Phosphor, P

(phosphorus) grch. phosphoros ("Lichtträger")

Stoffsystem

Phosphor ist ein Nichtmetall und kommt in drei Erscheinungsformen als weißer, roter und schwarzer Phosphor vor, die sich in Struktur und Eigenschaften stark voneinander unterscheiden: Weißer Phosphor ist eine weiche wachsartige Masse und in Wasser unlöslich. Es ist die reaktivste Modifikation des Elements mit einem leichten grünlichen Fluoreszieren und ist sehr giftig. Roter Phosphor ist ein amorphes Pulver mit tiefroter Färbung. Diese Modifikation ist unlöslich und seine Reaktivität ist weit geringer. Schwarzer Phosphor ist ein schwarzes, leicht metallisch glänzendes, kristallines Pulver ähnlich dem Graphit. Schwarzer Phosphor leitet elektrischen Strom. 

Physikalische und chemische Eigenschaften

Aussehen  weiß, rot-braun, schwarz   Schmelzpunkt 585 ° C
Geruch schwacher Eigengeruch   Sublimationspunkt 416  ° C
Molmasse 30,97  g/mol   Dichte  ( ° C) 2.200 g/cm3
Zustand bei 20 ° C fest   Löslichkeit in Wasser (20 ° C, 1 bar) unlöslich

Für weitere Stoffdaten siehe auch Übersicht der Elemente.

Herstellung und Anwendung

Technisch wird Phosphor aus Mineralien hergestellt. Die weltweiten Phosphor-Reserven sind limitiert, wobei derzeit von einer uneingeschränkten Verfügbarkeit nur noch in den nächsten 50-100 Jahren ausgegangen wird.

Phosphor wird u.a. eingesetzt in Düngern und Waschmitteln. Es wird auch bei der Produktion von Halbleitern genutzt. Als bekanntester Einsatz gilt die Zündholz-Herstellung.

Umwelteinfluss und Gesundheit

Phosphor ist für alle biologischen Organismen von lebenswichtiger Bedeutung. u.a. für den Energiestoffwechsel. In der Trockensubstanz der Pflanzen ist ca. 3% Phosphor enthalten. Die Verfügbarkeit von Phosphat wirkt für Pflanzen vielfach als limitierender Faktor der Primärproduktion, so dass in landwirtschaftlichen Kulturen große Mengen phosphathaltigen Düngers ausgebracht werden. 

Die akute orale Toxizität ( LD50) ist größer 15 g/kg bei Ratten. Die Fischtoxizität (LC50) liegt über 100 mg/l beim Zebrabärbling. 

Der menschliche Körper verfügt über 700 bis 900 g des Mineralstoffs Phosphat.

Der Arbeitsschutzwert für die weiße Phosphormodifikation wurde mit 0,1 mg/m3 (MAK-Wert) festgelegt.

Abwasserreinigung/Trinkwasseraufbereitung

Phosphor ist ein essentieller Nährstoff, durch den die Eutrophierung von Gewässern gesteuert wird. Über kommunales Abwasser oder landwirtschaftliche Einträge (Gülle) kann es im Überschuss ins Gewässer gelangen.

In vielen Fällen ist Phosphor der limitierende Faktor für das Wachstum von Mikroorganismen in den Gewässern. Jede Erhöhung der Phosphormenge in einem Gewässer führt i.d.R. zu einer entsprechenden Erhöhung der Biomasse. Mit der Senkung der Phosphoreinleitung in Gewässer kann die Eutrophierung wirkungsvoll kontrolliert werden.

Im Abwasser liegt der größte Teil des Gesamtphosphors in anorganischer gelöster Form zumeist als Orthophosphat vor. Daneben liegt ein geringer Teil des Phosphors organisch in gelöster und nicht gelöster Form vor. Kondensierte Phosphate und organische Phosphorfraktionen werden bereits im Kanalnetz und während der Abwasserreinigungsprozesse weitgehend in Orthophosphat umgewandelt. Ein geeignetes C:N:P-Verhältnis ist Voraussetzung für eine effektive biologische Abwasserreinigung.

Phosphor kommt vor allem über fäkale Ausscheidungen sowie über die Waschmittel in das Abwasser. Die gesetzliche Begrenzung des Phosphatgehalts in Waschmitteln mit der Phosphathöchstmengenverordnung hat eine deutliche Verminderung der Phosphorfracht und damit auch der Phosphorkonzentrationen im Rohabwasser bewirkt. Derzeit wird mit einem einwohnerspezifischen Phosphoranfall von rd. (2,5 g/E.d) angegeben.

Auch gelangt Phosphor durch Ausschwemmungen landwirtschaftlich genutzter überdüngter Flächen in Gewässer. 

Die Verminderung des Phosphors im Ablauf kommunaler Kläranlagen, die Phosphatelimination hat eine hohe Bedeutung. 

Bei einem spezifischen Phosphoranfall von (2,5 g/E.d) folgt rechnerisch im Rohabwasser eine Phosphorkonzentration von ca. 13 mg/l. Aufgrund der Vermischung mit phosphatarmen Industrieabwässern wird dieser rechnerische Wert in der Regel aber nicht erreicht.

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