Phosphor                         15P

Abb.: schwarzer Phosphor

 

griech.: phosphoros ("Lichtträger")

   
relative Atommasse: 30,973761
Ordnungszahl: 15
Schmelzpunkt: 44,1
Siedepunkt: 280,5
Oxidationszahlen: 5, 3, -3
Dichte: 1,8232 g/cm³
Härte (Mohs): 1,5-2
Elektronegativität (Pauling): 2,19
Atomradius: 110,5 pm
Elektronenkonfiguration: [Ne]3s23p3

 

Eigenschaften

 

Modifikationen

Weißer Phosphor: Weißer Phosphor entsteht bei der Kondensation von Phosphordampf. Er ist wachsweich, weiß bis gelblich, schmilzt bei 44°C und löst sich in CS2, nicht in H2O. Er ist sehr reaktionsfähig und sehr giftig. Er verbrennt zu P4O10 in feinverteilter Form entzündet er sich an der Luft von selbst. Er wird daher unter Wasser aufbewahrt. Im Dunklen leuchtet weißer Phosphor. Er bildet P4 Tetraeder.

abb. p4 tetraeder

 

Roter Phosphor: Erhitz man weißen Phosphor unter Luftabschluß auf 180-400°C, so wandelt er sich in den polymeren, amorphen roten Phosphor um. Iod beschleunigt die Umwandlung katalytisch. Er besteht aus einem unregelmäßigen, dreidimensionalen Netzwerk, dessen Ordnungszustand von der Temperatur und Temperzeit abhängig. Roter Phosphor ist ungiftig und luftstabil und entzündet sich erst oberhalb von 300°C.

Violetter Phosphor (Hittorfscher Phosphor) entsteht beim Erhitzen von rotem Phosphor auf 550°C, er kristallisiert in einer komplizierten Schichtstruktur.

 

Schwarzer Phosphor ist bei Standarddruck bis 550°C thermodynamisch stabile Modifikation. Er entsteht aus weißem Phosphor bei 200°C und 12bar oder bei 380°C in Gegenwart von Hg als Katalysator. Schwarzer Phosphor zeigt Metallglanz, ist ein elektrischer Halbleiter und reaktionsträge. Es kristallisiert in einer rhombischen Schichtstruktur, die aus Doppelschichten besteht. Oberhalb von 550°C erfolgt Umwandlung in violetten Phosphor, der bis 620°C die stabile Modifikation ist. Bei 620°C sublimiert er bei Normaldruck, bei einem Druck von 49bar schmilzt er. Gas und Schmelze bestehen aus P4-Molekülen.

In Form seiner Phosphorsalze ist der Phosphor ein lebensnotwendiges Spurenelement. Die elementare weiße Phosphor ist jedoch giftig.

 

 

Vorkommen

 

Phosphor steht mit einem Massenanteil von 0,09% der Erdkruste an 12. Stelle der Elementenhäufigkeit. Seine elementare Form lässt sich in der Natur nicht finden. Man kann ihn jedoch aus einer Reihe von Mineralien und Verbindungen gewinnen (wie beispielsweise Apatit). Man findet vor allem in den USA, den ehemaligen GUS-Staaten sowie in China roße Minerallagerstätten.

 

 

Geschichtliches

 

Phosphor wurde vom Hamburger Alchimist Henning Brand (ca. 1630-1710) im Jahre 1669 entdeckt. Er gewann die Substanz durch Destillation von  abgestandenem menschlichem Harn. Dabei erhielt er einen Rückstand der  im Dunkeln leuchtete und hochentzündlich war. Bei der Verbrennung wurde jedoch nur wenig Wärme freigestetz, so dass er die Substanz zunächst  "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) zugeschrieben

abb. henning brand

 

 

Darstellung

 

Phosphor wird aus Calciumphosphat durch Reduktion mit Koks bei 1400°C im Lichtbogenofen hergestellt, wobei der Phosphor als Dampf entweicht und als weißer Phosphor gewonnen wird. Quarzsand wird als Schlackenbildner zugesetzt.

2 Ca(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C → 6 CaSiO3 + 10 CO + P4

 

 

Verwendung

 

Ein großer Teil des weltweit dargestellten Phosphors dient zur Herstellung von Phosphorverbindungen wie beispielsweise die Phosphorsäure. Aus der Phosphorsäure werden anschließend Phosphate für die Düngemittel Industrie hergestellt. Außerdem ist der rote Phosphor in elementarer Form in Zündhölzern enthalten.  
 

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