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Phosphor (P) ist ein Nichtmetall. In der Natur kommt es nicht elementar, sondern nur in der stabilen Form von phosphathaltigen Mineralien (als Apatit, Phosphorit und Guano) vor.
Die relative Atommasse beträgt 30,97; es gibt nur ein stabiles Isotop (31P).
Das Isotop 32P ist ein ß--Strahler mit einer Halbwertszeit von 14 Tagen. Da viele am Stoffwechsel beteiligten Verbindungen Phosphor enthalten, eignet es sich gut als radioaktiver Indikator (Tracer).
Weißer Phosphor ist eine wachsweiche, durchscheinende Masse, deren frische Oberfläche gelblich erscheint. Die kleinste Struktureinheit ist ein P4 -Tetraeder. Nur der weiße Phosphor zeigt das charakteristische intensive Leuchten bei Kontakt mit Luft, welches durch die Umwandlung des zunächst oberflächlich gebildeten P2O3 in das energieärmere und stabilere P2O5 ausgelöst wird:
4 P + 3 O2 ® 2 P2O3
P2O3 + O2 ® P2O5 + Lichterscheinung
Zum Schutz vor der Reaktion mit Luftsauerstoff wird weisser Phosphor in Wasser aufbewahrt. Flüssiger weißer Phosphor (Schmelzpunkt: 44 °C) raucht unter Wärmeentwicklung und Bildung von Phosphor(V)-oxid P2O5.
Bei etwa 60°C entzündet sich weißer Phosphor von selbst und verbrennt mit gelblich-weißer und relativ heller Flamme, daher darf weißer Phosphor nie an der Luft aufbewahrt werden. Brennender weißer Phosphor ist sehr schwer zu löschen und führt auf der Haut des Menschen zu schwersten Verbrennungen. Die Opfer von Phosphorbrandbomben sind schlimme Beispiele dafür.
Weißer Phosphor löst sich gut in Carbondisulfid CS2 und ist praktisch unlöslich in Wasser. Chemisch ist er außerordentlich reaktionsfähig und ein starkes Reduktionsmittel. Besonders heftige reagiert er mit Schwefel und Halogenen.
Weißer Phosphor ist sehr giftig. Bereits 100 mg sind tödlich. Die chronische Aufnahme kleiner Mengen führt zu Knochennekrose.
Roter Phosphor ist ein dunkelrotes, amorphes (gestaltloses) Pulver, das sich nicht selbst entzündet und erst 400 °C brennt. Er ist praktisch unlöslich und daher nicht giftig. Er wird aus weißem Phosphor durch Erhitzen unter Luftabschluss auf über 250 °C oder durch langsame Umwandlung an Licht bei Raumtemperatur hergestellt.
Roter Phosphor ist weniger reaktionsfähig als weißer, bildet jedoch mit starken Oxidationsmitteln (Substanzen, die Sauerstoff abgeben können) Mischungen, die bei geringer Energiezufuhr (z.B. durch Reibung) explodieren. Diese Reaktion ist die Grundlage unserer heutigen Streichhölzer.
In der Industrie wird roter Phosphor für Streichhölzer und Feuerwerkskörper verwendet.
Violetter (Hittorf\'scher) Phosphor ist violettstichig rote und kristallisierte Form des roten Phosphors.. Er ist nicht giftig und entsteht nur, wenn weißer Phosphor unter Luftabschluss auf über 450°C erhitzt wird.
Schwarzer Phosphor ist grau, glänzt metallisch, ist schuppig wie Graphit und leitet Strom und Wärme gut (Halbleitereigenschaften). Chemisch ähnelt er dem roten Phosphor. Er entsteht aus weißem oder rotem Phosphor bei sehr hohem Druck.
Die Weltproduktion an Phosphor liegt bei rund 1Million Tonnen pro Jahr, davon etwa 1% roter Phosphor. Er wird mit einer 99,9% Reinheit (in Stangenform) gehandelt.
3.2 Verwendung
Nur der weiße und der rote Phosphor spielen wirtschaftlich eine Rolle. Etwa 90% des hergestellten weißen Phosphors wird zu P(V)-Oxide verbrannt, das zu Phosphorsäuren und verschiedenen Phosphaten verarbeitet wird.
Phosphorsäure wird u. a. als Rostumwandler (Phosphatieren) im Oberflächenschutz von Eisenmetallen verwendet. Sie bildet zusammen mit Eisen einen gasundurchlässigen Überzug aus schwerlöslichen Eisenphosphat auf Metallflächen, die das darunter liegende Metall vor Sauerstoff und Luft, den Auslösern des Rostens, schützt.
Natrium-Tripolyphosphat NaTPP (engl. sodium tri polyphosphate, STPP) wurde lange Zeit als Calcium-binder in Waschmitteln verwendet, so dass hartes Wasser weich wurde. Da das Ca-Kathion eine höhere Affinität zu Phosphaten, als zu Carbonaten hat. Erst die dadurch verursachte Gewässerüberdüngung führte dazu, dass in den 1970er-Jahren Phosphat in Waschmitteln verboten wurde, aber inzwischen wieder erlaubt ist.
Phosphortrichlorid (PCl3) wird für die Herstellung von Flammschutzmitteln und Insektiziden verwendet. Phosphortrichlorid reagiert mit Wasser zu phosphoriger Säure H3PO3. Diese Reaktion bildet die einzige Möglichkeit, die Säure in kommerziellen Maßstab zu synthetisieren.
Phosphorsulfide [wie P4S10 = Phosphor(V)-sulfid] wird für Schmierstoffzusätze verwendet
Organophosphate werden vorwiegend als Pflanzenschutz- und Schädlingsbekämpfungsmittel (Pestizide) in der Anwendung. Expositionen treten hauptsächlich bei den Pestizidherstellern und bei den Anwendern der Pestizide in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Schädlingsbekämpfung sowie im Gartenbau auf. Organophosphate werden auch als chemische Kampfstoffe (Soman, Sarin, Tabun, VX) eingesetzt.
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Roter Phosphor wird in der Pyrotechnik für Rauch und Feuerwerkskörper, als Flammschutzmittel in Kunststoffen sowie zur Herstellung der Reibflächen von Streichholzschachteln verwendet.
Im 1. Weltkrieg wurden ca. 9000 t Phosphor für Nebelgranaten (Rauchbomben) verwendet; Brennender Phosphor erzeugt dichte, weiße Rauchwolken, ideal geeignet für künstliche Nebelwände. Häufig richtete man die Phosphorgeschoße direkt auf den Feind, die dann mit geschmolzenen Phosphorteilchen überschüttet wurden, was zu furchtbare Wunden hinterließen.
Im 2. Weltkrieg kamen Phosphor-Brandbomben großräumig zum Einsatz. Dies waren 15 kg schwerer Bomben, die in Häuser eindringen sollten, wo ein kleiner Treibsatz für eine weiträumige Verbreitung brennenden Phosphors sorgte.
Selbstentzündliche Molotovcocktails wurden von der englischen Regierung in Auftrag gegeben zur Verteidigung der Zivilbevölkerung gegen Invasoren. Man füllte Flaschen mit einer Lösung von Phosphor in Benzol. Wirft man eine solche Flasche auf den Boden, so zerspringt sie und der Inhalt fängt Feuer.
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