Phosphat: Silber-, Molybdat- und Magnesiumfällung
Wie man Orthophosphat mit Silbernitrat, Molybdat und Magnesiamixtur nachweist, welche Bedingungen dafür gelten und wie man es von Arsenat abgrenzt.
Das Wichtigste in Kürze
- Orthophosphat weist man über schwerlösliche oder farbige Verbindungen mit Silber, Molybdat, Magnesium oder Zirconium nach.
- Mit \(\ce{AgNO3}\) fällt in neutraler Lösung gelbes \(\ce{Ag3PO4}\), das sich in Ammoniak als \(\ce{[Ag(NH3)2]+}\) löst; bei pH < 3 und bei pH 12 gelingt keine Fällung.
- Salpetersaure Ammoniummolybdat-Lösung bildet die gelbe Heteropolysäure \(\ce{(NH4)3[PMo12O40]}\); Arsenat reagiert ebenso.
- Magnesiamixtur fällt aus ammoniakalischer, ammoniumhaltiger Lösung weißes, kristallines \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\).
- \(\ce{NaH2PO4}\) und \(\ce{Na2HPO4}\) unterscheidet man über den pH-Wert ihrer Lösungen, nicht über Silber- oder Magnesiumfällung.
- Phosphat ist nicht flüchtig und nicht redoxaktiv: Es oxidiert Iodid nicht, entfärbt Iod nicht und wird von Zink nicht reduziert.
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Phosphat im Überblick
Orthophosphat steckt in vielen Pufferlösungen und Hilfsstoffen wie Dinatriumhydrogenphosphat. Seine Identität prüft man über schwerlösliche oder farbige Verbindungen, deren Bildung stark vom pH-Wert abhängt.
| Nachweis | Reagenz und Bedingungen | Beobachtung |
|---|---|---|
| Silberfällung | \(\ce{AgNO3}\), neutrale Lösung | gelber Niederschlag, löslich in Ammoniak |
| Molybdatfällung | Ammoniummolybdat, salpetersauer, Erwärmen | gelber Niederschlag |
| Molybdat-Vanadat | Molybdat-Vanadat-Reagenz, sauer | Gelbfärbung |
| Magnesiumfällung | \(\ce{MgCl2}\), \(\ce{NH4Cl}\), \(\ce{NH3}\) | weißer, kristalliner Niederschlag |
| Zirconiumfällung | Zirconiumsalz, stark salzsauer | weißer Niederschlag |
Silberphosphat
Silberphosphat ist in Wasser schwer löslich. Freie Phosphat-Ionen fällen deshalb Silber-Ionen sofort aus. Entscheidend ist, dass genug \(\ce{PO4^3-}\) vorliegt und das Silber nicht anders gebunden wird.
Durchführung und Beobachtung
Man versetzt die neutrale Probelösung (um pH 7) mit Silbernitrat-Lösung. Es entsteht ein gelber Niederschlag von \(\ce{Ag3PO4}\):
\[\ce{3 Ag+ + PO4^3- -> Ag3PO4 v}\]
Geht man von Hydrogenphosphat aus, wird bei der Fällung ein Proton frei:
\[\ce{3 Ag+ + HPO4^2- -> Ag3PO4 v + H+}\]
Der Niederschlag löst sich in Ammoniak-Lösung. Ammoniak bindet das Silber als Diamminsilber(I)-Komplex, den du von den Silberhalogeniden kennst:
\[\ce{Ag3PO4 + 6 NH3 -> 3 [Ag(NH3)2]+ + PO4^3-}\]
Die Löslichkeit beruht also auf der Komplexbildung am Silber. Mit einem gut löslichen Ammoniumphosphat hat sie nichts zu tun, und das Phosphat bleibt unverändert Phosphat. Es entsteht dabei kein Silberphosphonat.
Warum der pH-Wert stimmen muss
Der Nachweis gelingt nur in einem schmalen Fenster. Man kann sich das wie eine Zange vorstellen: Von der sauren Seite greifen Protonen das Phosphat an, von der basischen Seite Hydroxid-Ionen das Silber.
- Stark sauer (pH < 3, etwa salpetersauer bei pH 1): Phosphat liegt als \(\ce{H2PO4-}\) oder \(\ce{H3PO4}\) vor. Es fällt nichts aus, vorhandenes \(\ce{Ag3PO4}\) löst sich: \(\ce{Ag3PO4 + 2 H+ -> 3 Ag+ + H2PO4-}\).
- Stark basisch (pH 12): Statt Silberphosphat fällt braunes Silberoxid, \(\ce{2 Ag+ + 2 OH- -> Ag2O v + H2O}\).
- Ammoniakalisch: Das Silber steckt im Diamminkomplex und steht für die Fällung nicht zur Verfügung.
Gern gefragt: Gelbes \(\ce{Ag3PO4}\) fällt nur in neutraler Lösung und löst sich in Ammoniak als \(\ce{[Ag(NH3)2]+}\). Achte auf die Grenzen: bei pH < 3 und bei pH 12 gelingt keine Phosphatfällung.
Grenzen des Nachweises
Der Niederschlag ist immer \(\ce{Ag3PO4}\), gleich welche Phosphatform man einsetzt. Die Silberfällung, etwa aus essigsaurer Lösung, unterscheidet daher Dihydrogenphosphat nicht von Hydrogenphosphat.
Molybdat- und Magnesiumfällung
Molybdat lagert sich in saurer Lösung um ein Phosphat-Ion zu einem großen, gelben Anion zusammen. Magnesium dagegen baut Phosphat zusammen mit Ammonium in ein schwerlösliches Doppelsalz ein.
Molybdatophosphat
Man säuert mit Salpetersäure an, gibt Ammoniummolybdat zu und erwärmt. Es bildet sich ein gelber Niederschlag von Ammoniummolybdatophosphat:
\[\ce{PO4^3- + 12 MoO4^2- + 3 NH4+ + 24 H+ -> (NH4)3[PMo12O40] v + 12 H2O}\]
Eine Heteropolysäure besteht aus vielen kondensierten Oxoanionen eines Metalls wie Molybdän, die ein Zentralatom eines anderen Elements wie Phosphor umschließen.
Im Anion \(\ce{[PMo12O40]^3-}\) sitzt ein \(\ce{PO4}\)-Tetraeder in der Mitte. Zwölf \(\ce{MoO6}\)-Oktaeder umhüllen es wie eine Schale.
Mit Molybdat-Vanadat-Reagenz entsteht eine gemischte Heteropolysäure. Man sieht hier keinen Niederschlag, sondern eine Gelbfärbung der Lösung.
Arsenat \(\ce{AsO4^3-}\) bildet mit Molybdänsäure ebenfalls eine gelbe Heteropolysäure. Die Gelbfärbung allein beweist daher kein Phosphat, Arsenat muss ausgeschlossen sein.
Magnesiumammoniumphosphat
Man versetzt die Probe mit Magnesiamixtur aus \(\ce{MgCl2}\), \(\ce{NH4Cl}\) und Ammoniak. Aus der ammoniakalischen, ammoniumhaltigen Lösung fällt weißes, kristallines Magnesiumammoniumphosphat \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\):
\[\ce{Mg^2+ + NH3 + HPO4^2- + 6 H2O -> MgNH4PO4*6H2O v}\]
Das Ammoniumchlorid puffert den pH-Wert. So fällt Phosphat aus, aber nicht \(\ce{Mg(OH)2}\). Im ammoniakalischen Milieu gehen alle Phosphatformen in dasselbe Salz über. Auch diese Fällung unterscheidet daher Dihydrogen- von Hydrogenphosphat nicht. Wird im Examen gerne gefragt: Natriumdihydrogenphosphat und Dinatriumhydrogenphosphat trennt man über den pH-Wert ihrer Lösungen. \(\ce{NaH2PO4}\) reagiert schwach sauer, \(\ce{Na2HPO4}\) schwach basisch.
Zirconiumphosphat
Zirconium fällt Phosphat sogar aus stark salzsaurer Lösung als weißes Zirconiumphosphat. Diese Fällung funktioniert also dort, wo Silber versagt.
Abgrenzung
Phosphor steht im Phosphat in seiner höchsten Oxidationsstufe +5, und Phosphorsäure ist nicht flüchtig. Daraus folgt sein unauffälliges Verhalten in den Vorproben. Beim Eindampfen mit konzentrierter Salzsäure entsteht keine flüchtige Verbindung. Beim Ansäuern mit Schwefelsäure zerfällt keine instabile Säure, anders als beim Carbonat oder bei den Schwefelanionen. Dasselbe gilt für Perchlorat.
Phosphat oxidiert Iodid in saurer Lösung nicht zu Iod. Es entfärbt auch keine Iodlösung, gehört also nicht zu den reduzierenden Anionen. Unedle Metalle wie Eisen oder Zink reduzieren es in schwach saurer Lösung nicht zu elementarem Phosphor.
Quiz
Aussage 1
Silberphosphat löst sich in Ammoniak, weil das Silber als Diamminsilber(I)-Komplex gebunden wird.
Ammoniak bildet \(\ce{[Ag(NH3)2]+}\), das Phosphat bleibt als \(\ce{PO4^3-}\) in Lösung.
Aussage 2
Aus ammoniakalischer, ammoniumhaltiger Lösung fällt Phosphat mit Magnesium-Ionen als weißes, kristallines \(\ce{MgNH4PO4*6H2O}\).
Das ist die Fällung mit Magnesiamixtur; \(\ce{NH4Cl}\) verhindert dabei das Ausfallen von \(\ce{Mg(OH)2}\).
Aussage 3
Eine gelbe Heteropolysäure mit Molybdänsäure beweist eindeutig Phosphat, weil nur Phosphat sie bildet.
Arsenat bildet mit Molybdänsäure ebenfalls eine gelbe Heteropolysäure und muss ausgeschlossen werden.
Aussage 4
Bei pH 12 entsteht mit Silbernitrat statt Silberphosphat braunes Silberoxid.
Hydroxid-Ionen fällen das Silber als \(\ce{Ag2O}\), eine Phosphatfällung ist so nicht möglich.
Aussage 5
Phosphat entfärbt Iodlösung, weil es als Reduktionsmittel wirkt.
Phosphor liegt in der höchsten Oxidationsstufe +5 vor. Phosphat entfärbt Iod nicht und oxidiert Iodid auch nicht.
Aussage 6
Gibt man Silbernitrat zu einer salpetersauren Phosphatlösung mit pH 1, fällt gelbes Silberphosphat aus.
Unterhalb von pH 3 ist Phosphat protoniert, es fällt nichts aus. Der Nachweis gelingt in neutraler Lösung.
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