Name: Hohenberger, Lara 2021-04
Die Phosphorsäure gehört zu den wichtigsten anorganischen Säuren und ist die wichtigste Sauerstoffsäure des Phosphors. Man bezeichnet sie als dreiprotonige Säure, da ihre Protonen in drei Stufen an Wassermoleküle, unter Bindung von Oxonium und Dihydrogenphosphat-, Hydrogenphosphat- bzw. Phosphat- Anionen, abgegeben werden kann.
Eine der wichtigsten Reaktionen von Phosphorsäure und ihren Derivaten ist die Multimerisierung: Zwei Phosphorsäuremoleküle können sich unter Verlust von Wasser zu einen Diphosphatertest verbinden, welcher auch als Phosphat bezeichnet wird.
Eigenschaften von Phosphorsäure
• Summenformel: H3PO4
• farblose, viskose wässrige Lösung
• Aggregatzustand: fest, jedoch auch oft flüssig, da eine untergekühlte Schmelze recht lange lagerbar ist
• molare Masse: 98,00 g/mol
• stark hygroskopisch -> vollständig mischbar mit Wasser
• gut löslich in Alkohol
• Dichte: 1,87 g/cm-3
• reagiert aufgrund der ersten Deprotonierung als mittelstarke Säure
• kann über eine Dehydratisierungsreaktion zu Phosphoanhydriden dimerisieren
• tribasisch, da sie drei mögliche Dissoziationsschritte aufweist
• Schmelzpunkt: 42,35 °C (wasserfrei)
• Siedepunkt: 213 °C (Zersetzung, Abspaltung)
Gewinnung von Phosphorsäure
Phosphorsäure wird meist aus Rohphosphat und Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure hergestellt. Dabei fallen als Nebenprodukte verunreinigter Gips und Hexafluorokieselsäure an. Nachdem man Wasser hinzugegeben hat, wird der Gips durch Filtration entfernt.
Das Fluorid wird im nächsten Schritt als Hexafluoridkieselsäure durch Verdampfung entfernt.
Reaktion mit Calciumdihydrogenphosphat:
Ca3(PO4)2 + 3 H2PO4 ---> 2 H3PO4 + 3 CaSO4
Außerdem lässt sich Phosphorsäure durch Verbrennung elementaren Phosphors zu Phosphorpentoxid, und anschließende Hydrolyse herstellen.
Somit ist thermische Phosphorsäure entstanden. Um ein hochreines Produkt zu erhalten, muss man normale Phosphorsäurelösung auf einen Gehalt von über 90% konzentrieren und daraufhin diese dann kristallisieren.
P4 + O2 ---> 2 P2O5
Verwendung von Phosphorsäure
Phosphorsäure dient vor allem zur Herstellung phosphathaltiger Dünger, Passivierung von Eisen und Zink und zur Herstellung von Waschmitteln. Des Weiteren wird sie zur Herstellung von Pufferlösungen eingesetzt. Sie wirkt als Rostumwandler beim direkten Auftragen von rostigem Eisen, Stahl und anderen Metalloberflächen. Sie besitzt die Fähigkeit rotbraunes Eisen in schwarzes Eisenphosphat umzuwandeln.
Phosphorsäure ist in hoher Konzentration ätzend. Sie wird in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel und Säuerungsmittel verdünnt und als Antioxidans eingesetzt. Bis auf ihre ätzende Wirkung ist Phosphorsäure für den menschlichen Körper nicht giftig.
Phosphorsäure wird in der Zahnmedizin mit Zinkpulver vermischt und zu Zinkphosphat umgewandelt, welches Zahnärzte als temporären Zahnzement verwenden. Die Kieferorthopäden benutzen Zinkphosphat als Ätzlösung, um die Oberfläche der Zähne zu reinigen und aufzurauen.
Biologische Bedeutung von Phosphorsäure
Polyphosphate und Phosphorsäureester sind die Energie- und Gruppenträger im Stoffwechsel. Außerdem sind sie Bestandteil der DNA, der RNA und vieler Coenzyme.
Die Säure der DNA ist normalerweise Phosphorsäure. Dennoch hat sie zwei Protonen durch Kohlenstoffatome aus zwei verschiedenen Zuckern ersetzt, den Ribose-Teil. Das Rückgrat der DNA hält die lange Kette mit kovalenten Bindungen zusammen, aber keine genetische Information überträgt.
Das Molekül „Adenosintriphosphat“, bestehend aus Adenin, Ribose und drei Phosphaten, ist die universelle Energiewährung der biologischen Welt. Sollte es mit Wasser reagieren und dabei ein Phosphation verlieren, wird Energie freigesetzt. Diese Energie kann durch Mechanismen in den Enzymen verwendet werden, um unzählige Prozesse in allen Lebewesen anzutreiben.
Die meisten Kohlenhydrate und Fette werden zum Aufbau von Adenosintriphosphat benutzt.