Polyphosphorsäuren

Ketten und ringförmige Polyphosphorsäuren bilden sich beim Erwärmen über 300 °C via Kondensationsreaktionen (Wasserabspaltung). Die einfachsten Vertreter sind Diphosphorsäure, auch als Pyrophosphorsäure bezeichnet, und Triphosphorsäure, die durch Kondensation von zwei beziehungsweise drei Orthophosphorsäuremolekülen im Drehrohrofen bei Temperaturen zwischen 400 und 600 °C entstehen. Je nach Zeitdauer der Wärmeeinwirkung und Temperatur kann der Kondensationsgrad n bis auf 10.000 anwachsen.[4]

Die Pyrophosphorsäure ist die einzige von den linearen Polyphosphorsäuren, die leicht in kristalliner Form erhalten werden kann. Sie besitzt einen theoretischen Diphosphorpentoxid-Gehalt von 79,8 %. Bringt man eine flüssige Säure mit dieser Konzentration zum Kristallisieren, erhält man Pyrophosphorsäure (Form I), die gewöhnliche Form (Schmelztemperatur 54,3 °C), als weißen Festkörper. Wird die kristalline Form I in einem abgeschlossenen Rohr mehrere Stunden auf 50 °C erhitzt, dann erfolgt eine Umwandlung in eine Form II (Schmelztemperatur 71,5 °C), die bei Raumtemperatur die stabile Form ist.[5]

Durch Zugabe von wenig Wasser zu Diphosphorpentoxid sind sie ebenfalls zugänglich.[6] Zum Beispiel erhält man Tetrametaphosphorsäure, wenn hexagonales P₄O₁₀ langsam in Eiswasser gegeben wird.[5] Außerdem entstehen Polyphosphorsäuren beim thermischen Zerfall der als Flammschutzmittel verwendeten Ammoniumphosphate.[6]

Die Salze der Metapolyphosphorsäuren können beispielsweise durch alkalische Hydrolyse von Phosphorpentoxid gewonnen werden.[4]

Polyphosphorsäuren sind je nach Polymerisationsgrad farblose, hochviskose bis glasartige Stoffe, deren Säurestärke mit zunehmender Kettenlänge zunimmt.[4] In allen Phosphorsäuren und Polyphosphaten teilen die aufbauenden PO₄-Tetraeder miteinander nur die Ecken, nie Kanten oder gar Flächen. Die POP-Winkel besitzen Werte zwischen 120 und 180° (je nach dem Ausmaß der Bildung von d_πp_π-Bindungen).[7]

Handelsübliche Polyphosphorsäure ist eine hygroskopische, viskose, farb- und geruchlose Flüssigkeit, die in Wasser hydrolysiert. Ihre wässrige Lösung reagiert stark sauer.[1]

Polyphosphorsäuren werden als Zwischenprodukt zur Herstellung abgeleiteter Verbindungen verwendet. Die Salze der Polyphosphorsäuren bilden mit Metallionen wasserlösliche Komplexverbindungen. So ist insbesondere das Pentanatriumtripolyphosphat kommerziell bedeutsam, das als Wasserenthärtungsmittel Verwendung findet.[4] Auch werden sie zur Herstellung von Ammoniumphosphaten eingesetzt.[8]

1. Eintrag zu Polyphosphorsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 29. Januar 2024. (JavaScript erforderlich)
2. Lexikon der Chemie: Polyphosphorsäuren, abgerufen am 27. Mai 2022.
3. Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. De Gruyter, 2015, ISBN 978-3-11-038774-2 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
4. Josef K. Felixberger: Chemie für Einsteiger. Springer Berlin Heidelberg, 2017, ISBN 978-3-662-52821-1, S. 211 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
5. E. Schwarzmann: Hydroxide, Oxidhydrate und Oxide Neue Entwicklungen. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-87024-8, S. 55 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
6. Chemgapedia: Polyphosphorsäure, abgerufen am 27. Mai 2022.
7. A. F. Holleman, Wiberg Nils: Lehrbuch der anorganischen Chemie. De Gruyter, 2019, ISBN 978-3-11-083817-6, S. 660 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
8. Martin Bertau, Peter Fröhlich, Michael Katzberg: Industrielle Anorganische Chemie. Wiley-VCH, 2013, ISBN 978-3-527-33019-5, S. 178 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).