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15 |
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Dichte (g/cm3): |
1.82 |
. |
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30.973761 |
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Atomradius (berechnet) in pm: |
110.5 |
5, 3, -3 |
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2,19 |
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[Ne]3s23p3 |
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44.1°C |
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280 |
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natürl. Häufigkeit: |
P-31 100% |
Phosphor ist ein nichtmetallisches Element der 5. Hauptgruppe des Periodensystems. Phosphor ist ein anisotopes Element mit nur einem natürlichen Isotop. Außerdem kennt man die künstlichen Isotope 28P bis 36P mit Halbwertszeiten zwischen 0,28 Sekunden und 25 Tagen sowie das äußerst kurzlebige 26P, von denen z.B. 32P als Tracer Verwendung findet. Phosphor tritt in allen Oxidationsstufen zwischen –3 (gegen Wasserstoff) und +5 (gegen Sauerstoff) auf. In Analogie zu anderen Elementen der Stickstoff-Gruppe kommt Phosphor in verschiedenen allotropen Modifikationen vor.
Weißer (Gelber oder Farbloser) α-Phosphor:
Wachsweiche, an frischen Schnittflächen gelbliche, an der Oberfläche weiße, durchscheinende Masse von eigenartigem Geruch, gut löslich in Schwefelkohlenstoff (kristallisiert daraus regulär, meist in Rhombendodekaedern) und Phosphortrichlorid (PCl3), weniger gut in Ether, Benzol, Terpentinöl und fetten Ölen. α-Phosphor raucht an offener Luft, wobei er unter Chemilumineszenz (deren Mechanismus noch unbekannt ist) und Wärmeentwicklung langsam zu Phosphorpentoxid (P2O5) oxidiert; oberhalb ca. 50°C tritt Selbstentzündung ein, weshalb er im allgemeinen unter Wasser aufbewahrt wird. Unterhalb –76,9°C geht α-Phosphor in den hexagonalen Weißen β- Phosphor über. Im festen, geschmolzenen und gelösten Zustand besteht Weißer Phosphor aus P4-Molekülen, im Dampfzustand dissoziiert er >800°C zu P2-Molekülen und >2000°C zu Phosphor-Atomen.
Phosphor hat nach Kohlenstoff die am stärksten ausgeprägte Fähigkeit zur Bildung von homonuclearen Element-Element-Bindungen.
Erhitzt man Weißen Phosphor unter Luftabschluss, so entsteht >250°C Roter Phosphor als amorphes dunkelrotes Pulver, das bei weiterem Erhitzen kristallin wird. Dieser sogenannte Violette oder Hittorfsche Phosphor als zwischen 550 und 620°C stabilste Phosphor -Modifikation geht beim Erhitzen über den Schmelzpunkt in den dann stabilen Weißen Phosphor über. Schwarzer Phosphor als Hochdruck-Modifikation des Weißen Phosphor bildet eisengraue, metallisch glänzende rhomboedrische Kristalle mit guter Wärme- und elektrischer Leitfähigkeit, die über 550°C in Roten Phosphor übergehen. Dieser und der Schwarze Phosphor sind in keinem Lösungsmittel löslich, nicht selbstentzündlich, nichtleuchtend und nichtflüchtig und daher auch nicht giftig. Allerdings kann Roter Phosphor im Gemisch mit Kaliumchlorat oder anderen Oxidationsmitteln durch Stoß u. Reibung (Zündhölzer) zur Explosion gebracht werden.
Brände von Weißem Phosphor sind mit Wasser oder Schaum schwer zu löschen, da nach dem Ablaufen oder Verdunsten des Löschmittels mit weiterer Selbstentzündung zu rechnen ist.
In den Organismen ist Phosphor als Calciumphosphat in den Knochen und in Form von Phosphorsäureestern – als Baustein von Nucleinsäuren in allen belebten Zellen anzutreffen; Phosphate sind für die normalen Lebensabläufe – in Pflanze oder Tier – unentbehrlich. Ein Mensch vom Durchschnittsgewicht 70 kg enthält ca. 700 g Phosphor, von denen ca. 600 g im Knochensystem fest gebunden sind. Der Phosphor-Bedarf liegt bei 1–1,2 g/Tag.
Weißer Phosphor ist sehr giftig. Als Symptome treten Kollaps, Atemlähmung und Koma auf. Subakute Vergiftungen (z.B. durch Dämpfe oder Hautresorption) äußern sich durch Übelkeit und Erbrechen, später durch blutige Durchfälle, Nierenschäden und Lebernekrosen, die noch nach 3 Wochen zum Tode führen können. Lokal verursacht Weißer Phosphor schwere Verbrennungen mit tiefen, sehr schlecht heilenden Wunden.
Phosphor kommt infolge seiner Reaktionsfähigkeit nie elementar, sondern fast ausschließlich in Form der beständigen Phosphate vor. Mit ca. 0,1 Gew.-% ist Phosphor am Aufbau der obersten Erdkruste beteiligt und steht damit in der Häufigkeitsliste der Elemente an 12. Stelle zwischen Chlor und Kohlenstoff. In der Natur findet sich eine ganze Reihe von phosphorhaltigen Mineralien. Neben dem relativ häufigen, und auch wirtschaftliche genutzten, Apatit sowie Berlinit, Panethit, Purpurit usw.
Die Herstellung den "weißen Phosphors" erfolgt durch elektrothermische Reduktion von granuliertem Phosphaterz (meist Fluorapatit) mit Kohle, in Gegenwart von Kies (SiO2) zur Bildung einer niedrig schmelzenden Schlacke (CaSiO3). Die Reaktion erfolgt etwa bei 1500°C in einem geschlossenen Niederschachtofen unter Verwendung von Söderberg-Elektroden. Vom unteren, mit Kohle ausgekleideten Teil des Ofens werden Schlacke und Ferrophosphor (aus dem Eisen-Anteil im Rohmaterial) abgezogen; am Kopf entweichen Kohlenoxid und Phophor-Dampf. Der bei der folgenden, bei 280°C in Elektrofiltern betriebenen Gasreinigung abgeschiedene Staub wird der Rohstoff-Granulierung zugeführt, und das bei der Kondensation des Phosphors mit Wasser verbleibende CO kann als Energieträger zum Sintern der Apatit-Pellets verwendet werden. Der Stromverbrauch liegt bei ca. 13 kWh pro kg Phosphor.
Zur Umwandlung in Roten Phosphor wird der Weiße in geschlossenen Kugelmühlen im Laufe von ca. 24 Std. auf 270–275°C erhitzt.
Weißer Phosphor ist Ausgangsprodukt zur Herstellung von P2O5, Phosphorsäure und Phosphaten, Phosphorchloriden und Rotem Phosphor, geringe Mengen dienen auch zur Herstellung phosphorhaltiger Legierungen. Im 2. Weltkrieg wurden größere Mengen von Weißem Phosphor für Brandbomben u.a. militärischem Zweck verwendet. Roter Phosphor dient u.a. zur Herstellung von Phosphorverbindungen und Phosphiden, als Halogen-Überträger, in der Pyrotechnik für Rauch- u. Feuerwerkskörper, als Flammschutzmittel in Kunststoffen und zur Herstellung der Reibflächen von Streichholzschachteln
Phosphor wurde 1669 von dem deutschen Alchimisten Hennig Brand durch Destillation von Urin und Glühen des Rückstands erstmals hergestellt, wenn auch seine Entdeckung anderen zu Unrecht zugeschrieben wurde. Als Element wurde Phosphor erst von Lavoisier erkannt. Roter Phosphor wurde 1848 isoliert und als allotrope Modifikation des Weißen Phosphors gedeutet, was zuvor schon Berzelius vermutet hatte. Der Name kommt von griech.: phosphoros = lichttragend.
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