett, es ist leicht spaltbar und löst sich wie schwarzer Phosphor nicht in Schwefelkohlenstoff. Violetter Phosphor ist eine kristalline Modifikation, die Phosphoratome ordnen sich in fünfeckigen Röhren an, diese bilden gitterartige Vernetzungen. 
   
 
 Violetter Phosphor
 
 
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 Violetter Phosphor ist kristallin (im Gegensatz zum roten, amorphen Phosphor)
 
  
Setzt man den weißen Phosphor hohen Temperaturen und hohen Drücken (bis 12000 bar) aus, erhält man schwarzen Phosphor. Eine andere Herstellungsmöglichkeit wäre die Zugabe von fein verteiltem Quecksilber und das Erhitzen auf 380°C. Gibt man dann Impfkristalle von schwarzem Phosphor zu der Schmelze, dann entsteht der schwarze Phosphor auch ohne den hohen Druck. Diese Modifikation bildet grauschwarz glänzende, rhombische Kristalle, die eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit besitzen. Sie eignet sich auch als Halbleitermaterial. Beim schwarzen Phosphor sind die Atome als P6-Ringe in Sesselform angeordnet, wobei jedes Phosphoratom drei Nachbaratome hat. 
  
 
 Schwarzer Phosphor
 
 
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 Diese Modifikation besitzt eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit.
 

Neben den genannten Modifikationen kennt man noch den faserigen Phosphor, der sich beim langsamen Abkühlen von gasförmigem Phosphor bei 500-600 °C bildet. Die dünnen Fasern sind oft mit Plättchen des violetten Phosphors verwachsen. 
   
Physiologie - Toxikologie
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 das harte Phosphormineral Apatit. Phosphoratome kommen auch in der DNS vor. Das Adenosintriphosphat (ATP) spielt eine bedeutende Rolle im Energiestoffwechsel. Bei der Phosphorylierung wird die Phosphatgruppe an ein Protein angehängt. Dadurch können Signale übermittelt werden. Als Puffer steuern die Phosphate im Blut das Säure-Base-Gleichgewicht. 
 
 
Bioelemente im menschlichen Körper
  
 
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Der rote Phosphor ist im Gegensatz zum weißen Phosphor nur wenig toxisch. Weißer Phosphor sublimiert bereits bei Zimmertemperatur und setzt giftige Dämpfe frei. Diese reagieren an der Luft relativ schnell zu Phosphor(V)-oxid weiter. Brennender, weißer Phosphor erzeugt auf der Haut sehr schmerzhafte und kaum heilbare Brandwunden. In fein verteilter Form kann weißer Phosphor auch schwere Augenschäden auslösen. Bei der oralen Aufnahme treten zunächst Magenschmerzen, Erbrechen und Druchfall auf, in gravierenden Fällen auch Schocksymptome. Tritt der Tod nicht sofort ein, beginnt nach 1-3 Tagen eine schwere Leberzellen- und/oder Nierenschädigung. Die Stoffwechselvorgänge in der Leber werden massiv gestört. Der Tod tritt meist durch ein Leberkoma ein. Schon 50mg weißer Phosphor gelten als tödliche Dosis für einen erwachsenen Menschen. Lit [33]
  
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. 
 
 
 Apatit aus El Para/Brasilien
 
 
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 Der Apatit ist ein wichtiger Rohstoff zur Herstellung von Phosphor.
 
 
Geschichte 
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.   
 
 
 Henning Brand entdeckt den Phospor
Bildausschnitt aus einem Gemälde des Malers Joseph Wright (1734-1797)
 
 
Genauer Titel des Bildes: 
"Der Alchemist beim Suchen nach dem Stein der Philosophen entdeckt den Phosphor
und betet für ein erfolgreiches Ende seiner Operation, wie es Sitte war bei den alten Astrologen"
 
  
Herstellung     
Die technische Herstellung erfolgt aus dem Mineral Apatit (oder aus 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 
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.  
   
  
 Reibfläche und Zündholz
 
 
 
 
 Die Reibfläche der Zündholzschachtel enthält roten Phosphor.
 
  
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. 
 
Phosphorverbindungen im Portrait
 
 
 
 
 
 
 
 
Copyright: Thomas Seilnacht