Phosphorsäure

Autor: Hans Lohninger

Eigenschaften

Phosphorsäure, H₃PO₄, wird manchmal auch als ortho-Phosphorsäure bezeichnet, um sie von anderen, kondensierten Formen der Phosphorsäure zu unterscheiden. Reine, wasserfreie Phosphorsäure bildet klare hygroskopische Kristalle, die bei ca. 42 °C schmelzen. Die Phosphorsäure aus dem Chemikalienhandel ist im allgemeinen eine 85%ige wässrige Lösung, die sirupartig viskos ist. Die Viskosität rührt von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Sauerstoffatomen der Phosphorsäure her. Konzentrierte Phosphorsäure ist ätzend, aber ungiftig.

Erhitzt man Phosphorsäure so kondensiert diese unter Wasserabspaltung zu Diphosphorsäure: 2 H₃PO₄ H₄P₂O₇ + H₂O. Bei weiterer Temperaturerhöhung bilden sich letztendlich langkettige und verzweigte Polyphosphorsäuren mit folgenden Strukturelementen:

Links: lineare Polyphosphorsäure, rechts: Ausschnitt aus einer verzweigten Polyphosphorsäure

Lässt man Polyphosphorsäuren längere Zeit in Wasser stehen, so hydrolysieren sie wieder zu ortho-Phosphorsäure.

Darstellung

Phosphorsäure kann technisch auf zwei Wegen erzeugt werden:

Nasser Aufschluss von Apatit durch Schwefelsäure: Dabei wird Calciumphosphat aus Apatit mit Schwefelsäure bei 80 bis 95°C gelöst:

Ca₃(PO₄)₂ + 3 H₂SO₄ 3 CaSO₄ + 2 H₃PO₄

Das anfallende Calciumsulfat wird abfiltriert, die verbleibende Phosphorsäurelösung (30-50%ig) ist mit einer Vielzahl von Ionen verunreinigt (Arsen, Kupfer, Eisen, Magnesium, Aluminium, Sulfat und Fluorid), die ausgefällt werden. Alternativ kann die Phosphorsäure durch Extaktion mit Lösungsmitteln gereinigt werden.

Auflösung von Phosphorpentoxid in Wasser: Der aus Apatit gewonnene weiße Phosphor wird mit Luft zu Phosphorpentoxid verbrannt und in niedrig konzentrierter Phosphorsäure absorbiert. Die dadurch ansteigende Konzentration der Phosphorsäure wird durch Zugabe von Wasser ausgeglichen, so dass man 85%ige Phosphorsäure erhält. Die auf diesem Weg hergestellte Phosphorsäure ist zeimlich rein und muss nur noch vom enthaltenen Arsen (H₃AsO₃) durch Ausfällen mit Schwefelwasserstoff gereinigt werden.

Verwendung

Phosphorsäure dient zur Herstellung von Phosphatdünger, als Enthärter in Waschmitteln (siehe Wasserhärte), als Rostentferner und Rostumwandler und als Korrosionsschutz von Eisen (Phosphatierung von Eisen). Weiters wird Phosphorsäure in der Lebensmittelindustrie als Konservierungs- und Säuerungsmittel (E338) eingesetzt.