Phosphorsäure

Wichtige Fakten zur Phosphorsäure

• wird auch ortho - Phosphorsäure genannt
• ist eine Säure des Elements Phosphor
• Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure, sie gibt ihre Protonen ( H⁺ ) in drei Stufen an Wassermoleküle ab
• ist ein farbloser Feststoff, mit Wasser versetzt jedoch eine Flüssigkeit
• gehört zu den mittelstarken Säuren

Eigenschaften der Phosphorsäure

Die Eigenschaften der Säure lassen sich in Physikalische und Chemische untergliedern. Hier eine kurze Übersicht:

physikalische Eigenschaften der Phosphorsäure

• molare Masse: 98 mol/l
• Dichte: 1,87 g/cm³
• Schmelztemperatur: 42,4 °C, Phosphorsäure schmilzt zu einer Flüssigkeit
• Siedetemperatur: 213°C, Kristallbildung unter Wasserabspaltung
• Elektrizität: elektrisch gut leitfähig

chemische Eigenschaften der Phosphorsäure

• Aussehen: farbloser Feststoff, mit Wasser versetzt jedoch eine Flüssigkeit

• pH-Wert: 1,63

• Säurekonstante: pKs-Wert: Da Phosphorsäure ihre Protonen ( H⁺ ) in drei Stufen an Wassermoleküle abgibt, hat die Säure auch drei verschiedene pKs-Werte:

  1. pKs₁ = 2,16

  2. pKs₂ = 7,21

  3. pKs₃ = 12,32

• Löslichkeit: vollständig in Wasser löslich

• im Labor: hauptsächlich mit einer Konzentration von 85% vorhanden

Aufbau der Phosphorsäure nach der Lewis Formel

Abb. 2: Phosphorsäure Lewis Formel

Phosphorsäure hat die Summenformel . Sie ist eine Säure des Elements Phosphor. Erkennen kannst du das an dem Phosphoratom ( P ), das an die Säuregruppe ( COOH ) gebunden ist.

Herstellung der Phosphorsäure

Die Phosphorsäure kannst du auf zwei unterschiedliche Weisen gewinnen:

Herstellung aus dem Rohphosphat Apatit:

Um Phosphorsäure aus dem Mineral Apatit zu gewinnen, muss dieses erst einmal aufgebreitet werden. Dazu gibst du das Apatit zu schäumenden Chemikalien hinzu. Diese treiben bestimmte Bestandteile in Gasblasen angelagert nach oben (Flotation). So wird das Mineral zuerst konzentriert. Danach versetzt du es mit Schwefelsäure ( ). Alternativ zur Schwefelsäure kann auch Salzsäure oder Salpetersäure verwendet werden.

Apatit und Schwefelsäure reagieren zu Calciumsulfat und Phosphorsäure

Herstellung aus dem Element Phosphor:

Da die Säure aus dem Element Phosphor besteht, kannst auch mithilfe des chemischen Elements P Phosphorsäure herstellen. Dafür kannst du sowohl weißen, als auch roten Phosphor verwenden.

Hierbei wird Phosphor in einer Glasglocke, die in einem Wasserbehälter steht, verbrannt. Hierbei bildet sich in einer Reaktion mit Sauerstoff ein weißer Nebel - das Phosphor (V) - oxid ( ):

Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphor (V) - oxid

Durch anschließende Protolyse erhältst die P - Säure:

Phosphor (V) - oxid und Wasser bildet Phosphorsäure, auch thermische Phosphorsäure genannt

Versetzt du das Wasser in dem Wasserbehälter mit einer Universalindikatorlösung, kannst du die Bildung der Säure an der Rotfärbung der Lösung beobachten. Gleichzeitig steigt auch der Wasserspiegel in der Glocke an, weil bei der Verbrennung von Phosphor Luftsauerstoff verbraucht wird.

Wofür wird Phosphorsäure verwendet?

Hier ein Überblick über die verschiedenen Einsatzbereiche:

• Phosphorsäure dient als Ausgangsstoff zur Herstellung phosphorhaltiger Düngemittel

• die Säure kommt auch bei der Herstellung von Waschmittel und Rostentfernern in den Einsatz

• Außerdem wird es als Legierungszusatz bei Eisen und Zink als Schutz gegen Korrosion verwendet

• Sie eignet sich auch zur Herstellung von Pufferlösungen ( verschiedene "Phosphatpuffer")

• In der Lebensmittelindustrie wird sie, trotz der ätzenden Wirkung bei hohen Konzentrationen, als Konservierungsmittel, Säuremittel und als Säureregulator eingesetzt

Reaktionen und Gleichungen mit Phosphorsäure

Phosphorsäure kann verschiedene Arten von Reaktionen und Gleichungen eingehen. Erfahre jetzt genauer, welche das sind.

Protolysereaktion mit Ammoniak

Die Säure kann sogenannte Protolysereaktionen eingehen. Bei der Protolyse werden Protonen ( H⁺ ) von einem Reaktionspartner auf den Anderen übertragen. Bei diesem Beispiel reagiert H₃PO₄ mit Ammoniak ( NH₃ ). Dabei überträgt die Säure des Phosphors ein Proton auf die Base Ammoniak. Es entsteht das Dihydrogenphosphat-Ion und das Ammonium-Ion.

Die Protolysegleichung sieht dann wie folgt aus:

Phosphorsäure reagiert mit Ammoniak zu einem Dihydrogenphosphat-Ion und einem Ammonium-Ion

Dissoziationsgleichung

Wie du bereits erfahren hast, gibt die P - Säure ihre Protonen ( H⁺ ) in drei Stufen an Wassermoleküle ab. Dieser Vorgang wird Dissoziation genannt. Allgemein gesagt verstehst du unter diesem Begriff die Aufspaltung chemischer Verbindungen in kleine Bausteine wie beispielsweise Ionen. Bei Säuren werden zusätzlich zu den Ionen auch Protonen abgegeben (Deprotonierung).

Aus dem Verfahren der Dissoziation lässt sich auch eine Dissoziationsgleichungen ableiten. Diese sieht bei der Phosphorsäure dann folgendermaßen aus:

1. Schritt: Bildung des Dihydrogenphosphat - Ions ( )

2. Schritt: Bildung des Hydrogenphosphat-Ions ( )

3. Schritt: Bildung des Phosphat - Ions ( )

Die Salze der Phosphorsäure

Die deprotonierten Salze der Phosphorsäure sind die Phosphate: Phosphat ( ), Hydrogenphosphat ( ) und Dihydrogenphosphat ( H₂PO₄⁻ ).

Diese Phosphate findest du auch in deinem Körper - deine Knochen enthalten Calciumphosphat. Phosphate sind aber auch wichtige Nährstoffe für die Pflanzen im Boden.

Werden Phosphate mit Natronlauge neutralisiert erhältst du Natriumdihydrogenphosphat. Die Reaktionsgleichung würde dann so aussehen:

Phosphorsäure reagiert mit Natronlauge zu Natriumdihydrogenphosphat und Wasser

Gefahren der Phosphorsäure

Beim Arbeiten mit dieser Säure musst du eine angemessene Schutzbekleidung bestehend aus Schutzbrille, Schutzhandschuhe und Schutzkleidung tragen. Dies lässt sich unter Anderem erklären, dass warme und geschmolzene Phosphorsäure fast genauso aggressiv ist wie konzentrierte Schwefelsäure. Ein weiterer Grund dafür ist, dass die Säure bei hohen Konzentrationen ( ab ca. 90% ) eine ätzende Wirkung hat.

Mit diesen zwei genannten Ausnahmen sind keine gefährlichen Gesundheitsschäden beim Kontakt mit P - Säure zu beobachten.