Versuch 86: Verbrennung von rotem Phosphor - Einleitung

Der Name Phosphor kommt aus dem griechischen und heißt in etwa so viel wie "Licht tragend". Wie die Griechen auf eine solche Bezeichnung gekommen sind zeigt das Experiment der „Verbrennung von Phosphor“.

Neben der eindrucksstarken Lumination bei der Verbrennung des roten Phosphors in diesem Versuch hat der weiße Phosphor die Eigenschaft an der Luft ein hellgrünes, kaltes Leuchten zu erzeugen, das ähnlich der Chemolumineszenz ist, aber viel länger anhält. Ihm zu ehren nennt man sein kaltes Leuchten die Phosphoreszenz.

Halten wir einen Moment inne. Was ist roter Phosphor und was ist weißer Phosphor? Phosphor ist wohl eines der wandelbarsten aller Elemente. Es kommt in verschiedenen Modifikationen (Erscheinungsformen) vor, die jeweils andere Strukturen und Eigenschaften haben. Phosphor tritt in insgesamt vier Formen auf: weißer Phosphor, roter Phosphor, schwarzer Phosphor und violetter Phosphor. Die Unterscheidung spielt auf Grund der deutlich verschiedenen Eigenschaften eine große Rolle. Die gefährlichste Modifikation ist der weiße Phosphor, der am stärksten reaktiv ist.

Er zündet bei 50°C, reagiert also schon bei leicht erhöhter Temperatur an der Luft. Mutige Experimentatoren bringen diese Temperaturen durch Reibung auf und schreiben brennende Schrift mit einem Stück weißen Phosphor (Vom Nachahmen sei deutlich abgeraten!). In Wasser brennt weißer Phosphor nicht, kann nach dem Verdunsten des Wassers aber wieder zünden. Hier zeigt sich die Gefahr des weißen Phosphors. Auch die Aufnahme von Phosphor in den Körper ist gefährlich. Bereits 50 Milligramm des weißen Phosphors sind für den Menschen tödlich.

Der rote Phosphor, den wir in diesem Versuch verwenden ist im Vergleich dazu ungefährlicher, weil weniger reaktiv. In Verbindung mit Oxidationsmitteln kann er allerdings auch explosionsartig reagieren. Dieses Erlebnis hatten die meisten Leser bestimmt schon unzählige Male. Die Reibefläche von Sicherheitsstreichhölzern ist mit einer Mischung aus rotem Phosphor und Glaspulver bestrichen. Der Zündkopf des Streichholzes enthält eine Mischung aus Schwefel und Kaliumchlorat, die als Oxidationsmittel fungieren und das Streichholz zünden.

In der alltäglichen Verwendung finden die anderen Modifikationen des Phosphors nur wenig Aufmerksamkeit. Häufig und für das Leben essentiell sind allerdings Phosphorverbindungen. Die Desoxyribonukleinsäure, eine polymere Nucleinsäure enthält an jedem ihrer Einzelstücke (Nucleotide) einen Phosphatrest. Na klar, wir sprechen hier von der DNA, dem Biomolekül, das unsere Erbinformationen trägt! Phosphate sind auch besonders gute Puffer. Puffer haben chemisch nichts mit den Kartoffelpuffern zu tun. Sie puffern einen pH-Wert-Bereich, sorgen also für Konstanz, die im Falle des Phosphorpuffers unter Anderem den pH-Wert des Blutes stabil hält.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Im Abzug arbeiten! Wasser-/Umweltgefährdend Leichtentzündlich Neutralisieren! ?!?

Chemikalien

  • roter Phosphor
  • Sauerstoff
  • BTB Indikator

Materialien

  • Standkolben
  • Verbrennungslöffel
  • Becherglas
  • Bunsenbrenner
  • Petrischale

Durchführung

In den Standkolben leitet man Sauerstoff aus der Gasflasche und deckt ihn mit einer Petrischale ab. Den gefüllten Standkolben und einen Bunsenbrenner stellt man in einen Abzug und füllt in den Verbrennungslöffel einen halben Spatel (ca. 1g) roten Phosphor.

Den Spatel flammt man umgehend im Bunsenbrenner ab und beginnt mit dem eigentlichen Versuch.

Man hält den Verbrennungslöffel in die Brennerflamme, bis der Phosphor zündet. Nun nimmt man die Petrischale vom Standkolben und hält den Verbrennungslöffel hinein, bis er erlischt. Nach dem Ende der Reaktion lässt man den Standkolben einen Moment abkühlen.

In der Zwischenzeit bereitet man ein Becherglas vor, in das man Wasser und einige Tropfen BTB-Indikatorlösung gibt. Nun füllt man etwas dieser Lösung in den Standkolben.

Entsorgung

Alle mit dem roten Phosphor in Kontakt gekommenen Gegenstände (Spatel, Verbrennungslöffel) werden noch einmal gründlich in der Brennerflamme abgeflammt. Die Phosphorsäure wird neutralisiert und in den Ausguss gegeben. Reste von Phosphor(V)oxid im Kolben werden mit Wasser versetzt, neutralisiert und ebenfalls in den Ausguss gegeben.

Ergebnisse

In der Sauerstoffatmosphäre leuchtet der verbrennende rote Phosphor hell gelb auf. Ein dichter weißer Nebel breitet sich im Kolben aus. Der Nebel setzt sich nach Reaktionsende an der Glaswand ab und lässt sich leicht in Wasser lösen. Der Säure/Base Indikator Bromthymolblau (3,3'-Dibromthymolsulfonphthalein) schlägt von blau über grün nach gelb um.

Bei dem Sauerstoffüberschuss im Kolben bildet sich bei der Verbrennung des Phosphors Phosphor(V)oxid, das Tetraphosphordecaoxid. Phosphor(V)oxid ist ein weißes, geruchloses Pulver.

Oxidation: P4 → 4P5+ + 20e-

Reduktion: O2 + 4e- → 2O2-

Gesamt: P4 + 5O2 → P4O10

Das Phosphoroxid bildet in Wasser (ortho-)Phosphorsäure, die durch den Indikator nachgewiesen werden kann. Der Umschlagbereich des Bromthymolblau liegt bei einem pH Wert von 5.8, die Lösung ist also definitiv sau(r)er geworden.

P4O10 + 6H2O → 4H3PO4

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Hinweise

Bei der Verbrennung von rotem Phosphor entstehen giftige Phosphorverbindungen. Der Versuch sollte deshalb nur im Abzug durchgeführt werden.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Verbrennung von rotem Phosphor

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NEU

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