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Orthophosphorsäure

Orthophosphorsäure, H3PO4, ist eine der wichtigsten und am längsten bekanntesten Phosphor-Verbindungen.

Darstellung: Die technische Herstellung von Phosphorsäure erfolgt überwiegend aus den natürlich vorkommenden Apatiten, Ca5(PO4)3(F,OH,Cl), durch nassen oder trockenen Aufschluss (Aufschluss Phosphorsäure bzw. thermische Phosphorsäure): Bei der Darstellung auf nassem Wege findet der Aufschluss des Calciumphosphats mit Schwefelsäure bei 80-95 °C statt:

Ca3(PO4)2+ 3H2SO4 3CaSO4+ 2H3PO4

Das je nach Verfahren als Gips, CaSO4 · 2H2O, oder Hemihydrat, CaSO4 · ½ H2O, anfallende Calciumsulfat wird abfiltriert und die zurückbleibende 30-50 %ige Phosphorsäure auf bis zu 70 % konzentriert. Die Rohsäure lässt sich durch Fällung störender Ionen und Extraktion mit Lösungsmitteln, wie Methanol, Butanol o.ä. ggf. bis zur Lebensmittelqualität (Bestandteil von Limonaden, Cola, Malzbier) reinigen.

Thermische Phosphorsäure entsteht über die Verbrennung des aus Apatiten gewonnenen weißen Phosphors mit Luftüberschuss zu Phosphorpentoxid, P4O10, und dessen Umsetzung mit Wasser oder verdünnter Phosphorsäure. Durch kontinuierliche Wasserzugabe wird so eine etwa 85%ige, relativ saubere Phosphorsäure erhalten. Ca. 90 % des erzeugten, weißen Phosphors werden auf diesem Wege zu thermischer Phosphorsäure weiterverarbeitet.

Orthophosphorsäure bildet farblose, wasserklare, geruchlose, in Wasser leicht lösliche Kristalle (Schmelzpunkt: 42 °C). Geschmolzene H3PO4 besitzt ionische Leitfähigkeit, die auf eine Eigendissoziation zurückzuführen ist:

2H3PO4 H4PO4++ H2PO42

Die handelsübliche 85%ige Säure ist stark sirupös. Die hohe Viskosität lässt sich über die Ausbildung intermolekularer Wasserstoff-Brücken zwischen den Sauerstoff-Atom der H3PO4-Moleküle erklären.

H3PO4 ist eine mittelstarke, dreibasige Säure und bildet dementsprechend drei Reihen von Salzen:

  • primäre Phosphate (Dihydrogenphosphate), H2PO4
  • sekundäre Phosphate (Hydrogenphosphate), HPO42
  • tertiäre Phosphate (Phosphate), PO43