- Phosphorsäure ist eine Verbindung, die häufig in lebenden Organismen vorkommt und für deren reibungsloses Funktionieren unerlässlich ist.
- In der Regel liegt Phosphorsäure (V) in Form einer wässrigen Lösung vor, deren Konzentration je nach Herstellungsverfahren variiert.
- Die trockene Herstellung von Phosphorsäure ist teurer und anspruchsvoller, führt aber zu einer konzentrierteren Säure mit weniger Verunreinigungen als das Nassverfahren.
- Phosphorsäure wird in vielen Industriezweigen verwendet. Besonders hervorzuheben sind die Düngemittelherstellung, die Lebensmittelindustrie, die pharmazeutische Industrie und die Herstellung von Reinigungsmitteln.
Was ist Phosphorsäure?
Phosphorsäure, auch bekannt als Phosphorsäure (V) oder Orthophosphorsäure (V), ist eine anorganische chemische Verbindung, die zur Gruppe der Sauerstoffsäuren gehört, d. h. derjenigen, die Sauerstoff in ihrer Struktur enthalten. Sie hat die Summenformel H3PO4.
Die Phosphorsäure 5 und ihre Verbindungen – Phosphate, wie Salze und Ester – haben eine sehr wichtige biologische Funktion. Sie sind Bestandteil von Nukleinsäuren wie DNA und RNA, die genetisches Material speichern, und von ATP, das für die Energiespeicherung in den Zellen verantwortlich ist. Darüber hinaus spielen Phosphorverbindungen wichtige Puffer- und Regulierungsfunktionen durch Phosphorylierung und Defosphorylierung von Proteinen, die die enzymatische Aktivität und andere Stoffwechselprozesse im Körper steuern.
Eigenschaften von Phosphorsäure
Phosphorsäure in reiner Form ist ein farbloser, geruchloser Feststoff mit einer molaren Masse von 98 g/mol und einer Dichte von 1,685 g/ml bei 25 °C. Phosphorsäure kommt meist als wässrige Lösung vor, die die Form einer sirupartigen Flüssigkeit hat. In dieser Form wird Phosphorsäure für den industriellen Gebrauch von Unternehmen wie Foodcom S.A. angeboten.
Phosphorsäure ist eine stabile, mäßig starke, dreistoffige Säure, die Lösungen ansäuern kann. Sie löst sich gut in Wasser und Ethanol, ist hygroskopisch und hat korrosive Eigenschaften. In der Lebensmittelindustrie werden Phosphorsäure und andere Stoffe mit ähnlichen Eigenschaften als Säureregulatoren verwendet.
Wo wird Phosphorsäure verwendet?
Die Verwendung von Phosphorsäure ist sehr vielfältig. Unter anderem wird sie als Substrat für die Herstellung von:
- Düngemitteln,
- Schutzschichten auf Metallen,
- Arzneimitteln, z. B. Aktivkohle und Nahrungsergänzungsmitteln
- Rostentfernern und industriellen Entkalkern,
- Lötflüssigkeiten,
- Seifen, Detergenzien und Reinigungsmittel,
- Kosmetika und Zahnpasta,
- mikrobearbeitete Materialien,
- Porzellankitt in der Zahnmedizin, in der Therapie und in medizinischen Labors,
- Laborreagenzien.
Auch in der Lebensmittelindustrie finden Phosphorverbindungen breite Anwendung. Phosphorsäure wird bei der Herstellung einer Vielzahl von Lebensmitteln verwendet, z. B. bei der Reinigung von Säften in der Zuckerindustrie und bei der Obstverarbeitung, wo sie hilft, unerwünschte Stoffe zu entfernen. Am bekanntesten ist jedoch ihre Verwendung als Säureregulator. In Lebensmitteln wird Phosphorsäure als Zusatzstoff mit dem Symbol E338 bezeichnet. Sie ist vor allem in Produkten wie kohlensäurehaltigen Getränken wie Coca-Cola und anderen Lebensmitteln wie Konfitüren enthalten.
Was sind Säureregulatoren? Es handelt sich um chemische Verbindungen, die als Lebensmittel- oder Getränkezusatzstoffe verwendet werden, um Lebensmitteln einen sauren Geschmack zu verleihen. Viele Säuren, darunter auch Phosphorsäure, können auch dazu dienen, die Haltbarkeit von Produkten zu verlängern und den pH-Wert zu regulieren.
Als pH-Regulator wird Phosphorsäure auch bei der Herstellung von Kosmetika und Hautpflegeprodukten verwendet, während sie als Desinfektionsmittel in der Lebensmittel-, Molkerei- und Brauereiindustrie eingesetzt wird.
Herstellung von Phosphorsäure
Bei der Herstellung von Phosphorsäure wird zwischen dem so genannten Nass- und dem Trockenverfahren unterschieden.
Bei der Herstellung von Phosphorsäure im Nassverfahren werden phosphathaltige Materialien, meist Kalziumphosphat, verwendet. Häufig werden auch Mineralien wie Apatit und Phosphorit oder gemahlene Tierknochen verwendet. Dieses Material wird mit Schwefelsäure behandelt. Bei der Reaktion entstehen Phosphorsäure und Calciumsulfat (Gips), das sich durch Filtration leicht abtrennen lässt. Die resultierende Säure hat in der Regel einen Gehalt von 32-46 % und wird daher weiter konzentriert und gereinigt.
Das Trockenverfahren wird zur Gewinnung hochreiner Phosphorsäure, z. B. für die Verwendung in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie, eingesetzt. Es ist teurer und energieintensiver als das Nassverfahren, führt aber zu Phosphorsäure mit einer höheren Konzentration und weniger Verunreinigungen.
Das trockene Verfahren zur Gewinnung von Phosphorsäure beinhaltet die direkte Verbrennung von Phosphor in Gegenwart von Sauerstoff und die anschließende Hydratisierung des entstehenden Phosphor(V)-Oxids durch Reaktion mit Wasser. Dieses Verfahren erfordert eine kontrollierte Zugabe von Wasser, um die Bildung verschiedener polymerer Formen von Phosphorsäuren wie Metaphosphorsäure oder Pyrophosphorsäure zu vermeiden, die sich bei unvollständiger Hydratation bilden können. Eine weitere Herausforderung bei dieser Methode ist der Bedarf an reinem Phosphor. Dieser wird meist durch die Reduktion von Phosphaterz in einem Lichtbogenofen in einem so genannten thermischen Verfahren in Gegenwart von Koks und Kieselsäure gewonnen.
Phosphorsäure ist eine äußerst vielseitige chemische Verbindung mit einem breiten Anwendungsspektrum – von der Lebensmittelindustrie über die chemische Industrie bis hin zum Kosmetik- und Pharmasektor. Ihre Rolle als Säureregulator und als Ausgangsstoff für Düngemittel macht sie zu einem der wichtigsten Substrate der modernen Industrie. Die Rolle der Phosphorsäure in der Weltwirtschaft kann kaum überschätzt werden.
