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Phosphorsäure

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Die Phosphor- oder Orthophosphorsäure ist die wichtigste Sauerstoffsäure des Phosphors und eine der wichtigsten anorganischen Säuren. Sie ist eine dreiprotonige Säure und reagiert bezüglich der ersten Deprotonierung als mittelstarke Säure. Ihre Salze und Ester heißen Phosphate, auch die Bezeichnung Organophosphate ist für Ester der Phosphorsäure geläufig. Der Phosphor hat in diesen Verbindungen die Oxidationsstufe V.

Wichtige Arbeiten zur Aufklärung der Struktur leistete Thomas Graham.

Von der Phosphorsäure leiten sich außerdem die Kondensate Diphosphorsäure, Meta- und Polyphosphorsäuren ab.

Als Lebensmittelzusatzstoff wird Phosphorsäure als E 338 deklariert.


Gewinnung und Darstellung

Phosphorsäure kann aus Rohphosphat (meistens Apatit, Ca5(PO4)3X mit X = F, OH oder Cl) und Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure hergestellt werden. Als Nebenprodukte fallen dabei CaSO4 (Phosphorgips, verunreinigter Gips) und H2[SiF6] (Hexafluorokieselsäure) an. Alternativ lässt sich Phosphorsäure durch Verbrennung elementaren Phosphors zu Phosphorpentoxid, P4O10, und anschließende Hydrolyse herstellen (sogenannte thermische Phosphorsäure). Ein hochreines Produkt erhält man durch Konzentrieren einer handelsüblichen Phosphorsäurelösung auf einen Gehalt von über 90 Prozent und anschließende Kristallisation in einem genau eingehaltenen Temperaturbereich.[1]

Eigenschaften

Die wasserfreie Substanz ist stark hygroskopisch. Gewöhnlich kommt sie als 83–90-%ige wässrige Lösung in den Handel.

Die Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure, die ihre Protonen in drei Stufen an Wassermoleküle, unter Bildung von Oxonium (H3O+) und unter Bildung von Dihydrogenphosphat-, Hydrogenphosphat- bzw. Phosphat-Anionen, abgeben kann. Die zugehörigen pKs-Werte betragen pKs1 = 2,161; pKs2 = 7,207 und pKs3 = 12,325.

LaTeX: \mathrm{H_3PO_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons} LaTeX: \mathrm{H_3O^+_{(aq)} + H_2PO^-_{4(aq)}} LaTeX: \mathrm{K_{s1} = 6{,}9 \cdot 10^{-3}}
LaTeX: \mathrm{H_2PO^-_{4(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons} LaTeX: \mathrm{H_3O^+_{(aq)} + HPO^{2-}_{4(aq)}} LaTeX: \mathrm{K_{s2} = 6{,}2 \cdot 10^{-8}}
LaTeX: \mathrm{HPO^{2-}_{4(aq)}+ H_2O_{(l)}  \rightleftharpoons} LaTeX: \mathrm{H_3O^+_{(aq)} + PO^{3-}_{4(aq)}} LaTeX: \mathrm{K_{s3} = 4{,}7 \cdot 10^{-13}}
Dissoziationsdiagramm

Verwendung

Phosphorsäuren dienen als Ausgangsstoff zur Herstellung phosphathaltiger Dünger (in den USA >90 % der Produktion), von Waschmitteln, Rostentfernern bzw. von Rostumwandler sowie zur Passivierung von Eisen und Zink zum Schutz vor Korrosion. In der Zahnmedizin findet Zinkphosphatzement Verwendung.

Phosphorsäure wird zur Herstellung von Pufferlösungen (siehe Phosphatpuffer) eingesetzt.

Phosphorsäure ist in hoher Konzentration ätzend, verdünnt wird sie in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel, Säuerungsmittel (z. B. in Cola-Getränken), als Säureregulator und als Antioxidans (um das Ranzigwerden von Fetten und die Verfärbung von beispielsweise Fleisch, Wurst oder Kuchenfüllungen zu verhindern) eingesetzt (E 338).[2] Phosphorsäure ist, bis auf ihre ätzende Wirkung, für den menschlichen Organismus ungiftig.[3]

Biologische Bedeutung

Phosphorsäureester und Polyphosphate spielen im Stoffwechsel eine zentrale Rolle, insbesondere als Energie- und Gruppenüberträger (siehe z. B. ATP bzw. GTP). Sie sind unter anderem integraler Bestandteil der DNA, der RNA und vieler Coenzyme.

In der Medizin ist die Anreicherung der Nahrung mit Phosphorsäure (E 338) bei bestimmten Krankheitsbildern kontraindiziert. Krankheitsbilder wie beispielsweise chronische Niereninsuffizienz (auch bei Dialysebehandlung), Osteoporose und Urolithiasis (Calciumphosphatsteine) bedürfen einer phosphatarmen Ernährung.[4][5] (s.a. Hauptartikel Hyperphosphatämie)

Nachweis

Die Phosphorsäure und lösliche Phosphate lassen sich durch Fällung mit Ammoniumheptamolybdat zu gelbem Ammoniummolybdatophosphat, oder durch Fällung mit Magnesiumionen in ammoniakalischer Lösung zu MgNH4PO4 nachweisen.

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Commons-logo.png Commons: Phosphorsäure - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
 Wiktionary: Phosphorsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band I, Ferdinand Enke, Stuttgart 1975, ISBN 3-432-02328-6, S. 528–529.
  2. P. Kurzweil u. a.: Chemie: Grundlagen, Aufbauwissen, Anwendungen und Experimente. Springer, 2012, S. 151, ISBN 3-8348-1555-1, eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche.
  3. J. F. Diehl: Chemie in Lebensmitteln: Rückstände, Verunreinigungen, Inhalts- und Zusatzstoffe. John Wiley & Sons, 2008, S. 18, ISBN 3-527-62461-9, eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche.
  4. E. Lückerath u. a.: Diätetik und Ernährungsberatung: Das Praxisbuch. Georg Thieme Verlag, 2011, S. 272, ISBN 3-8304-7563-2, eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche.
  5. R. Nowack u. a.: Dialyse und Nephrologie für Pflegeberufe. Springer, 2002, S. 292, ISBN 3-540-42811-9, eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche.


Dieser Artikel basiert (teilweise) auf dem Artikel Phosphorsäure aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons Attribution/Share Alike. In Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.