Phosphorsäure

Was ist Phosphorsäure?  

Phosphorsäure (auch ortho-Phosphorsäure; engl. phosphoric acid) ist eine Säure des Elements Phosphor. Das erkennst du daran, dass die Säuregruppe (COOH) mit einem Phosphoratom (P) verbunden ist. Die Phosphorsäure-Formel lautet H₃PO₄.

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Die Ester (R-POO-R) der Säure sowie die Polyphosphate ((PO₄^3-)_n) spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel deines Körpers. In der Industrie wird die Phosphorsäure für verschiedenste Dinge wie zur Herstellung von Waschmitteln verwendet.

Phosphorsäure Eigenschaften  

Wir haben dir einige physikalische und chemische Eigenschaften der Phosphorsäure zusammengestellt:

Physikalische Eigenschaften:

• Molare Masse: Die molare Masse von H₃PO₄ beträgt 98 g/mol.
• Dichte : Phosphorsäure hat eine Dichte von 1,87 g/cm³.
• Schmelzpunkt: Bei 42,35°C schmilzt die Säure.
• Siedepunkt: Sie zersetzt sich bei 213°C unter Wasserabspaltung.

Chemische Eigenschaften:

• Aussehen: Phosphorsäure ist ein farbloser Feststoff. Enthält die Säure Wasser, liegt sie als farblose Flüssigkeit vor. 
• pH-Wert :Der pH-Wert der Phosphorsäure liegt bei 1,63. 
• pK_S-Werte : Da die Säure ihre Protonen (H⁺) in drei Stufen an Wassermoleküle abgibt, hat Phosphorsäure drei verschiedene pK_S-Werte:
  1. pK_S1: 2,16
  2. pK_S2: 7,21
  3. pK_S3: 12,32
• Löslichkeit: Die Säure ist vollständig mischbar mit Wasser.
• Laborbedarf: Im Labor wird hauptsächlich Phosphorsäure mit einer Konzentration von 85% verwendet.
• Nachweis: Du kannst die Säure durch Fällung mit Ammoniumheptamolybdat ((NH₄)₆Mo₇O₂₄) zu gelbem Ammoniummolybdatophosphat nachweisen. 

Im Folgenden wollen wir uns noch zwei Reaktionsgleichungen der Phosphorsäure ansehen.

Reaktionen der Phosphorsäure

Die Säure kann sogenannte Protolysereaktionen eingehen. Unter einer Protolyse verstehst du die Übertragung eines Protons (H⁺) von einem Reaktionspartner auf den anderen. Bei der Reaktion von H₃PO₄ mit Ammoniak (NH₃) überträgt die Säure ein Proton auf die Base Ammoniak. Dabei entstehen das Dihydrogenphosphat-Ion (H₂PO₄^–) und das Ammonium-Ion (NH₄⁺). Das kannst du in einer Protolysegleichung darstellen:

Lässt du H₃PO₄ mit einer Base reagieren, kannst du die Phosphorsäure neutralisieren. Dafür eignet sich zum Beispiel Natronlauge (NaOH in Wasser):

Du erhältst Trinatriumphosphat (Na₃PO₄) und Wasser (H₂O).

Du möchtest noch einmal genau erklärt bekommen, wie eine Neutralisationsreaktion funktioniert? Dann schau bei unserem Video vorbei!

Phosphorsäure Dissoziationsgleichungen  

Unter einer Dissoziation verstehst du die Aufspaltung chemischer Verbindungen in kleinere Bestandteile wie zum Beispiel Ionen. Bei Säuren werden zusätzlich auch Protonen (H⁺) abgegeben (Deprotonierung). Wie du an der Phosphorsäure-Formel H₃PO₄ sehen kannst, besitzt sie drei Protonen. Die gibt die Säure in Wasser in drei Schritten an die Wassermoleküle ab. Die dazugehörigen Dissoziationsgleichungen sehen dann wie folgt aus:

Schritt 1: Entstehung des Dihydrogenphosphat-Ions (H₂PO₄^–)

Schritt 2: Entstehung des Hydrogenphosphat-Ions (HPO₄^–)

Schritt 3: Entstehung des Phosphat-Ions (PO₄^3-)

Um die Dissoziation noch einmal genau erklärt zu bekommen, schau bei unserem Video dazu vorbei!

Phosphorsäure Vorkommen

Die Säure hat eine große biologische Bedeutung, da sie an deinem Stoffwechsel beteiligt ist. Dort kommt sie unter anderem in dem Energieüberträger Adenosintriphosphat (ATP) vor. Es enthält Phosphorsäure, wie dir der Name schon verrät, in Form von drei Phosphaten (PO₄^3-).

Du findest die Säure aber auch in deiner DNA und RNA . Die Säure in der DNA und RNA ist eigentlich die Phosphorsäure. Hier sind aber zwei Protonen (H⁺) durch Kohlenstoffatome ausgetauscht.

Phosphorsäure Verwendung  

Der farblose Feststoff kann für viele verschiedene Dinge verwendet werden. Wir haben einige Beispiele für dich zusammengestellt:

• Synthesestoff: Mithilfe der Säure können unterschiedliche Stoffe hergestellt werden. Beispiele dafür sind phosphathaltige Dünger, Waschmittel, Rostentferner oder Pufferlösungen.
• Reinigungsmittel: In Rostumwandlern / Rostentfernern (zum Entrosten) sowie flüssigen WC-Reinigern wird H₃PO₄ als Reinigungsmittel genutzt.
• Lebensmittelindustrie: Hier wird die chemische Verbindung in verdünnter Form zur Konservierung — also zum Haltbarmachen — von Lebensmitteln eingesetzt (E 338). Aufgrund ihrer Säureeigenschaften wird sie auch als Säuerungsmittel für Lebensmittel und Getränke verwendet. So enthält zum Beispiel unter anderem Cola Phosphorsäure. 
• Medizin: In dem Bereich dient H₃PO₄ als pharmazeutischer Hilfsstoff. Sie ist dann beispielsweise bei der Ansäuerung oder der Einstellung des richtigen pH-Werts beteiligt. 

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Phosphorsäure Herstellung  

In der Industrie kannst du H₃PO₄ aus dem Mineral Apatit gewinnen. Dafür musst du es zunächst aufbereiten, indem du schäumende Chemikalien hinzu gibst. Sie treiben bestimmte Bestandteile in Gasblasen angelagert nach oben (Flotation). Dadurch wird das Mineral zuerst konzentriert und dann mit Schwefelsäure (H₂SO₄) versetzt:

Bei der Reaktion erhältst du dann schließlich Phosphorsäure und Calciumsulfat (CaSO₄).

Da die Säure aus dem Element Phosphor besteht, kannst du sie auch mithilfe des chemischen Elements P herstellen. Dafür eignen sich sowohl weißer, als auch roter Phosphor. 

Verbrennst du den Phosphor in einer Glasglocke, die in einem Wasserbehälter steht, bildet sich in einer Reaktion mit Sauerstoff weißer Nebel. Das ist Phosphor(V)-oxid (P₄O₁₀):

Das Produkt löst sich dann in Wasser auf, wodurch Phosphorsäure entsteht:

Die Phosphorsäure ist also eine Säure des Elements Phosphor. Um jetzt alles über das Element Phosphor zu erfahren, schau dir unser Video dazu an!