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Phosphorsäure

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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

Phosphorsäure, Strukturformel nach der Lewis Formel, StudySmarterAbb. 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.

Phosphorsäure Apatit und Schwefelsäure reagieren zu Calciumsulfat und Phosphorsäure StudySmarter

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 ( ):

Phosphorsäure Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphor (V) - oxid StudySmarter

Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphor (V) - oxid

Durch anschließende Protolyse erhältst die P - Säure:

Phosphorsäure Reaktion zu Calciumsulfat und Phosphorsäure StudySmarter

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

Du hast Phosphorsäure bestimmt auch schon einmal zu dir genommen. Du fragst dich wie? P - Säure wird in Softdrinks wie Cola als Säuremittel verwendet.

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

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 ( )

Phosphorsäure Bildung des Dihydrogenphosphat - Ions StudySmarter

2. Schritt: Bildung des Hydrogenphosphat-Ions ( )

Phosphorsäure Bildung des Hydrogenphosphat-Ions StudySmarter

3. Schritt: Bildung des Phosphat - Ions ( )

Phosphorsäure Bildung des Phosphat - Ions StudySmarter

In der Chemie werden Gleichgewichtsreaktionen mit einem Doppelpfeil ⇌ gekennzeichnet. Dieser besitzt bei jedem Pfeil jeweils nur eine halbe Spitze. Er wird auch als Gleichgewichtspfeil bezeichnet. Die Hinreaktion verläuft von links nach rechts. Die Rückreaktion von rechts nach links.

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 Phosphorsäure reagiert mit Natronlauge zu Natriumdihydrogenphosphat und Wasser StudySmarter

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.

Phosphorsäure - Das Wichtigste

  • Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure
  • das bedeutet sie gibt ihre Protonen ( H⁺ ) in drei Stufen an Wassermoleküle ab
  • die Säure kann aus dem Rohphosphat Apatit oder dem elementaren Phosphor hergestellt werden:
  • Ca₃ (PO₄)₂ + 3 H₂SO₄ → 3CaSO₄ + 2H₃PO₄ : Apatit Schwefelsäure reagieren zu Calciumsulfat und Phosphorsäure
  • P₄ + 5 O₂ → P₄O₁₀ : Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphor (V) - oxid
  • durch anschließende Protolyse erhältst du die Säure: P₄O₁₀ + 6H₂O → 4 H₃PO₄
  • Phosphorsäure hat unterschiedliche Verwendungszwecke:
  • als Ausgangsstoff zur Herstellung phosphorhaltiger Düngemittel
  • eignet sich auch zur Herstellung von Pufferlösungen ( verschiedene "Phosphatpuffer")
  • in der Lebensmittelindustrie wird sie als Konservierungsmittel, Säuremittel und als Säureregulator eingesetzt, beispielsweise in Cola
  • Mit der Säure kannst du sowohl Protolysereaktionen, als auch Dissoziationsgleichungen aufstellen
  • Protolyse: Übertragung eines Protons von einem Reaktionspartner auf den Anderen
  • Dissoziation: Aufspaltung chemischer Verbindungen in kleine Bestandteile
  • Die Salze der P-Säure werden Phosphate genannt
  • deine Knochen enthalten Calciumphosphat
  • Phosphate können mit Natronlauge neutralisiert werden

Häufig gestellte Fragen zum Thema Phosphorsäure

Phosphorsäure dient als Ausgangsstoff zur Herstellung phosphorhaltiger Düngemittel und eignet sich zur Herstellung von Pufferlösungen.

In der Lebensmittelindustrie wird sie als Konservierungsmittel, Säuremittel und als Säureregulator eingesetzt. Sie ist als Säuremittel zu finden in Cola.

Phosphorsäure wirkt eigentlich ätzend, in niedrigen Konzentrationen wird sie jedoch in der Lebensmittelindustrie als Konservierungs-, und Säuremittel verwendet. Zu finden ist sie in Softdrinks wie Cola.

Die Salze der Phosphorsäure, die Phosphate, sind im menschlichen Körper zu finden - die Knochen enthalten Calciumphosphat. Phosphate sind aber auch wichtige Nährstoffe für die Pflanzen im Boden.

Warme und geschmolzene Phosphorsäure ist fast genauso aggressiv ist wie konzentrierte Schwefelsäure. Bei hohen Konzentrationen ( ab ca. 90% ) hat sie auch eine ätzende Wirkung. Abgesehen davon ist die Säure nicht gesundheitsschädigend.

Finales Phosphorsäure Quiz

Frage

Phosphorsäure ist ...

Antwort anzeigen

Antwort

eine Säure des Elements Phosphor

Frage anzeigen

Frage

Wie kann Phosphorsäure hergestellt werden? 

Nenne beide Möglichkeiten und erkläre eine genauer.

Binde Reaktionsgleichungen ein.

Antwort anzeigen

Antwort

1. Möglichkeit: 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 ( H₂SO₄ ). Alternativ  zur Schwefelsäure kann auch Salzsäure oder Salpetersäure verwendet werden. 


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

Apatit und Schwefelsäure reagieren zu Calciumsulfat und Phosphorsäure


2. Möglichkeit: 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 ( P₄O₁₀ ):

P₄ + 5 O₂ → P₄O₁₀

Phosphor reagiert mit Sauerstoff zu Phosphor (V) - oxid  


Durch anschließende Protolyse erhältst die P - Säure:


P₄O₁₀ + 6H₂O → 4 H₃PO₄

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

Frage anzeigen

Frage

Eigenschaften der Phosphorsäure:

Antwort anzeigen

Antwort

Schmelztemperatur: 42,4 °C, schmilzt zu Flüssigkeit


Frage anzeigen

Frage

Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure.

Erkläre diese Aussage und binde die Auswirkungen auf die Säurekonstante mit ein.

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphorsäure gibt ihre Protonen ( H⁺ ) in drei Stufen an Wassermoleküle ab. Deshalb hat die Säure auch drei verschiedene pKs-Werte:


  1. pKs₁ = 2,16

  2. pKs₂ = 7,21

  3. pKs₃ = 12,32

Frage anzeigen

Frage

Nenne 3 Einsatzbereiche, in denen Phosphorsäure verwendet wird.

Antwort anzeigen

Antwort

  • 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

    • als Säuremittel zu finden in Cola

Frage anzeigen

Frage

Phosphorsäure ist in Softdrinks wie Cola enthalten.

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Antwort

Richtig

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Frage

Stelle die Protolysereaktion mit Ammoniak und Phosphorsäure auf und erkläre kurz, was man unter einer Protolyse versteht.

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Antwort

H₃PO₄ + NH₃ → H₂PO₄⁻ + NH₄⁺

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


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.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man in der Chemie allgemein unter einer Dissoziation? Was passiert dabei bei Säuren?

Antwort anzeigen

Antwort

Allgemein gesagt verstehst man unter diesem Begriff die Aufspaltung chemischer Verbindungen in kleine Bausteine wie beispielsweise Ionen. Bei Säuren werden zusätzlich zu den Ionen auch Protonen abgegeben (Deprotonierung). 


Frage anzeigen

Frage

Dissoziationsgleichung der Phosphorsäure


1. Schritt: Bildung des Dihydrogenphosphat - Ions ( H₂PO₄⁻ )

H₃PO₄ + H₃O⁺  ⇌ H₂PO₄⁻ + H₂O 


2. Schritt: Bildung des Hydrogenphosphat-Ions ( HPO₄² ⁻ )

H₂PO₄⁻ + H₃O⁺  ⇌ HPO₄² ⁻ + H₂O 


3. Schritt: Bildung des Phosphat - Ions ( PO₄³ ⁻  )

HPO₄² ⁻ + H₃O⁺  ⇌ PO₄³ ⁻ + H₂O 

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Antwort

Falsch

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Frage

Wie wird das Salz der Phosphorsäure genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Phosphat

Frage anzeigen

Frage

Nenne die drei Salze der Phosphorsäure

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Phosphat ( PO₄³ ⁻ )
  2. Hydrogenphosphat ( HPO₄² ⁻ )
  3. Dihydrogenphosphat ( H₂PO₄⁻ )


Frage anzeigen

Frage

Wo kannst du die Salze der Phosphorsäure in der Natur finden?

Antwort anzeigen

Antwort

Diese Phosphate findet man auch im menschlichen Körper - die Knochen enthalten Calciumphosphat. Phosphate sind aber auch wichtige Nährstoffe für die Pflanzen im Boden. 


Frage anzeigen

Frage

Neutralisiere die Phosphorsäure mit Natronlauge. Stelle die Reaktionsgleichung auf.

Antwort anzeigen

Antwort

H₃PO₄ + 3 NaOH → Na₃PO₄ + 3 H₂O

Phosphorsäure reagiert mit Natronlauge zu Natriumdihydrogenphosphat und Wasser

Frage anzeigen

Frage

Weshalb sollte bei der Arbeit mit Phosphorsäure Schutzbekleidung getragen werden?

Antwort anzeigen

Antwort

​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.

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Frage

Fülle die Lücken:


Dissoziationsgleichung


Die P - Säure gibt ihre 1) ....................................( H⁺ ) in 2) .....................Stufen an Wassermoleküle ab. Dieser Vorgang wird 3) .................................... genannt. Allgemein gesagt verstehst du unter diesem Begriff die 4) .............................................. chemischer Verbindungen in kleine Bausteine wie beispielsweise 5) ........................ Bei Säuren werden zusätzlich zu den Ionen auch 6) ........................................ abgegeben (Deprotonierung). 

Aus dem Verfahren der Dissoziation lässt sich auch eine 7) .............................................................. ableiten. 

Antwort anzeigen

Antwort

​​​​​1) Protonen 

2) drei 

3) Dissoziation 

4) Aufspaltung 

5)  Ionen 

6) Protonen 

7) Dissoziationsgleichungen 

Frage anzeigen
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