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Phosphor

Phosphate

Wässrige Lösungen von primären Phosphaten reagieren schwach sauer (pH = 4,5), von sekundären Phosphaten schwach basisch (pH = 9,5) und von tertiären Phosphaten stark basisch. Letztere sind nur in stark alkalischer Lösung ohne Hydrolyselösbar, in Wasser erfolgt weitgehende Hydrolyse zum Hydrogenphosphat:

PO43+ H2O HPO42+ OH

Auf Grund der Dissoziationsgleichgewichte zwischen Phosphorsäure, Dihydrogenphosphat, Hydrogenphosphat und Phosphat bilden Mischungen primärer und sekundärer Phosphate gute Puffersysteme für den pH-Bereich 6-8.

Mit wenigen Ausnahmen sind bei den Phosphaten nur die Alkalisalze in Wasser löslich. Alle natürlich vorkommenden Phosphate gehören zur Gruppe der tertiären Phosphate.

Beim Glühen gehen primäre Phosphate durch intermolekulare Wasserabspaltung (Kondensation) über die Stufe der Diphosphate, H2P2O72, in Oligo-, Poly- und Cyclophosphate, (PO3-)n über:

2H2PO4 H2P2O72+ H2O

Sekundäre Phosphate bilden beim Erhitzen lediglich Diphosphate (Pyrophosphate):

2HPO42 P2O74+ H2O
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Molekülansicht
Abb.1
Strukturformel

Von besonderer technischer Bedeutung unter den Phosphaten sind vor allem die Natrium-, Kalium-, Ammonium- und Calciumsalze. Natriumphosphate lassen sich durch Zugabe von Phosphorsäure zu Soda-Lösung, Na2CO3, oder Natronlauge, NaOH, gewinnen. Auf analogem Wege sind auch die teureren Kalium-Verbindungen darstellbar, die Ammoniumphosphate aus Phosphorsäure und Ammoniak. Calciumphosphate werden über die Umsetzung von Calciumoxid, CaO, (durch Kalkbrennen zugänglich) und Phosphorsäure erhalten. Einen Überblick über die Anwendungsgebiete einiger Phosphate gibt :

Tab.1
Anwendungen ausgewählter Phosphate
Phosphor-VerbindungAnwendung
Na3PO4 Bestandteil von Metallreinigern, Farbbeizen, Fettlösern
Na2HPO4 Emulgator/Stabilisator in Lebens- und Futtermitteln (Käse, Milchpulver, Fleisch, Stärke, Puddingpulver, Mehlspeisenprodukte)
NaH2PO4 Phosphatierung von Stahloberflächen, pH-Regulierung von Kesselwasser, Bestandteil in Farbgrundierungen
K3PO4 Absorption von Schwefelwasserstoff
K2HPO4 Korrosionshemmer im Autokühlwasser
(NH4)2HPO4/(NH4)H2PO4Düngemittel, Nahrungsergänzung im Tierfutter, Flammschutzmittel (Zusatz in Feuerlöschern, Imprägnierung von Textilien, Papier, Anstrichen)
CaHPO4 Düngemittel, Nahrungsergänzung im Tierfutter, Putzmittel, Säuerungsmittel in Backpulver
Ca(H2PO4)2/Ca3(PO4)2Düngemittel, Zusatz zur Verbesserung der Streufähigkeit von Tafelsalz, Zucker, Backpulver
Abb.2
Phosphat im Waschmittel
Abb.3
Phosphat und Phosphonat in Spülmaschinentabs

Wie bei der Phosphonsäure spielen auch bei der Phosphorsäure die organischen Derivate in der Technik eine große Rolle. Insbesondere die Phosphorsäureester, u.a. OP(OR)3, finden vielfältige Anwendung, z.B. als flammenhemmende Weichmacher in Kunststoffen, als Entschäumer in der Papierindustrie, als Hydraulikflüssigkeit sowie als Extraktionsmittel.

Weitere Gruppen von Phosphorsäure-Derivaten ergeben sich durch den formalen Ersatz von ein, zwei oder allen drei OH-Gruppen der Phosphorsäure durch Halogenatome oder Amino-Gruppen, z.B. die Halogenophosphorsäuren, OP(OH)2X und OP(OH)X2 (X = Halogen) , die Phosphorsäureamide, OP(OH)3-n(NH2)n, oder bei Austausch einzelner oder aller Sauerstoff-Atome gegen Schwefel-Atome die Thiophosphorsäuren. Als technisch bedeutsame Verbindungen seien dabei das vielseitig als nichtwässriges Lösungsmittel verwendete Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPT), OP(N(CH3)2)3, sowie die unter der Bezeichnung E 605 als Kontaktinsektizide bekannten Ester der Monothiophosphorsäure, H3PO3S, erwähnt. Ester der Dithiophosphorsäure werden als Schmieröladditive und Flotationsmittel eingesetzt.

Zu den charakteristischen Eigenschaften von Monophosphorsäure, H3PO4, und primären Phosphaten, H2PO4, zählt deren Tendenz, sich beim Erhitzen unter intermolekularer Wasserabspaltung über die Stufe der Diphosphorsäure (Pyrophosphorsäure), H4P2O7, bzw. Diphosphate in kettenförmige Oligo- und Polyphosphorsäuren und -phosphate umzuwandeln. Neben der intermolekularen Kondensation führt eine intramolekulare Wasser-Abspaltung zur Bildung ringförmiger Cyclophosphate (Metaphosphate), kettenverzweigende Kondensationen zu hochmolekularen Ultraphosphaten. Formales Endprodukt aller Kondensationen ist polymeres Phosphorpentoxid, P2O5. Strukturell erfolgt in allen höheren Phosphorsäuren und Phosphaten stets eine Eckenverknüpfung über ein oder mehre+re O-Atome der aufbauenden PO4-Tetraeder. Die Anwendungsbereiche einiger Oligo- und Polyphosphate zeigt .

Tab.2
Anwendungen höherer Phosphate
NameFormelAnwendung
Dinatriumdihydrogendiphosphat Na2H2P2O7 · 10H2O Backpulver
Tetranatriumdiphosphat Na4P2O7 Bestandteil von Reinigungsmitteln
Tetrakaliumdiphosphat K4P2O7 Bestandteil von Reinigungsmitteln
Pentanatriumtriphosphat Na5P3O10 Wasserenthärter in Wasch- und Reinigungsmitteln
Höhermolekulare Natriumphosphate NanH2PnO3n+1 Stabilisatoren für Schmelzkäse, Kondensmilch, Brühwürste;Ledergerbung
Graham'sches Salz90 % Polyphosphate 10 % CyclophosphateCalgon®
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