Phosphor

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Einleitung

Phosphor (Symbol P), reaktionsfreudiges nichtmetallisches Element, das sowohl für lebende Organismen als auch für die Technik von Bedeutung ist. Die Ordnungszahl von Phosphor ist 15, seine relative Atommasse 30,974. Phosphor steht in der fünften Hauptgruppe des Periodensystems unter Stickstoff.

Phosphor wurde um 1669 von dem deutschen Alchimisten Hennig Brand entdeckt, als er in einer Reihe von Experimenten versuchte, aus Silber Gold herzustellen. Wie so viele Alchimisten seiner Zeit, war auch Brand auf der Suche nach dem „Stein der Weisen” (siehe Alchimie). Diesen glaubte er durch die chemische Behandlung von „gold-gelbem” Urin zu finden. Nach einigen Prozeduren erhielt er dabei ein im Dunkeln leuchtendes Produkt. Diese Erscheinung gab dem neuen Stoff seinen Namen – Phosphor leitet sich von dem griechischen Wort phosphoros ab, was sinngemäß Lichtträger bedeutet. Chemisch gesehen hatte Brand praktisch das im Urin enthaltene Phosphat zu elementarem Phosphor reduziert.

Erst sehr viel später erkannte der französische Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier, dass es sich bei diesem Stoff um ein Element handelt.

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Eigenschaften und Vorkommen

Phosphor existiert in verschiedenen allotropen (stark voneinander abweichenden) Modifikationen. Die wichtigsten sind der weiße, der rote und der schwarze Phosphor. Nur weißer und roter Phosphor sind von kommerzieller Bedeutung. Frisch hergestellter weißer Phosphor nimmt eine hellgelbe Farbe an, wenn er der Sonne ausgesetzt wird. Weißer Phosphor ist ein kristalliner, durchscheinender, wachsartiger Feststoff, der in feuchter Luft schwach leuchtet und extrem giftig ist. Er entzündet sich in Luft bei einer Temperatur von 34 °C selbst und wird deshalb unter Wasser aufbewahrt. In Wasser löst sich Phospor nicht und in organischen Lösungsmitteln nur wenig. Dagegen ist er in Schwefelkohlenstoff sehr gut löslich. Weißer Phosphor schmilzt bei 44,1 °C und siedet bei 280 °C.

Weißer Phosphor wird industriell hergestellt, indem man Calciumphosphat mit Sand (Siliciumdioxid) und Koks in einem Elektroofen erhitzt. Wird dieser unter Luftabschluss für längere Zeit auf 230 bis 400 °C erhitzt, so geht er in die rote, amorphe (ungeordnet; nicht kristalline) Form über. Erhitzt man roten Phosphor auf eine Temperatur über 450 °C, so entsteht eine kristalline Modifikation, die man violetten oder Hittorf’schen Phosphor nennt. Sowohl roter als auch violetter Phosphor sind weitgehend ungiftig. Erhitzt man weißen Phospor unter sehr hohem Druck auf 200 °C, so entsteht schwarzer Phosphor. Er besitzt eine relative Dichte von 2,69.

Phosphor ist in der Natur weit verbreitet, er steht an elfter Stelle in der Häufigkeit der in der Erdkruste vorkommenden Elemente. Phosphor tritt nicht in freiem Zustand auf. Meist findet man ihn als Phosphat, beispielsweise in Phosphaterz und Apatit. In seinen Verbindungen kommt er in allen fruchtbaren Böden und in vielen natürlichen Gewässern vor. In Organismen ist Phosphor als Calciumphosphat in den Knochen und in Form von Phosporsäureestern (z. B. Desoxyribonucleinsäuren) in allen lebenden Zellen anzutreffen.

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Verwendung

Phosphor tritt in seinen Verbindungen meist in den Oxidationsstufen-3 (z. B. im Phosphan, PH₃; siehe unten), +3 und +5 auf. Phosphor vereinigt sich leicht mit Sauerstoff unter Bildung von Oxiden, deren wichtigste Vertreter das Phosphor(III)-oxid (P₂O₃) und das Phosphor(V)-oxid (P₄O₁₀) sind. Phosphor(III)-oxid bildet einen weißen kristallinen Feststoff, der als Reduktionsmittel Verwendung findet und leicht zerfließt – d. h., er wird von der Luftfeuchtigkeit aufgelöst. Sein Dampf ist giftig. Phosphor(V)-oxid bildet eine weiße, amorphe Masse, die bei 591 °C verdampft. Es reagiert mit Wasser zu Phosphorsäure und wird als Trockenmittel eingesetzt.

Phosphor bildet mit Wasserstoff Hydride. Eines davon, PH₃, ist mit Ammoniak (NH₃) dem Hydrid des Stickstoffes vergleichbar. Alle Halogene verbinden sich direkt mit Phosphor unter Bildung von Halogeniden, die zur Darstellung von Säurehalogeniden und organischen Verbindungen eingesetzt werden. Die wichtigste kommerzielle Verbindung des Phospors ist Phosphorsäure sowie deren Salze, die Phosphate. Die Hauptmenge der phosphorhaltigen Verbindungen findet als Dünger Verwendung. Phosporverbindungen werden weiterhin zum Klären von Zuckerlösungen, zum so genannten Erschweren von Seide und als Feuerschutzmittel eingesetzt. Auch in Legierungen wie Phosphorbronze und Phosphorkupfer ist Phospor enthalten. Roter Phosphor ist Bestandteil von Zündhölzern.