Phosphorsäure

Strukturformel
Allgemeines
Name	Phosphorsäure
Andere Namen	ortho-Phosphorsäure Phosphor(V)-säure E 338
Summenformel	H3PO4
CAS-Nummer	7664-38-2
PubChem	1004
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloser Feststoff oder Flüssigkeit[1]
Eigenschaften
Molare Masse	98,00 g·mol−1
Aggregatzustand	fest (oft flüssig, da eine unterkühlte Schmelze recht lange lagerbar ist)[2]
Dichte	1,87 g·cm−3 (25 °C)[1]
Schmelzpunkt	42,35 °C[1]
Siedepunkt	Zersetzung: 213 °C (Wasserabspaltung)[1]
Dampfdruck	3,8 Pa (20 °C)[1]
pKs-Wert	pKs1: 2,16[2] pKs2: 7,21[2] pKs3: 12,32[2]
Löslichkeit	vollständig mischbar mit Wasser[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3] Gefahr H- und P-Sätze H: 314 P: 280-​301+330+331-​305+351+338-​309+310 [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3] Ätzend (C) R- und S-Sätze R: 34 S: (1/2)-26-45
MAK	2 mg·m−3 (einatembarer Aerosolanteil)[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Die „normale“ oder ortho-Phosphorsäure 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 aufkonzentrieren einer handelsüblichen Phosphorsäurelösung auf einen Gehalt von über 90 Prozent und anschließende Kristallisation in einem genau eingehaltenen Temperaturbereich.^[5]

Eigenschaften

Die wasserfreie Substanz ist stark hygroskopisch.

Die Phosphorsäure ist eine dreiprotonige Säure, die ihren 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 pK_s1 = 2,161; pK_s2 = 7,207 und pK_s3 = 12,325.^[2]

$ \mathrm {H_{3}PO_{4(aq)}+H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoons } $ $ \mathrm {H_{3}O_{(aq)}^{+}+H_{2}PO_{4(aq)}^{-}} $	$ \mathrm {K_{s1}=6,9\cdot 10^{-3}} $
$ \mathrm {H_{2}PO_{4(aq)}^{-}+H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoons } $ $ \mathrm {H_{3}O_{(aq)}^{+}+HPO_{4(aq)}^{2-}} $	$ \mathrm {K_{s2}=6,2\cdot 10^{-8}} $
$ \mathrm {HPO_{4(aq)}^{2-}+H_{2}O_{(l)}\rightleftharpoons } $ $ \mathrm {H_{3}O_{(aq)}^{+}+PO_{4(aq)}^{3-}} $	$ \mathrm {K_{s3}=4,7\cdot 10^{-13}} $

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).^[6] Phosphorsäure ist bei Gesunden bis auf ihre ätzende Wirkung für den menschlichen Organismus in geringen Dosen ungiftig.^[7]

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.^[8][9] (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.

Einzelnachweise

Literatur

• A. F. Holleman, E. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin u. New York 1995, S. 764.

Siehe auch

• Phosphonsäure
• Phosphinsäure
• Thiophosphorsäure

Weblinks

Commons: Phosphorsäure – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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Wiktionary: Phosphorsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• hedinger.de: Sicherheitsdatenblatt

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