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Phosphor (P)
Das Element Phosphor wurde 1669 vom Alchemisten Hennig Brand entdeckt, der auf der Suche nach dem Stein der Weisen war. Diesen fand er zwar nicht – aber dafür etwas mindestens ebenso Interessantes: einen Stoff, der im Dunkeln spontan leuchtet!
Vom Mittelalter bis in die frühe Neuzeit wurden chemische Experimente hauptsächlich von sogenannten Alchemisten durchgeführt. Sie hatten ein grosses praktisches Wissen in der Handhabung von Gerätschaften und chemischen Stoffen, konnten aber viele ihrer Versuche nach heutigem Kenntnisstand nicht korrekt interpretieren. So glaubten einige Alchemisten, man könne aus unedlen Materialien Gold herstellen, und suchten dazu nach dem „Stein der Weisen“.
Kein Stein der Weisen, dafür ein Lichtträger
Zu diesen Alchemisten gehörte auch der Deutsche Hennig Brand. Den Stein der Weisen fand er zwar nicht, doch machte er im Jahr 1669 eine andere faszinierende Entdeckung: Er stiess auf einen Stoff, der im Dunkeln ohne jegliches Zutun von selbst leuchtete! Brand nannte den Stoff „kaltes Feuer“, später erhielt er den Namen „Phosphorus“, was aus dem Griechischen abgeleitet ist und „Lichtträger“ bedeutet. Heute wissen wir, dass Brand bei seinen Experimenten die weisse Form des Elements Phosphor gereinigt hatte. Er ist damit der erste namentlich bekannte Entdecker eines chemischen Elements.
Die Quelle des von Brand entdeckten Phosphors war übrigens – Urin! Urin enthält nämlich rund 0.1 g Natriumphosphat pro 100 ml. Erhitzt man getrockneten Urin unter der Zugabe von Sand, wird Phosphor freigesetzt, der sich als weisslich-gelber Feststoff an den kühleren Teilen der Apparatur absetzt. Er ist hochgiftig und leicht entzündlich, das Experiment war also nicht ganz ungefährlich! Heute wird weisser Phosphor darum immer in Wasser und unter Ausschluss von Luft aufbewahrt. Wir wissen inzwischen auch, warum dieser Stoff die faszinierende Eigenschaft hat, im Dunkeln einen schwachen Schimmer zu erzeugen: Dies geschieht, weil er langsam, aber kontinuierlich mit Sauerstoff reagiert und dabei Licht abgibt (man nennt dies Chemolumineszenz).
Ein Element, verschiedene Erscheinungsformen
Unter dem Einfluss von Licht oder bei Erhitzung in einem geschlossenen System wandelt sich weisser zu rotem Phosphor um; dabei ordnen sich die einzelnen Atome des Stoffes anders an. Roter Phosphor ist weder giftig noch selbstleuchtend und bleibt an der Luft stabil; er ist beispielsweise in den bräunlichen Reibflächen von Zündholzschachteln enthalten.
Zündhölzer – früher auch Schwefelhölzer genannt – enthalten in ihrem Zündkopf sowohl Schwefel als auch Chlorat. Streicht man damit über die phosphorhaltige Reibefläche an der Schachtel, bleiben kleinste Spuren von Phosphor am Zündkopf hängen und entzünden sich zusammen mit dem Chlorat sofort – der Schwefel und schliesslich das ganze Zündholz beginnen zu brennen.
Bei den ersten Zündhölzern waren übrigens all diese Komponenten direkt im Zündkopf enthalten; ein wenig Reibung, z. B. an einem Stein oder sogar an der Schuhsohle genügte, um das Zündholz zu entflammen. Allerdings bestand daher auch die Gefahr, dass sich die Zündhölzer beim Schütteln der Schachtel ungewollt von selbst entzündeten. Die heute gebräuchlichen „Sicherheitszündhölzer“, bei denen der Phosphor von den anderen Zutaten getrennt und auf der Reibfläche aufgebracht wurde, sind also ein klarer Fortschritt!
Wo kommt Phosphor sonst noch vor?
- Da sich Phosphor so leicht entzünden lässt und dabei ein gleissendes Licht produziert, wird er auch in der Pyrotechnik für Feuerwerkskörper eingesetzt.
- Phosphor verbindet sich chemisch mit zahlreichen anderen Elementen. Viele Phosphorverbindungen sind unerlässlich für das Leben auf der Erde – zum Beispiel enthalten DNA und RNA ein Phosphat-"Rückgrat", und Knochen bestehen aus der phosphorhaltigen Substanz Hydroxylapatit.
- Während wir Menschen Phosphoratome über die Nahrung aufnehmen, decken Pflanzen ihren Phosphorbedarf über die Aufnahme von Mineralien aus dem Boden. Phosphatverbindungen sind daher wichtige Bestandteile von Düngemitteln.
- Natriumpolyphosphat wurde während des 20. Jahrhundert als Zusatz für Seifen und Waschpulver genutzt, da es die Ablagerung von Kalk und Kesselstein in Waschmaschinen verhindert. Leider kann es in der Kläranlage nicht vollständig aus dem Wasser entfernt werden und führt zur übermässigen Vermehrung von Algen in Seen und Flüssen ("Algenblüten"). Man ersetzte Polyphosphate inzwischen durch andere Substanzen wie Zeolithe.
Die „chemische Adresse“ von Phosphor
3. Periode, 5. Hauptgruppe, Ordnungszahl 15: Das wäre sozusagen die Adresse von Phosphor im Periodensystem der Elemente. Sein Platz befindet sich also in dem kleinen Bereich zwischen den Halbmetallen und den Halogenen. Phosphor ist zusammen mit Kohlenstoff und Schwefel eines der wenigen Elemente, die nicht Metalle sind, aber bei Normalbedingungen als Feststoff vorliegen.
Der weitaus grösste Teil der chemischen Elemente hat metallische Eigenschaften; von den übrigen sind die meisten bei Raumtemperatur und Normaldruck gasförmig. Einzig Quecksilber und Brom sind bei Normalbedingungen flüssig.