In der anorganischen Chemie gibt es viele phosphorhaltige Säuren. Phosphor(V)-säure, auch als Orthophosphorsäure bekannt und in der Strukturformel H3PO4 ausgedrückt, ist eine charakteristische Verbindung mit einer sehr breiten industriellen Anwendung. Aber ist ihre Verwendung sicher?
Woher kommt Phosphorsäure?
Es gibt zwei grundlegende Methoden zur Gewinnung von Phosphorsäure. Die erste, nasse Methode, verwendet Kalziumphosphat, das natürlich in Gesteinen in Form von Mineralien wie Apatit oder Phosphatgestein vorkommt. Wenn es mit Schwefelsäure behandelt wird, wandelt es sich in leicht filtrierbares Calciumsulfat und Phosphor(V)-säure in Industriequalität um.
Alternativ wird die Säure für Lebensmittel und chemische Zwecke auch durch die Isolierung von reinem Phosphor in einem Lichtbogenofen und seine anschließende Umwandlung in Tetraphosphordecoxid hergestellt. Die Verbindung wird dann mit heißem Wasser behandelt, wodurch reine, hochwertige Phosphor(V)-säure entsteht.
Eigenschaften von Phosphor(V)-säure
Reine Phosphorsäure ist ein kristalliner Feststoff ohne Farbe und Geruch. Sie ist perfekt wasserlöslich und bildet eine durchsichtige Lösung, die in hoher Konzentration stark ätzend ist. Lösungen mit höheren Konzentrationen haben einen sehr niedrigen pH-Wert und eignen sich daher perfekt zum Ansäuern.
Die Verbindung ist korrosiv und reagiert mit aktiven Metallen wie Aluminium oder Eisen unter gleichzeitiger Freisetzung von Wasserstoff. Darüber hinaus ist sie hygroskopisch, wodurch sie effektiv Wasser aus der Umgebung aufnimmt.
Bei einer Temperatur von 42,35 °C schmelzen die Phosphorsäurekristalle. Der Siedepunkt beträgt 212 °C bei normalem Atmosphärendruck.
Chemische Düngemittel – die Hauptverwendung von Phosphorsäure
Phosphor(V)-säure wird hauptsächlich zur Herstellung von Mineraldünger verwendet. Diese in großem Umfang in der Landwirtschaft eingesetzten Substanzen sollen Kulturpflanzen mit den für das Wachstum notwendigen Elementen, insbesondere Stickstoff, Phosphor und Kalium, in idealem Verhältnis versorgen. Die wichtigsten Phosphordünger sind vor allem Superphosphate, die sich durch eine hohe Bioverfügbarkeit auszeichnen.
Leider ist eine Folge des hohen Verbrauchs von Phosphordüngern die Freisetzung großer Phosphormengen in die Umwelt. Als Folge kommt es zur Eutrophierung von Gewässern, was wiederum zu einer ernsthaften Störung des biologischen Gleichgewichts führt.
Weitere Beispiele für die Verwendung von Phosphorsäure
Bis zu 90 % der weltweiten Phosphorsäureproduktion wird für die Herstellung chemischer Düngemittel verwendet. Der Rest kommt hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz. Als Lebensmittelzusatzstoff E338 dient Phosphor(V)-säure als Säureregulator und ist in vielen beliebten kohlensäurehaltigen Getränken enthalten. Sie ist u.a. für den charakteristischen Geschmack von Coca-Cola verantwortlich.
E338 ist auch ein Wachstumhemmer von Bakterien und Schimmelpilzen, was die Sicherheit von Lebensmitteln (z.B. Marmeladen) erhöht und ihre Haltbarkeit verlängert. Phosphorsäuresalze regulieren nicht nur den Säuregehalt, sondern modifizieren auch Milchproteine und werden daher bei der Herstellung von Milchprodukten verwendet.
Andere Verwendungen von Phosphorsäure umfassen:
- chemische und pharmazeutische Industrie,
- Herstellung von Phosphatschutzschichten, die Metallen Korrosionsschutz verleihen,
- Zahnheilkunde und Kieferorthopädie (die Verbindung wird zum Ätzen der Zahnoberfläche verwendet),
- Produktion von Brennstoffzellen,
- Sanitisierung von Molkerei- und Brauereianlagen,
- Rostentfernungsverfahren an Metallelementen.
Darüber hinaus werden Phosphorsäuresalze auch bei Laborarbeiten, der Herstellung von Seifen und Waschmitteln sowie bei der Wasseraufbereitung verwendet.
Das Angebot der PCC-Gruppe umfasst eine breite Palette von Produkten auf Basis von Organophosphorverbindungen, die auch aus Phosphor(V)-säure gewonnen werden. Verfügbare Produkte, u.a. aus der Reihe der Phosphonate oder Phosphate, finden Sie auf dem Produktportal.
Ist Phosphorsäure gefährlich?
Phosphorsäure und ihre Salze sind im menschlichen Körper in begrenzten Mengen vorhanden. Sie sind für den richtigen pH-Wert von Körperflüssigkeiten verantwortlich, bauen aber auch Nukleinsäuren und molekulare Energieträger – ATP und ADP – auf. Die Verbindung ist auch in Zähnen und Knochen vorhanden.
Andererseits können übermäßige Mengen an Phosphor(V)-säure gesundheitsschädlich sein. Die Hauptbedrohung ist natürlich der Kontakt mit einer hochkonzentrierten H3PO4-Lösung. Diese stark ätzende Verbindung verursacht Verätzungen bei Kontakt mit Haut und Schleimhäuten. Ihr Verzehr führt zu schweren Reizungen des Verdauungssystems, Erbrechen, blutigem Durchfall, Atembeschwerden und sogar Krämpfen und Tod.
Leider verursacht E338 auch als Lebensmittelzusatzstoff in hohen Dosen negative gesundheitliche Auswirkungen. Wissenschaftlern zufolge kann ein Überschuss an Phosphor zur Entstehung von Nierensteinen und Osteoporose führen. Er stört auch die Aufnahme vieler wertvoller Mineralien und verursacht eine Erosion von Zahnschmelz.