Phosphor

Phosphor (afleidt von dat greeksche φως-φορος – „lichtdrägend“, wegen dat Lüchten von den witten Phosphor) is en chemisch Element, dat mit dat Teken P afkött warrt un de Atomtall 15 hett. Phosphor höört to de Nichtmetallen un speelt bi all Levwesen en wichtig Rull.

Historie

Phosphor is 1669 von den düütschen Aptheeker un Alchemisten Hennig Brand opdeckt worrn, as he bi sien Söök na den „Steen von de Wiesen“ Urin indampt un op Sand noch mal hitt makt hett. Dorbi geev dat en Rückstand de wegen de Phosphoreszenz gleiht hett. Phosphor is to de Tiet mit Gold opwaagen worrn, obschoonst dat dormals man blots för Nachtdischlampen bruukt weer. Hennig Brand is dör sien Opdecken man nicht riek worrn. He verkööp dat Rezept to’n Herstellen an en Alchemisten, der dormit ’n masse Geld verdeent hett.

De Alchemist weer Dr. Johann Daniel Kraft. He hett dat Herstellen 1677 Robert Boyle wiest. Wegen dat faszineerend Lüchten is de witte Phosphor toeerst as Heelmiddel brukt worrn. Later kreeg dat denn en wichtig Bedüden bi dat Herstellen von Rietstickens. De witte Phosphor is man bös giftig, un dorüm geev dat faken swore Vergiften ünner de Arbeiders.

Vörkommen

In de Natur gifft dat den Phosphor man blots bunnen in chemisch Verbinnen un dat meist in Form von Phosphaten. Phosphor hett ungefäähr en Andeel von 0,11 % an de Eerdkrust. Dat gifft en Reeg von Mineralen, wo Phosphor binnen is. Typisch sünd de Apatite: Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH). Besünners de Fluorapatit un de mit Calciumcarbonat dörsette Phosphorit speelt in groote Rull bi’n Afbo von Phosphor.

Annere Mineralen mit Phosphor sünd t. B.:

Wavellit – Al₃(PO₄)(F,OH) · 5 H₂O
Vivianit – Fe₃(PO₄)₂ · 8 H₂O
Törkis – CuAl₆[(PO₄)(OH₂)]₄ · 4 H₂O

De gröttsten Lagersteden för Phosphor gifft dat in de USA un in Afrika. Weltwiet warrt jedet Johr üm un bi 100 Mio. t Rohphosphaten wunnen. Meist 90 % dorvon warrt to Düngemiddel verarbeidt.

Groot Bedüden hett Phosphor för Levwesen un kummt in ünnerscheedlich Rebeeten bi Deerten un Planten vör. Hydroxylapatit [ Ca₅(PO₄)₃OH ] is t. B. en wichtig Bestanddeel bi’n Opbo von Knoken un Tähn. Phosphorverbinnen sünd aver ok Bestanddeelen von de Nukleinsüürn oder von den Energiedräger ATP.

Egenschoppen

Phosphor is en bannig wannelbar Element, dat Oxidaschoonstallen twüschen -3 un +5 annehmen kann. Disse beiden sünd aver de, de Phosphor an leevsten hett.

Phosphor as Gas

Ünner 1.200 °C bildt Phosphordamp mehrstensdeels P₄-Tetraeder as lüttste Molekülen. Twüschen 1.200 un 2.000 °C liggt de Phosphor denn meist as P₂-Molekülen vör, wobi de Struktur von de Valenzelektronen jüst so as bi’n Stickstoff is. Över 2.000 °C dissozieert de Molekülen denn mit stiegend Temperatur allmählich to atomaren Phosphor.

Modifikatschoonen

Phosphor gifft dat in veer allotrope Modifikatschoonen: witt, root, swatt un vigelett. All disse Modifikatschoonen hebbt ünnerscheedlich Kristallstrukturen un dormit ok ünnerscheedlich Dichten un. Se sünd ok verscheeden bi de cheemsch Reaktschoonen.

Witten Phosphor

De witte Phosphor is de Oort, de sik an’n liechsten verflüchtigt un an’n dullsten reageert. He hett en Dicht von 1,82 g/cm³, en Smöltpunkt von 44,1 °C un een Kaakpunkt von ~280 °C. Bi witten Phosphor schient dat Licht en beten dör und dat sütt so ut as Wass. Wenn de en beten verunreinigt is, warrt he ok as gelen Phosphor betekend, as de denn ok geel schimmert, wenn de ansneden warrt. De kubische witte Phosphor löst sik liecht in Phosphortrichlorid un in Kohlenstoffdisulfid (CS₂) : 100 g Kohlenstoffdisulfid kann mehr as 1 kg witten Phosphor lösen. In Benzol, Ether oder Tetrachlorkohlenstoff löst he sik blots swak.

De kubisch Form (α-Struktur) geiht bi -77 °C in en hexagonale Form (β-Struktur) över. Beid Strukturen un ok lösten Phosphor bildt P₄-Tetraeders mit en Winkel von 60°

Fien verdeelten Phosphor fangt an de Luft von sülvst Füer. Af ungefäähr 50 °C entzündt sik ok gröttere Stücken un verbrennt to Phosphor(V)-oxid. Witt Phosphor mutt dorüm in Water opbewahrt warrn. Brennend Phosphor dröff ok nich mit Water löscht warrn, as Phosphorstoff mit dat Water in fiene Ritzen verdeelt warrn kann, de na dat Drögen denn wedder Füer fangt. An’n besten kummt man den brennend Phosphor mit Sand bi.

An de Luft kann witten Phosphor hellgröön lüchten (Chemolumineszenz). Dat kummt dör den hoogen Dampdruck, de in de Ümgeven för gasförmig P₄ sorgt. Dat oxideert över P₄O₆ to P₄O₁₀:

$\mathrm {P_{4}+3\ O_{2}\rightarrow P_{4}O_{6}}$

$\mathrm {P_{4}O_{6}+2\ O_{2}\rightarrow P_{4}O_{10}}$

Mit Halogenen, Metallen oder Swevel reageert witte Phosphor teemlich dull. Ünner Inwirken von stark Laugen disproportioneert he to Phosphin un Hypophosphit. In Allgemeen’n is Phosphor en stark Reduktschoonsmiddel

Witten Phosphor is bannig giftig: All bi 50 mg blifft en Minsch doot. Dat Gift stört de Eiwitt- un Kohlenhydratsynthese un warrt ok blots lagnsam wedder ut den Liev utscheed. De Doot kummt eerst na fief bit tein Daag.

Witten Phosphor tohopen mit Kautschuk hebbt die Briten in’n Tweeten Weltkrieg in Brandbomben füllt. De backige Kautschuk lett sik slecht wedder afkriegen. Dordör möken disse Bomben ganz schlimme Wunnen.

Dat bi’t Verbrennen entstahne Phosphorpentoxid (P₄O₁₀ oder P₂O₅) is bannig hygroskopsch. Dat bedüüd, dat dat Water antücht. Dorüm entsteiht dorbi ut de Luftfuchtigkeit gau en dichten Nevel ut Phosphorsüür. Phosphor is ok in Nevelgranaten binnen. So welke sünd t. B. ok in’n Irakkrieg von de USA in Falludscha insett worrn, üm de Gegenslüüd ut jümmer Versteken ruttodrieven.

Wegen de sworen Verbrennen, de in de Nöög von de Explosion dorbi entsstahn künnt, is dat Insetten von disse Granaten ümstreden.

Rooten Phosphor

rooten (links) un vigeletten (rechts) Phosphor

As rooten Phosphor betekend man en ganze Reeg von amorphen und kristallinen Oorten von Phosphor mit ünnerscheedlich Dichten twüschen 2,0 un 2,4 g/cm³ un Smöltpunkten twüschen 585 un 610 °C. Allgemeen is de roote Phosphor amorph, lett sik aver dör Wedderkristalliseeren in den monoklinen Hittorfschen Phosphor (vigeletten Phosphor) ümwanneln, de en dreedimensional verknütte polymere Form hett. Rooten Phosphor kriggt man, wenn man denn witten Phosphor in Phosphortribromid kaaken deit. Wunnen warrt de roote Phosphor dör mehrstünnig Ophitten op ungefäähr 360 °C

De Ünnerscheden von de kristallinen Andeele in den rooten Phosphor maakt de ünnerscheedlich Formen von em ut. Dorbi speelt de Koorngrött, de Gitterstruktur un Verunreinigen en Rull, aver ok de Afsättigen von Randgruppen mit Halogenen, Suerstoff oder Hydroxyl-Gruppen.

Roote Phosphor löst sik nich in de üblichen Lösmiddeln. Von dat Reageern her liggt de roote Phosphor twüschen den witten un den swatten, man dorbi is he ehr traach. Dorgegen is de vigelett Phosphor mehr liek den swatten. De Schencksche Phosphor (1902, na Rudolf Schenck) reageert aver wedder veel beter as de „normale“ roote Phosphor.

De roote Phosphor is nich giftig. To’n eersten mal is he von den Österrieker Anton Schrötter von Kristelli beschreven worrn wesen.

Vigeletten Phosphor

Vigelett Phosphor warrt ok as Hittorfschen Phosphor betekend, as he von Johann Wilhelm Hittorf opdeckt worrn is. Vigelett Phosphor entsteiht, wenn man witten Phosphor een bit twee Weken op üm un bi 550 °C hitt maakt. Disse Oort is en Polymer, dat keen Stroom leiden un sik nich in CS₂ lösen deit. Ennd von de 1960er Johren is de Struktur von den vigeletten Phosphor opklaart worrn. Ok disse Form is nich giftig.

Swatten Phosphor

Swatte Phosphor is bi Ruumtemperatur de stabilste Modifikatschoon, de amorph oder dree verscheeden Kristallsturkturen hebben kann. AS swatten Phosphor en Polymer is, lett he sik nich oplösen un brennt un reageert so goot as gor nicht. De Dicht is 2,69 g/cm³. Jüst as de roote Phosphor is ok de swatte dorüm nich giftig.

Dat Kristallgidder von swatten Phosphor beteiht ut opwellte Dubbellaagen, in de de Phosphoratomen liek en Pyramid mit dree annere naverte Atomen in en Winkel von 100 ° bunnen sünd. In disse Form hett Phosphor Egenschoppen von en Halfleider. In fuchtig Luft oxideert de swatte Phosphor en beten sneller as de roote, warrt dorbi aver von en viskos Huut ahn Klöör ut Phosphorsüüren övertogen, so dat denn nich so licht mehr Suerstoff doran kommen kann.

Swatte Phosphor entsteiht bi hoogen Druck ut den witten ode rooten Phosphor un ünnerscheed sik dull von de annern.

Phosphor-Nanosticken

In’n August 2004 hebbt de düütsche Forschers Arno Pfitzner un Helmut Eckert niege Modifikatschoonen von dat wannelbar element funnen un ünnersöcht: De Phosphor-Nanosticken. Bi de beiden Modifikatschoonen sünd de Phosphoratomen in lange Keden opreegt (Polymere).

De rootbrunen Fesen ünnerscheed sik düdlich von den rooten Phosphor. An de Luft künnt de Nanostickens in drögen Tostand en poor Weken stabil blieven. Ünner’n Elektronenmikroskop seht se ut as lang, parallel utrichte lütte Stickens mit en Quersnitt von ~0,34 nm btw. 0,47 nm.

Verwennen

Witten Phosphor warrt to’n gröttsten Deel (80 %) to Phosphor(V)-oxid verbrennt, wat as Utgangsstoff brutk warrt för Phosphorsüür un ünnerscheedlich Phospaten. Dat Oxid hett aver ok en groot Bedüden as Middel to’n Drögen, as dat de beste Stoff is, üm Water to binnen. En annern Deel warrt wieter verarbeidt to Phosphortrichlorid (PCl₃) un Phosphorpentasulfid (P₄S₁₀). Disse Stoffen warrt brukt to’n Produzeeren von verscheeden Saken, as Flammschutzmiddel, Weekmaker un Plantenschutzzmiddel.

Roote Phosphor warrt in de Herstellen von Rietstickens brukt. Hört sik komisch an, aver fien verdeelt warrt rooten Phosphor ok as Flammschutz in Kunststoffen (t. B. Polyamid) mischt. Bi’t Verbrennen von den Phosphor warrt dorut tohopen mit Suerstoff un Fuchtigkeit ut de Luft en verkohlte Schicht, de de Flamemn nix anhebben kann.

Direkt ut dat Calciumphosphat warrt de as Düngemiddel brukten Phosphaten wunnen, indem dat mit Swevelsüür opsloten warrt. Dorbi entsteiht dat so nöömte Superphosphat. För dissen Vörgang warrt üm un bi 60 % von de weltwiet produzeerte Swevelsüür verbrukt.

Phosphor warrt ok bi dat Militär för Nevel- oder Brandmunitschooon brukt. För dat letzere is dat vör allen de witte Phosphor. Bi Nevelmunitschoon warrt hüüt mehr de roote Phosphor tosamen mit Oxidatschoonsmiddeln un Brennstoffen ut Metall brukt, as de nich so gefäährlich is.

Bit in de 1980er Johren weer ok noch in Scholen mit witten Phosphor experimenteert. To is dat aver verboden worrn wegen de Gesundheit. Hüüt dröff in Scholen blots noch mit den rooten Phosphor hanteert warrn.

Biologsch Bedüden

Phosphorverbinnen sünd levenswichtig för all Levwesen op de Eer. Se sünd Bestanddeel von de Genen, de bestimmt, woans en Liev opbot is, nipp un nau sünd se Deel von de DNA- un RNA-Molekülen. Annere Verbinnen sünd Deel von dat ATP, wat as Energiedräger un Drievstoff bi’n Stoffwessel en Rull speelt.

Dorneven is Hydroxylapatit en Hööftbestanddeel von dat Gerüst, worut de Knaken un de Tähnen maakt sünd. De Liev von en Minschen mit 70 kg Gewicht bargt üm un bi 700 mg Phosphor, wovon wedder 600 mg fast in de Knoken inbot sünd.

An’n Dag schall en utwossen Minsch ungefäähr 750 mg Phosphor to sik nehmen. Phosphorverbinnen gifft dat rieklich in Melkprodukten, Fisch, Fleesch und Broot.

Nawies

Spektroskopie

De beste Mööglichkeit för de Phosphornawies is de ³¹P-NMR-Spektroskopie. ³¹P is neemlich dat eenzig in de Natur vörkommende Isotop von Phosphor un hett en Kernspin-Quantentall von ½. Gegenöver den Waterstoff is de relativ Fienföhligkeit blots 6,6 %. Dat Resonanzrebeet is ungefäähr 700 ppm (P₄ hett en Verschuven von -488 ppm). As Standard warrt allgemeen 85%ig Phosphorsüür brukt.

Phosphor is en Spin-½-Karn, dorüm kann man de Spektren goot utwerten. Wenn de Waterstoff tosettlich entkoppelt is, gifft dat normalerwies en scharp Signal. De Verschuven von den Phosphor hingt af von de bunnen Atomen. Dormit kann man bekannte Verbinnen teemlich goot rutfinnen. Bi unbekannte Verbinnen kann man nich so veel utseggen.

Cheemsch Nawies

De cheemsch von Phosphor geiht över dat Phosphat (nipp nu nau över dat Ortho-Phosphat PO₄^3-). Bunnen Phosphor warrt dorför – wenn nödig – eerst opslaten un in Phosphat överföhrt.

För den qualitativen Nawies, wo dat blots dorüm geiht, ob överhööft Phosphor dor is, gifft dat en Nawiesreakschoon mit Ammoniummolybdat. In suer Lösen entsteiht dorbi en gelen Nedderslag ut Ammoniummolybdophosphat:

$\mathrm {H_{2}PO_{4}^{-}+12MoO_{4}^{2-}+22H^{+}+3NH_{4}^{+}\rightarrow (NH_{4})_{3}[P(Mo_{3}O_{10})_{4}]} +12H_{2}O$

In alkalisch Ammoniaklösen mit Magnesium-Ionen fallt Phosphat as Magnesiumammoniumphosphat ut:

$\mathrm {PO_{4}^{3-}+Mg^{2+}+NH_{3}+H_{2}O\rightarrow MgNH_{4}PO_{4}} +OH^{-}$

De Nawies geiht aver ok in Form von Zirkonhydrogenphosphat:

$\mathrm {2H_{3}PO_{4}+ZrOCl_{2}\rightarrow Zr(HPO_{4})_{2}} *H_{2}O+2HCl$

Historsch is de Mitscherlich Proov för den Nawies von witten Phosphor intressant, wenn de Verdacht von een Vergiften bestünn. Dorför weer de Inholt von’n Magen mit Water hitt maakt. De witte Phosphor verflücht sik denn mit den Waterdamp. Denn kondenseert he wedder un fangt bi Kontakt mit den Suerstoff in de Luft dat Lüchten an (Chemolumineszenz).

De quantitative Nawies geiht op twee Oorten: Bi de gravimetrisch Bestimmen kann ut Phosphat un Molybdän-Ionen en geel Molybdophosphation bildt warrn, dat tohopen mit 8-Hydroxychinolin en swor to lösen Nedderslag maakt. Da warrt denn bi 160 °C drögt un wagen, wenn keen Water mehr binnen is. In den Nedderslag is man blots 1,37 % Phosphor – dormit kann een also jüst ok lütte Mengden von Phosphat goot nawiesen.

Bi de volumetrisch Bestimmen warrt dat Phosphat mit La³⁺- oder Bi³⁺-Maatlösen utfällt un dorna mit EDTA trüchtitreert.

Verbinnen

Wieldat Phosphor bannig verscheeden wesen kann, gifft dat ok bannig veel Verbinnen, de Phosphor bargt. De wichtigsten Mineralen sünd Hydroxylapatit un Fluorapatit. Mit Swevel verbinnt sik Phosphor to de Phosphorsulfiden un mit de Halogenen gifft dat de Phosphorfluoriden, -chloriden, -bromiden un -iodiden.

Phosphor verbinnt sik ok mit Stickstoff. Dor gifft dat de Phosphornitriden un de Phosphorylnitriden, de aver ok Suerstoff bargt. Mit den Suerstoff geiht Phosphor ok en ganze Reeg von Verbinnen in, t. B.:

Disse Verbinnen hebt Verbinnen, de liek sünd as bi dat Adamantan, also en lieke Molekülstruktur opwiest as en Demant.

Dorvon leidt sik de Suerstoffsüüren af mit de dorto höörend Solten:

Oxidatschoonstostand	Struktur	Süüren	Solten
Phosphor(I)	H₂PO(OH)	Phosphinsüür	Phosphinaten
Phosphor(III)	HPO(OH)₂	Phosphonsüür	Phosphonaten
Phosphor(V)	PO(OH)₃	ortho-Phosphorsüür	Phosphaten
Phosphor(V)	PO(OH)₂(O-OH)	Peroxophosphorsüür	Peroxophosphaten

Disse Süüren warrt ok Monosüüren nöömt, wieldat dor blots een Phosphoratom binnen is. Man dat gifft ok Süüren mit twee Phosphoratomen:

Oxidatschoonstostand	Struktur	Süüren	Solten
Phosphor(II)	POH(OH)-POH(OH)	Hypodiphosphonsüür	Hypodiphosphonaten
Phosphor(III)	POH(OH)-O-POH(OH)	Diphosphonsüür	Diphosphonaten
Phosphor(IV)	PO(OH)₂-PO(OH)₂	Hypodiphosphorsüür	Hypodiphosphaten
Phosphor(V)	PO(OH)₂-O-PO(OH)₂	Diphosphorsüür	Diphosphaten
Phosphor(V)	PO(OH)₂-O-O-PO(OH)₂	Peroxodiphosphorsüür	Peroxodiphosphaten

Verbinnen von Phosphor mit dree navert Waterstoffatomen warrt as Phosphanen betekend. De ole Beteken Phosphinen passt hüüt nich mehr to de Naamsregeln von de IUPAC, warrt aver in de Literatur noch mehrsteldeels verwennt (sünners in de angelsass’schen). In de Verbinnen kann de Waterstoff ok dör orgaansch Gruppen (Funktschoonelle Gruppe) uttuuscht wesen. Disse Grupp mutt aver mit dat Kohlenstoffatom direkt an dat Phosphor bunnen wesen, also in de Reeg R₁-P-C-R₂. Sitt dor noch en Suerstoffatom twüschen, also in de Reeg R₁-P-O-C-R₂, snackt man von Phosphiten.