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Phosphor

Steckbrief

Abb.1
Weißer Phosphor
Abb.2
Roter Phosphor

Elementarer Phosphor kommt in mehreren kristallinen Modifikationen als weißer, violetter und schwarzer Phosphor vor, darüber hinaus existiert eine rote, amorphe Form. Die thermodynamische Stabilität nimmt unter Normalbedingungen in der Reihenfolge P weiss < P rot < P violett < P schwarz zu. Bei Zimmertemperatur und Atmosphärendruck sind weißer, roter und violetter Phosphor metastabil, die Umwandlungsgeschwindigkeit dieser Modifikationen in den thermodynamisch stabilen, schwarzen Phosphor ist jedoch so klein, dass alle Formen nebeneinander auftreten. Oberhalb 550 °C ist der violette, ab 620 °C der weiße Phosphor die stabilste Elementmodifikation.

Weitere Hochdruckmodifikationen des Phosphors sind bekannt.

Modifikationen des Phosphors

Geschichte

Entdeckt wurde das Element Phosphor durch den Alchimisten H. Brand, der 1669 auf der Suche nach einer Möglichkeit zur Umwandlung von Silber in Gold u.a. "goldgelben" Harn zur Trockne eindampfte und den Rückstand unter Luftabschluss glühte. Dabei reduziert der durch Verkohlung organischer Bestandteile entstandene Kohlenstoff das im Harn enthaltene Phosphorsalz Natriumammoniumhydrogenphosphat, NaNH4HPO4, zu weißem, im Dunkeln leuchtenden Phosphor (griechisch: Phosphorus = Lichtträger). Bis zur Entwicklung eines Verfahrens zur Phosphor-Erzeugung durch Erhitzen von Phosphatgestein mit Sand und Kohle im Ofen im Jahr 1867 (später im elektrischen Ofen) war die Brand'sche Methode der einzige Darstellungsweg für elementaren Phosphor.

Reaktionsverhalten

Weißer Phosphor löst sich nicht in Wasser oder Ethanol, dafür gut in Schwefelkohlenstoff (Kohlenstoffdisulfid), CS2, flüssigem Ammoniak, flüssigem Schwefeldioxid und Phosphor(III)-chlorid. Die anderen Phosphor-Modifikationen sind unlöslich in diesen Lösungsmitteln.

Abb.3

Weißer Phosphor ist chemisch sehr reaktionsfähig. In fein verteiltem Zustand entzündet er sich an der Luft bereits bei Zimmertemperatur selbst, in kompakter Form verbrennt er oberhalb 50 °C mit gelblich-weißer, hell leuchtender Flamme und intensiver Wärmeentwicklung zu Phosphor(V)-oxid, P4O10:

P4+ 5O2 P4O10

Auch das bläuliche Leuchten des weißen Phosphors im Dunkeln ist auf die Oxidation von spurenweise abgegebenen P4-Molekülen durch den Luftsauerstoff unter Aussendung von Licht zurückzuführen (Chemolumineszenz).

Wegen seiner großen Affinität zu Sauerstoff ist weißer Phosphor ein starkes Reduktionsmittel: Schwefelsäure wird durch Erwärmen mit Phosphor zu Schwefeldioxid, SO2, Salpetersäure zu Stickoxiden, NOx, reduziert. Aus Salzlösungen leicht reduzierbarer (edler) Metalle, wie Gold, Silber, Blei, Kupfer, werden die Metalle bzw. Metallphosphide, z.B. Kupferphosphid, Cu3P, abgeschieden. Bis auf die Edelgase bildet Phosphor mit allen Elementen binäre Verbindungen; mit den Halogenen, Schwefel und vielen Metallen reagiert weißer Phosphorfi direkt.

In Alkalihydroxidlösungen disproportioniert weißer Phosphor zu Phosphorwasserstoff (Phosphan), PH3, und Hypophosphit, H2PO2 :

P4+ 3OH+ 3H2O PH3+ 3H2PO2

Violetter Phosphor ist, im Gegensatz zum weißen Phosphor, ungiftig und weniger reaktionsfähig. Er entzündet sich erst ab 400 °C an der Luft, leuchtet nicht und schlägt keine Metalle aus Salzlösungen nieder. Schwarzer Phosphor überzieht sich an feuchter Luft mit einer aus Säuren des Phosphors bestehenden Flüssigkeitshaut, die den weiteren Zutritt von Sauerstoff und eine Entzündung hemmt. Violetter und schwarzer Phosphor verhalten sich weitgehend indifferent gegenüber Alkalilaugen. Der rote Phosphor ist bezüglich seiner Reaktivität zwischen dem weißen und dem violetten Phosphor einzuordnen. Hellroter Phosphor entzündet sich schon bei ca. 300 °C, wird merklich bei Zimmertemperatur oxidiert, leuchtet in Ozon-haltiger Luft und löst sich in Alkalihydroxidlösung. Mischungen von rotem Phosphor mit starken Oxidationsmitteln, z.B. Kaliumchlorat, KClO3, neigen bei Verreiben oder Schlag zur Explosion.

1. Schritt

Vorbereitung

2. Schritt

Ein Löffel roter Phosphor...

3. Schritt

...sowie geringe Mengen Kaliumchlorat werden vorsichtig auf einen Amboss gebracht.

4. Schritt

Auf die vorbereitete Mischung wird sorgfältig Filterpapier gelegt.

5. Schritt

Durch einen Hammerschlag reagieren roter Phosphor und Kaliumchlorat unter Feuererscheinung mit einem heftigen Knall.

Abb.
1. Schritt

Vorbereitung

Abb.
2. Schritt

Ein Löffel roter Phosphor...

Abb.
3. Schritt

...sowie geringe Mengen Kaliumchlorat werden vorsichtig auf einen Amboss gebracht.

Abb.
4. Schritt

Auf die vorbereitete Mischung wird sorgfältig Filterpapier gelegt.

Abb.
5. Schritt

Durch einen Hammerschlag reagieren roter Phosphor und Kaliumchlorat unter Feuererscheinung mit einem heftigen Knall.

Abb.4
Film zur Reaktion von rotem Phosphor mit Kaliumchlorat
Gefahrenhinweise:
  • Weißer Phosphor ist sehr giftig! Die tödliche Dosis beim Menschen beträgt ca. 0,1 g.
  • Weißer Phosphor ist sehr oxidationsempfindlich! Er entzündet sich an der Luft leicht selbst! Die Aufbewahrung erfolgt unter Wasser; das über dem Phosphor stehende Wasser ist trotz seines geringen Phosphorgehaltes giftig!
  • Beim Verreiben von rotem Phosphor mit starken Oxidationsmitteln, wie z.B. Kaliumchlorat, KClO3, besteht Explosionsgefahr!

Übungsaufgaben

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