Phosphor (P), nichtmetallisches chemisches Element der Stickstofffamilie (Gruppe 15 [Va] des Periodensystems), das bei Raumtemperatur ein farbloser, halbtransparenter, weicher, wachsartiger Feststoff ist, der im Dunkeln leuchtet.
Elementeigenschaften
| Ordnungszahl | fünfzehn |
|---|---|
| atomares Gewicht | 30,9738 |
| Schmelzpunkt (weiß) | 44,1 ° C (111,4 ° F) |
| Siedepunkt (weiß) | 280 ° C (536 ° F) |
| Dichte (weiß) | 1,82 g / cm 3 bei 20 ° C (68 ° F) |
| Oxidationsstufen | -3, +3, +5 |
| Elektronenkonfiguration | 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 |
Geschichte
Arabische Alchemisten des 12. Jahrhunderts haben möglicherweise versehentlich elementaren Phosphor isoliert, aber die Aufzeichnungen sind unklar. Phosphor scheint 1669 von Hennig Brand entdeckt worden zu sein, einem deutschen Kaufmann, dessen Hobby die Alchemie war. Brand ließ 50 Eimer Urin stehen, bis sie faulten und „Würmer züchteten“. Dann kochte er den Urin zu einer Paste herunter und erhitzte ihn mit Sand, wodurch elementarer Phosphor aus der Mischung destilliert wurde. Brand berichtete über seine Entdeckung in einem Brief an Gottfried Wilhelm Leibniz, und danach erregten Demonstrationen dieses Elements und seiner Fähigkeit, im Dunkeln zu leuchten oder „Phosphoreszenz“, das öffentliche Interesse. Phosphor blieb jedoch eine chemische Kuriosität, bis es sich etwa ein Jahrhundert später als Bestandteil von Knochen erwies. Bei der Verdauung von Knochen mit Salpetersäure oder Schwefelsäure bildete sich Phosphorsäure, aus der Phosphor durch Erhitzen mit Holzkohle destilliert werden konnte. In den späten 1800er Jahren entwickelte James Burgess Readman aus Edinburgh ein Elektroofenverfahren zur Herstellung des Elements aus Phosphatgestein, das im Wesentlichen das heute angewandte Verfahren ist.
Vorkommen und Verbreitung
Phosphor ist ein sehr weit verbreitetes Element - das zwölfthäufigste in CrustEarths, zu dem es etwa 0,10 Gewichtsprozent beiträgt. Seine kosmische Häufigkeit beträgt etwa ein Atom pro 100 Atome Silizium, den Standard. Seine hohe chemische Reaktivität stellt sicher, dass es nicht im freien Zustand auftritt (außer bei einigen Meteoriten). Phosphor kommt immer als Phosphation vor. Die wichtigsten kombinierten Formen in der Natur sind die Phosphatsalze. Es wurde gefunden, dass ungefähr 550 verschiedene Mineralien Phosphor enthalten, aber von diesen ist die Hauptquelle für Phosphor die Apatitreihe, in der Calciumionen zusammen mit Phosphationen und variablen Mengen an Fluorid-, Chlorid- oder Hydroxidionen gemäß der Formel existieren [Ca 10 (PO 4) 6 (F, Cl oder OH) 2]. Andere wichtige phosphorhaltige Mineralien sind Wavellit und Vivianit. Üblicherweise ersetzen Metallatome wie Magnesium, Mangan, Strontium und Blei Calcium im Mineral und Silikat, Sulfat, Vanadat und ähnliche Anionen Phosphationen. In vielen Teilen der Erde finden sich sehr große Sedimentablagerungen von Fluorapatit. Das Phosphat von Knochen und Zahnschmelz ist Hydroxylapatit. (Das Prinzip der Verringerung der Karies durch Fluoridierung hängt von der Umwandlung von Hydroxylapatit in den härteren, gegen Karies resistenteren Fluorapatit ab.)
Die wichtigste kommerzielle Quelle ist Phosphorit oder Phosphatgestein, eine unreine massive Form von karbonathaltigem Apatit. Schätzungen des gesamten Phosphatgesteins in der Erdkruste liegen im Durchschnitt bei 65.000.000.000 Tonnen, von denen Marokko und die Westsahara etwa 80 Prozent enthalten. Diese Schätzung umfasst nur Erz, das reich an Phosphat ist, um mit den vorliegenden Verfahren in nützliche Produkte umgewandelt zu werden. Es gibt auch große Mengen an Material mit geringerem Phosphorgehalt.
Das einzige natürlich vorkommende Isotop von Phosphor ist das der Masse 31. Die anderen Isotope von Masse 24 bis Masse 46 wurden durch geeignete Kernreaktionen synthetisiert. Alle diese sind radioaktiv mit relativ kurzen Halbwertszeiten. Das Isotop der Masse 32 hat eine Halbwertszeit von 14,268 Tagen und hat sich in Tracer-Studien zur Absorption und Bewegung von Phosphor in lebenden Organismen als äußerst nützlich erwiesen.
