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Siehe auch: Phosphatierung von Eisen, Eisenphosphat, Phosphorsäure, Stickstoff, Arsen, Periodensystem der Elemente 
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Phosphor

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 15
Symbol P
CAS-Nr. 7723-14-0
Atomgewicht 30.973762 amu
Elektronenkonfiguration [Ne] 3s2 3p3
Schmelzpunkt
 weiß
 rot (Tripelpunkt)
 schwarz
44.2°C
590°C / 4.36 MPa
610°C
Siedepunkt
 weiß
 rot (Sublimation)
 violett (Sublimation)
280.5°C
431°C
620°C
Dichte
 weiß
 rot (1)
 schwarz
 violett
1.820 g/cm3
~2.3 g/cm3
2.69 g/cm3
2.36 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
Phosphor wurde 1669 von H. Brand bei der Suche nach dem Stein der Weisen entdeckt. Er dampfte dabei Urin bis zur Trockene ein und glühte den Rückstand unter Luftabschluss. Das entstandene Produkt leuchtete im Dunkeln. Von diesem Leuchten leitet sich auch der Name des Elements ab (griech. phosphorus = Lichtträger). Das Leuchten dieses Produkts entstand durch Reduktion des im Urin enthaltenen Natriumammoniumhydrogenphosphats, NaNH4HPO4, mit dem beim Glühen entstandenen Kohlenstoff zu weißem Phosphor, P4.
Vorkommen

Aufgrund seiner starken Affinität zu Sauerstoff kommt Phosphor in der Natur nie gediegen vor, sondern immer nur in Form von Phosphaten (sowohl in der Lithosphäre als auch in der Biosphäre). Die wichtigsten mineralischen Quellen sind Apatit, 3Ca3(PO4)2Ca(OH,Cl,F)2, und Phosphorit, Ca3(PO4)2. Weiters weisen manche Eisenerze höhere Phosphatanteile auf, was bei der Eisengewinnung aus phosphatreichen Erzen als Thomasmehl anfällt (Thomasmehl ist eine Mischung aus Ca-Silico-Phosphat, Ca3(PO4)2Ca2SiO4, und 15% P2O5 und 5% CaO). In neuerer Zeit hat Monazit (ein Mischphosphat von Seltenen Erden) eine stärkere Bedeutung bekommen - aber nicht wegen des Phosphatanteils, sondern weger der Seltenen Erden.

In der Biosphäre kommt Phosphor zum einen in den Knochen als Hydroxyapatit, 3Ca3(PO4)2Ca(OH)2, und zum anderen als Phosphorsäureester in ATP (Adenosintriphosphat) und den Nukleotiden (Erbinformationen). Der Mensch enthält durchschnittlich ca. 700 g Phosphor, von dem täglich ca. 1 g neu zugeführt werden müssen.

Elementarer weißer Phosphor. Foto: Wikipedia, User BXXXD
Eine weitere wichtige Quelle ist Guano, ein phosphathaltiger Dünger, der sich aus Vogelexkrementen auf bestimmenten Inseln (z.B. Nauru im Pazifik) über Jahrmillionen angehäuft hat.

Gewinnung und Darstellung
Technisch wird primär weißer Phosphor (siehe unten) hergestellt, alle anderen Modifikationen des Phosphors werden aus weißem Phosphor gewonnen. Die Darstellung von weißem Phosphor erfolgt durch Umsetzung von Apatit mit Koks und Quarz in einem elektrischen Lichbogenofen bei 1500°C. Dabei wird das Calcium durch den Quarz als Silikatschlacke gebunden, während der Phosphor mit Koks zu elementarem Phosphor, P2, reduziert wird. Der entstehende Phosphordampf dimerisiert beim Abkühlen zu weißem Phosphor, P4, der durch Destillation gereinigt und in Stangen gegossen wird.
Eigenschaften

Phosphor kommt in 5 Modifikationen vor: weißer, roter (amorpher), schwarzer, violetter und fasriger Phosphor. Während weißer Phosphor stark giftig ist, sind die anderen Phosphormodifikationen ungiftig.

Weißer Phosphor zeigt eine weiße bis gelbliche Farbe, ist wachsartig und in reiner Form glasklar und durchsichtig. Weißer Phosphor ist in Wasser nahezu unlöslich und kann deshalb in Wasser aufbewahrt werden (das darüberstehende Wasser ist aber dennoch giftig!). Fein verteilter weißer Phosphor entzündet sich an der Luft spontan und verbrennt zu Diphosphorpentoxid, P2O5. Weißer Phosphor erzeugt in Kontakt mit Haut schwere Verbrennungen und sehr schlecht heilende Wunden.

Elementarer roter Phosphor. Foto: Wikimedia Commons, user "Tomihahndorf"

Roter Phosphor entsteht durch Erwärmung von weißem Phosphor unter Luftabschluss auf 450°C. Dabei polymerisiert der weiße Phosphor unter Wärmeabgabe zu Pn, es entsteht ein violett-roter Kuchen, der zermahlen wird und durch Kochen mit NaOH vom restlichen weißen Phosphor befreit wird. Roter Phosphor ist amorph, er baut sich aus Phosphor-Röhren auf, die teilweise überbrückt sind. Roter Phosphor ist ungiftig.

Schwarzer Phosphor ist kristallin und entsteht entweder durch Anwendung sehr hoher Drücke (100000 bar) auf weißen Phosphor, oder durch Erhitzen von weißem Phosphor in Gegenwart von Quecksilber als Katalysator und Impfkristallen von schwarzem Phosphor. Der schwarze Phosphor ist halbleitend und schichtförmig aufgebaut.

Violetter Phosphor ("Hittorf'scher Phosphor") entsteht durch sehr langes Erhitzen (10-14 Tage) von weißem Phosphor auf über 550°C. Violetter Phosphor ist kristallin und wie Glimmer spaltbar. Violetter Phosphor ist die im Temperaturbereich 550° bis 620° thermodynamisch stabile Modifikation; er sublimiert bei 620°C unter Bildung gasförmigen P4 (die Phosphorpolymere werden als aufgespalten - depolymerisiert).

Faseriger Phosphor entsteht durch langsames Abscheiden aus der Gasphase bei Temperaturen zwischen 500°C und 600°C. Faseriger Phosphor ist triklin und an der Luft stabil. Bei mechanischer Belastung spaltet er in Fasern auf.

Verwendung

Phosphor wird in großem Stil zur Produktion von Phosphorsäure, Pentanatriumtriphosphat (Waschmittel) und verschiedenen Phosphaten (Kalium, Natrium, Ammonium, Calcium) für Düngemittel eingesetzt. Weiters ist Phosphor in den Reibflächen von Zündhölzern enthalten.


(1) Die Dichte von rotem Phosphor kann nicht exakt angegeben werden, da sie von den Erzeugungsbedingungen abhängt.


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Last Update: 2013-08-08