Phosphor

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Unterabschnitte

Phosphor

Darstellung

Phosphor kann man aus Calciumphosphat gewinnen:

$\begin{displaymath}2Ca_{3}(PO_{4})_{2}+6SiO_{2}+10C\longrightarrow 6CaSiO_{3}+10CO+P_{4}\end{displaymath}$

Modifikationen

Phosphor existiert in vielen unterschiedlichen Modifiaktionen:

Modifikation	Beschreibung
weißer Phosphor	entsteht bei der Kondensation von Phosphordampf, er besteht aus $P_{4}$ -Molekülen, ist sehr reaktiv und giftig, weißer Phosphor ist wachsweich und oxidiert spontan mit dem Luftsauerstoff (dazu später mehr)
roter Phosphor	entsteht beim Erhitzen von weißen Phosphor unter Luftabschluß auf $180-400^{\circ}C$ . Ist ein unregelmäßiges dreidimensionales Netzwerk. Roter Phosphor ist luftstabil und ungiftig. Er wird in Zündhölzern verwendet. Es reagiert erst bei Temperaturen von $300^{\circ}C$ .
violetter Phosphor	entsteht beim weiteren Erwärmen von rotem Phosphor auf $550^{\circ}C$ oder beim Erwärmen von schwarzem Phosphor auf $550^{\circ}C$ . Kristalliert in einer komplizierten Schichtstruktur
Phosphordampf	Bei $620^{\circ}C$ sublimiert Phosphor. Phosphordampf besteht aus $P_{4}$ -Molekülen, die hochreaktiv sind. Durch Abschrecken bekommt man weißen Phosphor.
schwarzer Phosphor	Ist die Hochdruckmodifikation. Herstellung bei $200^{\circ}C$ und oder bei $380^{\circ}C$ unter Anwesenheit von Quecksilber. Er ist ein Halbleiter und stabil bis $550^{\circ}C$ .
rhomboedrischer Phosphor	Entsteht aus schwarzem Phosphor unter . Er kristallisiert rhomboedirsch.
kubischer Phosphor	Entsteht aus rhomboedrischen Phosphor bei .

Leuchten von weißem Phosphor an Luftsauerstoff

Im Dunkeln leuchtet weißer Phosphor. Er reagiert mit dem Luftsauerstoff zu $P_{4}O_{6}$ und sublimiert. Danach reagiert er weiter mit dem Luftsauerstoff zu $P_{4}O_{10}$ . Die entstandene Energie wird nicht in Form von Wärme abgegeben, sondern in Form von Licht. Deshalb leuchtet weißer Phosphor im Dunkeln.

Oxide

$P_{4}O_{6}$ (Phosphor(III)-Oxid):

$\includegraphics*{p4o6.eps}$

$P_{4}O_{10}$ (Phosphor(V)-Oxid):

$\includegraphics*{p4o10.eps}$

Phosphor(V)-Oxid wirkt stark wasserentziehend. Beim Erwärmen bildet es Polymere, die zuerst in Schichten vorhanden sind und danach eine dreidimensionale Struktur haben.

Phosphorsäuren

Phosphinsäure ( $HPH_{2}O_{2}$ ): Oxidationszahl

$\includegraphics*{hph2o2.eps}$

Phosphonsäure ( $H_{2}PHO_{3}$ ): Oxidationszahl

$\includegraphics*{h2pho3.eps}$

Phosphonsäure kann unter Wasserabspaltung Polymere bilden, zum Beispiel die Diphosphonsäure ( $H_{2}P_{2}H_{2}O_{5}$ ):

$\includegraphics*{h2p2h2o5.eps}$

Ortho-Phosphorsäure ( $H_{3}PO_{4}$ ): Oxidationszahl

$\includegraphics*{h3po4.eps}$

Das Phosphation $PO_{4}^{3-}$ ist tetraedisch. Alle Bindungen sind gleichwertig. Dies läßt sich als ein $sp^{3}$ -Hybridorbital mit einer delokalisierten (d-p) $\pi$ -Bindung deuten.
Orthophosphorsäure bildet wieder Polymere, so wie es die Phosphonsäure schon getan hat. Es entstehen Ketten, Verzweigungen und Gitter.
Darstellung: Orthophosphorsäure erhält man, indem man $P_{4}O_{10}$ hydratisiert:

$\includegraphics*{p4o10h2o.eps}$

Darstellung auf nassem Wege:

$\begin{displaymath}Ca_{3}(PO_{4})_{2}+3H_{2}SO_{4}\longrightarrow 3CaSO_{4}+2H_{3}PO_{4}\end{displaymath}$

Orthophosporsäure bildet drei Reihen von Salzen, da sie dreiwertig ist:

Anzahl der	Name	Beispiel
Metallatome
1	Dihydrogenphosphate	$NaH_{2}PO_{4}$
	(primäre Phosphate)
2	Hydrogenphosphate	$CaHPO_{4}$
	(sekundäre Phosphate)
3	Orthophosphate	$Na_{3}PO_{4}$
	(tertiäre Phosphate)

Grund der Bildung von Polymeren beim Phosphor

Anders als Stickstoff verfügt Phosphor über d-Orbitale. Eine (p-d) $\pi$ -Bindung wird vor einer (p-p) $\pi$ -Bindung bevorzugt. Deshalb neigt Phosphor zur Bildung von Polymeren.

Phosphathaltiger Dünger

Zur Düngung wird häufig phosphathaltige Dünger eingesetzt. Natürliches $Ca_{3}(PO_{4})_{2}$ ist unlöslich und muß in eine lösliche Verbindung umgewandelt werden. Dies geschieht mit Schwefelsäure:

$\begin{displaymath}Ca_{3}(PO_{4})_{2}+2H_{2}SO_{4}\rightarrow Ca(H_{2}PO_{4})_{2}+2CaSO_{4}\end{displaymath}$

Diesen Dünger nennt man ,,Superphosphat''.
Calciumcarbonat wird jedoch nicht umgewandelt. Man kann auch dieses Umwandeln, indem man $H_{3}PO_{4}$ als Säure verwendet:

$\begin{displaymath}Ca_{3}(PO_{4})_{2}+4H_{3}PO_{4}\longrightarrow 3Ca(H_{2}PO_{4})_{2}\end{displaymath}$

$\begin{displaymath}CaCO_{3}+2H_{3}PO_{4}\longrightarrow Ca(H_{2}PO_{4})_{2}+CO_{2}+H_{2}O\end{displaymath}$

Halogenverbindungen des Phosphors

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