Silicium Stickstoff  Arsen Schwefel  
 Phosphor                                           15P
 engl. phosphorus; grch. phosphoros ("Lichtträger")
 
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Relat. Atommasse   
Ordnungszahl    
Schmelzpunkt    
Siedepunkt    
Oxidationszahlen     
Dichte    
Härte (Mohs)     
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit  
  
Physikalische Daten: 
weißer Phosphor
30,973761998  
15  
44,1 °C  
280,5 °C  
5, 3, -3  
1,8232 g/cm³  
1,5 - 2  
2,19 (Pauling)  
[Ne]3s23p3  
P-31  100% 
  
  
 
 
   
     

Film

16 sek
Brennender, roter Phosphor wird in ein Gefäß mit reinem Sauerstoff getaucht.
    
GHS-Piktogramme (Phosphor rot)  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze) 
H 228, 412 
 
 
CAS-Nummer  
7723-14-0  
(Phosphor rot) 
  
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GHS-Piktogramme (Phosphor weiß)  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze) 
H 250, 300, 314, 330400 
 
Weißer Phosphor ist 
an Schulen verboten!
CAS-Nummer  
12185-10-3  
(Phosphor weiß) 
  
 
 
 
Physikalisch-chemische Eigenschaften

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Das Element Phosphor kommt in mehreren Modifikationen vor: Weißer Phosphor ist bei Zimmertemperatur eine weiße Masse mit einem leicht stechenden Geruch nach Knoblauch. Der weiße Phosphor wandelt sich im Laufe der Zeit unter bestimmten Lagerbedingungen teilweise zu anderen Phosphor-Modifikationen um. Bei längerer Lagerung im Wasser erscheint der weiße Phosphor durch diese Umwandlungen oft gelb oder sogar orange. Man bezeichnet daher den gelagerten, weißen Phosphor oft auch als "gelben" Phosphor. Bei Kälte ist der reine, weiße Phosphor glasklar und sehr spröde, bei Raumtemperatur wird er wachsweich. Weißer Phosphor leitet den elektrischen Strom nicht, er schmilzt bei etwa 44°C zu flüssigem Phosphor. Erhitzt man die Flüssigkeit, siedet sie bei 280,5°C und man erhält gasförmigen Phosphor. In Wasser ist der weiße Phosphor nur schlecht löslich, daher kann man ihn längere Zeit im Wasser aufbewahren. Die Modifikation kristallisiert tetraedrisch, im P4-Molekül sind vier Phosphor-Atome tetraedrisch angeordnet. 
  
Weißer Phosphor löst sich gut in Schwefelkohlenstoff CS2, Dischwefeldichlorid S2Cl2 und in Phosphortrichlorid PCl3, etwas weniger gut in Benzol und Ether. Im Dunkeln leuchtet er von selbst. Das Phänomen ist eine Chemolumineszenz, da sich das an der Oberfläche gebildete P2O3 in das stabilere P2O5 umwandelt. Bei dieser Oxidation wird Energie in Form von Wärme und Licht abgegeben. Oberhalb von 50°C kann sich weißer Phosphor von selbst entzünden und verbrennt mit sehr heißer, gelblich-weißer und relativ heller Flamme zu Phosphorpentoxid:  
  
P4  +  5 O2   P4O10      ΔHR = -2995 kJ/mol 
  
Daher muss weißer Phosphor unter Wasser aufbewahrt werden. Brände mit weißem Phosphor sind nur schwer zu löschen, da nach dem Verdunsten des Wassers eine erneute Zündung eintritt. Beim Erwärmen des weißen Phosphors in alkalischer Umgebung entstehen der stark toxische Phosphorwasserstoff PH3 und Phosphinsäure H3PO4. Erhitzt man weißen Phosphor längere Zeit auf über 450°C, erhält man je nach Bedingung roten Phospor und gleichzeitig auch violetten Phosphor. Der rote, amorphe Phosphor sublimiert etwa 30°C tiefer als der violette, kristalline Phosphor. Roter Phosphor ist chemisch stabiler als weißer Phosphor, er entzündet sich erst oberhalb von 300°C und verbrennt unter Bildung eines weißen Rauches zu Phosphorpentoxid. 
    

  Roter Phosphor an der Luft verbrennen
    
Roter Phosphor brennt
 
 Roter Phosphor verbrennt an der Luft unter Bildung eines weißen Rauchs.


Erhitzt man roten Phosphor unter Luftabschluss, beispielsweise in einem Reagenzglas mit einem Wattebausch, erhält man wieder weißen Phosphor, der sich nach dem Abkühlen der Dämpfe an der Reagenzglaswand niederschlägt. Roter Phosphor ist im Gegensatz zum weißen Phosphor in den genannten Lösungsmitteln nicht löslich. Mit starken Oxidationsmitteln wie Kaliumchlorat bildet er explosionsgefährliche und reibungsempfindliche Gemische. Der violette Phosphor (auch Hittorf'scher Phosphor) lässt sich durch mehrwöchiges Erhitzen von weißem Phosphor bei etwa 550°C herstellen. Das Produkt hat Metallglanz und erscheint an den Rändern violett, es ist leicht spaltbar und löst sich wie schwarzer Phosphor nicht in Schwefelkohlenstoff. Violetter Phosphor ist eine kristalline Modifikation, die Phosphor-Atome ordnen sich in fünfeckigen Röhren an, diese bilden gitterartige Vernetzungen. 
     

  Roter Phosphor unter Luftabschluss erhitzen
    
Roten Phosphor erhitzen
 
 Unter Luftabschluss bildet sich weißer oder gelber Phosphor.

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Setzt man den weißen Phosphor hohen Temperaturen und hohem Druck bis 12000bar aus, erhält man schwarzen Phosphor. Eine andere Herstellungsmöglichkeit wäre die Zugabe von fein verteiltem Quecksilber und das Erhitzen auf 380°C. Gibt man dann Impfkristalle von schwarzem Phosphor zu der Schmelze, dann entsteht der schwarze Phosphor auch ohne den hohen Druck. Diese Modifikation bildet grauschwarz glänzende, rhombische Kristalle, die eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit besitzen. Sie eignet sich auch als Halbleitermaterial. Beim schwarzen Phosphor sind die Atome als P6-Ringe in Sesselform angeordnet, wobei jedes Phosphoratom drei Nachbar-Atome hat. Neben den genannten Modifikationen kennt man noch den faserigen Phosphor, der sich beim langsamen Abkühlen von gasförmigem Phosphor bei 500 bis 600°C bildet. Die dünnen Fasern sind oft mit Plättchen des violetten Phosphors verwachsen.

   
Physiologie - Toxikologie
Bei den Kleinstlebewesen der Meere, aber auch bei allen Wirbeltieren spielt das Phosphorsalz Calciumphosphat beim Aufbau von Knochen und Schalen eine bedeutende Rolle. Der äußere Zahnschmelz in den Zähnen des Menschen enthält das harte Phosphormineral Apatit. Phosphor-Atome kommen auch in der DNS vor. Das Adenosintriphosphat (ATP) spielt eine bedeutende Rolle im Energiestoffwechsel. Bei der Phosphorylierung wird die Phosphatgruppe an ein Protein angehängt. Dadurch können Signale übermittelt werden. Als Puffer steuern die Phosphate im Blut das Säure-Base-Gleichgewicht. 
 
 
Bioelemente im menschlichen Körper
    

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Der rote Phosphor ist im Gegensatz zum weißen Phosphor nur wenig toxisch. Weißer Phosphor sublimiert bereits bei Zimmertemperatur und setzt giftige Dämpfe frei. Diese reagieren an der Luft relativ schnell zu Phosphor(V)-oxid weiter. Brennender, weißer Phosphor erzeugt auf der Haut sehr schmerzhafte und kaum heilbare Brandwunden. In fein verteilter Form kann weißer Phosphor auch schwere Augenschäden auslösen. Bei der oralen Aufnahme treten zunächst Magenschmerzen, Erbrechen und Druchfall auf, in gravierenden Fällen auch Schocksymptome. Tritt der Tod nicht sofort ein, beginnt nach ein bis drei Tagen eine schwere Leberzellen- oder Nierenschädigung. Die Stoffwechselvorgänge in der Leber werden massiv gestört. Der Tod tritt meist durch ein Leberkoma ein. Schon 50 Milligramm weißer Phosphor gelten als tödliche Dosis für einen erwachsenen Menschen. Lit [33]
  
Vorkommen 
Häufigkeit   relativ häufig

Mit einem Massenanteil von etwa 0,09% ist Phosphor ein relativ häufiges Element. Es steht an 12. Stelle der Elementhäufigkeit in der Erdhülle. In der Natur kommt Phosphor elementar nicht vor. Bedeutende Phosphor-Mineralien stellen die Mineralien der Apatit-Gruppe dar. Die Hauptvorkommen liegen in den USA, in den GUS-Staaten, in Marokko und in China. Auch aus den Mineralien Pyromorphit oder Vivianit lässt sich Phosphor gewinnen.
 
 
 
 Fluor-Apatit aus Ipirá, Bahia/Brasilien
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 Die Mineralien der Apatit-Gruppe sind bedeutende Rohstoffe zur Phosphorgewinnung.
 
 
Geschichte 
Der Hamburger Alchimist Henning Brand (ca. 1630-1710) entdeckte das Element im Jahre 1669 auf der Suche nach einem "Stein der Weisen", der unedle Metalle in Silber umwandeln sollte. Durch die Destillation von menschlichem Harn erhielt er im ausgeglühten Rückstand eine im Dunkeln leuchtende und hochentzündliche Substanz, die er "kaltes Feuer" nannte. Der Name Phosphor leitet sich vom griechischen Wort phosphorus ab und bedeutet so viel wie "Lichtträger".  Die Erkennung als chemisches Element wird teils A.S. Marggraf (1743), aber auch A. Lavoisier (1772) zugeschrieben.   
 
 
 Henning Brand entdeckt den Phospor
Bildausschnitt aus einem Gemälde des Malers Joseph Wright (1734-1797)
 

 
Genauer Titel des Bildes:  "Der Alchemist beim Suchen nach dem Stein der Philosophen entdeckt den Phosphor und betet für ein erfolgreiches Ende seiner Operation, wie es Sitte war bei den alten Astrologen"
 

Weißer Phosphor wird seit dem Ersten Weltkrieg in Brandbomben eingesetzt. Im Zweiten Weltkrieg verursachten die Phosphorbomben in Verbindung mit den Luftminen, die die Dächer zuerst großflächig abdeckten, verheerende Wirkungen. In den Feuerstürmen in Hamburg kamen zum Beispiel bis zu 40000 Menschen ums Leben. Heute ist der Einsatz von weißem Phosphor gegen Zivilisten nach dem weltweiten Chemiewaffenverbot nicht erlaubt. Diese Definition ist aber höchst umstritten: Der Einsatz gegen "militärische Ziele" erfolgte zum Beispiel im Vietnam-, Irak- und Syrienkrieg. In einigen Fällen wurden auch Zivilisten getroffen. In den Phosphor-Brandbomben ist der weiße Phosphor mit Kautschuk vermischt. Die brennbare Masse erreicht Temperaturen von bis zu 1300°C, sie kann praktisch nicht gelöscht werden. Ein Mensch verbrennt, wenn er von wenigen Spritzern getroffen wird. Er wird auch durch die toxischen Phosphor-Dämpfe selbst oder durch den entstehenden Rauch mit Phosphorpentoxid vergiftet oder verätzt. Als Chemiewaffe gelten nur Stoffe, die die menschliche Gesundheit aufgrund ihrer Toxizität gefährden. Eine Abgrenzung davon erscheint beim weißen Phospor aufgrund der gravierenden Mehrfach-Wirkungen kaum möglich. Lit [103]
  
Herstellung     
Die technische Herstellung erfolgt aus dem Mineral Apatit oder aus Fluorapatit durch Reduktion mit Koks. Der gemahlene Apatit wird mit Koks, Quarzsand und Kies gemischt und im elektrischen Lichtbogen bei etwa 1400°C umgewandelt. Im folgenden soll nur die Hauptreaktion betrachtet werden:  
  
2 Ca5[F | (PO4)3]  +  9 SiO2  + 15 C   3 P2  +  9 CaSiO3  +  15 CO  +  CaF2 
   
Der weiße Phosphor besitzt nach einer Destillation und mehreren Reinigungsschritten einen Reinheitsgehalt von 99,9 Prozent. Zur Umwandlung in roten Phosphor wird der weiße Phosphor unter Luftabschluss 24 Stunden lang auf 270°C erhitzt. 
  
Verwendung 
Roter Phosphor dient zur Herstellung von Feuerwerkskörpern und Zündhölzern. Die Reibflächen der Zündholzschachteln enthalten ein Gemisch von rotem Phosphor, Glaspulver und Bindemitteln. Die Zündmasse des Zündholzes besteht aus einem Gemisch von 50 bis 60% Kaliumchlorat (Oxidationsmittel), 4 bis 7% Schwefel (Brennstoff), 1 bis 4% Mangandioxid (Katalysator), 20% Glasmehl (Erhöhung der Reibungsempfindlichkeit) und Füllstoffe. Die Reibungswärme führt zur Zündung des Streichholzkopfes, was vor allem auf die Reaktion des roten Phosphors mit dem Kaliumchlorat zurückzuführen ist. In den militärischen Nebelgranaten wird roter Phosphor zu Phosphor(V)-oxid verbrannt. Der dabei entstehende dichte weiße Nebel verbirgt etwa eine Minute lang militärische Ziele. Bei der Nutzung in Täuschkörpern werden Flugzeuge vor Angriffen geschützt. 
   
  
 Reibfläche mit rotem Phosphor und Zündholz
   
Reibfläche und Zündholz
 
 Die Reibfläche der Zündholzschachtel enthält roten Phosphor.
 
  
Der größte Anteil des produzierten weißen Phosphors dient zur Herstellung von Phosphorverbindungen wie Phosphor(V)-oxid, Phosphorsäure und vor allem von Phosphaten. Diese wiederum stellen wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung von Düngemitteln und Waschmitteln dar.
 
Phosphorverbindungen im Steckbrief
 
     
Flasche
 
 
 
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