Terms

• allotropjEde Form eines reinen Elements, das eine deutlich andere Molekülstruktur als eine andere Form desselben Elements aufweist.
• Phosphatjedes Salz oder Ester der Phosphorsäure
• Adenosintriphosphatein Nukleotid, das in biologischen Organismen vorkommt und als Energiequelle bei zellulären Reaktionen und Prozessen verwendet wird.

Phosphor ist ein chemisches Element mit dem Symbol P und der Ordnungszahl 15. Phosphor als Mineral ist ein mehrwertiges Nichtmetall der Stickstoffgruppe und liegt fast immer in seinem maximal oxidierten Zustand als anorganisches Phosphatgestein vor. Elementarer Phosphor existiert in zwei Hauptformen – weißer Phosphor und roter Phosphor — aber aufgrund seiner hohen Reaktivität wird Phosphor nie als freies Element auf der Erde gefunden.Während der Begriff „Phosphoreszenz“ von der Fähigkeit des weißen Phosphors abgeleitet ist, bei Einwirkung von Sauerstoff schwach zu leuchten, ist das derzeitige chemische Verständnis, dass dieses Phänomen tatsächlich Chemilumineszenz ist, ein Mechanismus der Lichtemission, der sich von der Phosphoreszenz unterscheidet.

Bedeutung von Phosphor

Phosphor ist lebensnotwendig. Als Beweis für die Verbindung zwischen Phosphor und terrestrischem Leben wurde elementarer Phosphor historisch zuerst aus menschlichem Urin isoliert, und Knochenasche war eine wichtige frühe Phosphatquelle. Als Phosphat ist es Bestandteil von DNA, RNA, ATP (Adenosintriphosphat) und den Phospholipiden, die alle Zellmembranen bilden. Niedrige Phosphatwerte sind eine wichtige Wachstumsgrenze in einigen aquatischen Systemen, und die hauptsächliche kommerzielle Verwendung von Phosphorverbindungen zur Herstellung von Düngemitteln ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, den Phosphor zu ersetzen, den Pflanzen aus dem Boden entfernen.Phosphor existiert in verschiedenen Formen (Allotropen), die auffallend unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

• Die beiden häufigsten Allotrope sind weißer Phosphor und roter Phosphor.Eine andere Form, scharlachroter Phosphor, wird erhalten, indem man eine Lösung von weißem Phosphor in Schwefelkohlenstoff im Sonnenlicht verdampfen lässt.Schwarzer Phosphor wird durch Erhitzen von weißem Phosphor unter hohem Druck (etwa 12.000 Standardatmosphären oder 1,2 Gigapascal) erhalten. In Aussehen, Eigenschaften und Struktur ähnelt schwarzer Phosphor Graphit — es ist schwarz und schuppig, ein Leiter von Elektrizität und hat verzogene Blätter von verknüpften Atomen.
• Ein weiteres Allotrop ist Diphosphor; Es enthält ein Phosphordimer als Struktureinheit und ist hochreaktiv.

Weißer Phosphor und verwandte Molekülformen

Die wichtigste elementare Form von Phosphor in Bezug auf Anwendungen ist weißer Phosphor. Es besteht aus tetraedrischen P4moleküle, in denen jedes Atom durch eine Einfachbindung an die anderen drei Atome gebunden ist. Dieses P4-Tetraeder ist auch in flüssigem und gasförmigem Phosphor bis zu einer Temperatur von 800 ° C vorhanden und beginnt sich dann in P2-Moleküle zu zersetzen. Fester weißer Phosphor existiert in zwei Formen; Bei niedrigen Temperaturen ist die β-Form stabil und bei hohen Temperaturen ist die α-Form vorherrschend. Diese Formen unterscheiden sich in Bezug auf die relativen Orientierungen der konstituierenden P4-Tetraeder.

Weißer Phosphor ist das am wenigsten stabile, das reaktiv, das flüchtigste, das am wenigsten dichte und das giftigste der Allotrope. Es wandelt sich allmählich in roten Phosphor um, eine durch Licht und Wärme beschleunigte Umwandlung. Proben von weißem Phosphor enthalten fast immer etwas roten Phosphor und erscheinen daher gelb. Aus diesem Grund wird es auch gelber Phosphor genannt. Es leuchtet im Dunkeln (wenn es Sauerstoff ausgesetzt ist) mit einem sehr schwachen Grün- und Blaustich und ist bei Kontakt mit Luft leicht entflammbar und pyrophor (selbstentzündlich). Es ist auch giftig und verursacht schwere Leberschäden bei der Einnahme. Aufgrund seiner Pyrophorität wird weißer Phosphor als Zusatzstoff in Napalm verwendet. Der Verbrennungsgeruch dieser Form hat einen charakteristischen Knoblauchgeruch, und Proben werden üblicherweise mit weißem „(di) Phosphorpentoxid“ beschichtet, das aus P4O10-Tetraedern besteht, wobei Sauerstoff zwischen den Phosphoratomen und an ihren Scheitelpunkten eingefügt ist. Weißer Phosphor ist in Wasser unlöslich, aber in Schwefelkohlenstoff löslich.

Roter Phosphor

Roter Phosphor hat eine polymere Struktur. Es kann als eine Ableitung von P4 angesehen werden – eine der P-P-Bindungen ist gebrochen, und eine zusätzliche Bindung wird zwischen den benachbarten Tetraedern gebildet, was zu einer kettenartigen Struktur führt. Roter Phosphor kann durch Erhitzen von weißem Phosphor auf 250 ° C (482 ° F) oder durch Sonneneinstrahlung gebildet werden. Phosphor ist nach dieser Behandlung amorph. Beim weiteren Erhitzen kristallisiert dieses Material. In diesem Sinne ist roter Phosphor kein Allotrop, sondern eine Zwischenphase zwischen weißem und violettem Phosphor, und die meisten seiner Eigenschaften haben einen Wertebereich. Beispielsweise ist frisch zubereiteter, hellroter Phosphor hochreaktiv und entzündet sich bei etwa 300 ° C, obwohl er immer noch stabiler ist als weißer Phosphor, der sich bei etwa 30 ° C entzündet. Nach längerem Erhitzen oder Lagern verdunkelt sich die Farbe, das resultierende Produkt ist stabiler und entzündet sich nicht spontan an der Luft.

Phosphorproduktion

Jährlich werden etwa 1.000.000 Kurztonnen (910.000 t) elementaren Phosphors produziert. Calciumphosphat (Phosphatgestein), das hauptsächlich in Florida und Nordafrika abgebaut wird, kann mit Sand, der hauptsächlich aus SiO2 besteht, und Koks (unreiner Kohlenstoff) auf 1.200 bis 1.500 ° C erhitzt werden, um verdampftes P4 herzustellen. Das Produkt wird anschließend unter Wasser zu einem weißen Pulver kondensiert, um eine Oxidation durch Luft zu verhindern.