Phosphor 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 $12kbar$ 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 $84kbar$. Er kristallisiert rhomboedirsch.
kubischer Phosphor Entsteht aus rhomboedrischen Phosphor bei $111kbar$.

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 $+1$

\includegraphics*{hph2o2.eps}
Phosphonsäure ($H_{2}PHO_{3}$): Oxidationszahl $+3$

\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 $+5$

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

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

Phosphor kann mit Halogenen in Verbindung treten. Hierbei k├Ânnen unterschiedliche Anzahlen von Phosphoratomen und Halogenatomen vorkommen.