Tripolyphosphat-Natrium (7758-29-4) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Tripolyphosphat-Natrium
Ein in Wasser lösliches anorganisches Phosphatsalz, das industriell als Komplexbildner, Builder und Puffer in Reinigungsmitteln, Waschmitteln und Lebensmittelverarbeitungsformulierungen eingesetzt wird.
| CAS-Nummer | 7758-29-4 |
| Familie | Phosphatsalze |
| Typische Form | Weißes Pulver oder kristalline Granulate |
| Gängige Reinheiten | EP, FCC, Food Grade, Reagent Grade, Technical Grade, USP |
Tripolyphosphat-Natrium ist ein anorganisches kondensiertes Phosphatsalz des Triphosphorsäure-Anions und gehört zur Stoffklasse der Alkali-Polyphosphate. Seine empirische Formel wird als \(\ce{Na5O10P3}\) angegeben, was dem Pentasodiumsalz des Triphosphatanions entspricht; die Struktur kann als drei Phosphattetraeder betrachtet werden, die durch zwei Brücken-P–O–P-Bindungen zu einer linearen kondensierten Phosphatkette verknüpft sind, die an den Enden von Oxyanionen abgeschlossen wird, welche durch Natrium-Kationen kompensiert werden. Elektronisch handelt es sich um ein hochpolarisiertes, vollständig ionisiertes anorganisches Salz im festen Zustand und in wässriger Lösung, charakterisiert durch mehrere Sauerstoff-Lewis-Basen (zehn gemeldete H‑Brücken-Akzeptorstellen) und ohne H‑Brücken-Donoren.
Funktionell verhält sich die Verbindung als basisches, sequestrierendes Polyphosphat. In wässrigen Medien erzeugt es alkalische Lösungen (mit einem \(\mathrm{pH}\)-Wert im verdünnten 1%-Bereich nahe 9,7–9,8) und verfügt über eine starke Chelatierungskapazität für zwei- und mehrwertige Kationen (z. B. \(\ce{Ca^{2+}}\), \(\ce{Mg^{2+}}\), bestimmte Schwermetalle), was seine breite Verwendung als Waschmittel-Builder, Komplexbildner und Wasserenthärter begründet. Hydrolytisch ist das kondensierte Triphosphat-Spezies thermodynamisch und kinetisch anfällig für schrittweise Hydrolyse (Rückreaktion) zu Pyrophosphat und Orthophosphat unter längerer Erhitzung oder saurer/basischer Katalyse; es bildet zudem stabile Hydrate und ist mäßig hygroskopisch. Die Verbindung ist nicht brennbar, zersetzt sich jedoch bei starker Erhitzung unter Freisetzung von Phosphoroxiden und anderen reizenden Gasen.
Gängige kommerzielle Reinheitsgrade für diesen Stoff sind: EP, FCC, Food Grade, Reagent Grade, Technical Grade, USP.
Grundlegende Physikalische Eigenschaften
Dichte
Gemeldete Festdichte: \(2.52\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}\).
Das Feststoffsalz ist ein kristallines Ionensalz; die gemessenen Dichten spiegeln die kompakte Packung der Natriumkationen um das mehrfach geladene Polyphosphatanion wider. Die Schüttdichte von granulierten oder pulverförmigen Handelsqualitäten ist niedriger und hängt von Korngröße und Porosität ab.
Schmelz- oder Zersetzungspunkt
Gemeldeter thermischer Übergang: \(622\,^\circ\mathrm{C}\).
Zwei kristalline wasserfreie Modifikationen sind mit einem scheinbaren polymorphen Übergang nahe \(417\,^\circ\mathrm{C}\) beschrieben worden; bei höheren Temperaturen zersetzt sich das Material unter Dampfbildung und Freisetzung von Phosphor-Sauerstoff-Zersetzungsprodukten, anstatt einfach zu schmelzen. Das thermische Verhalten sollte daher eher als Zersetzung und nicht als reines Schmelzereignis betrachtet werden, insbesondere bei verarbeitungstechnischen Betrachtungen.
Löslichkeit in Wasser
Die Löslichkeit wird unterschiedlich angegeben als: „Leicht löslich in Wasser. Unlöslich in Ethanol.“
Quantitative wässrige Löslichkeiten werden angegeben im Bereich: - Löslichkeit in Wasser (g/100 ml) bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\): 20; bei \(100\,^\circ\mathrm{C}\): 86,5. - Löslichkeit in Wasser, g/100ml bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\): 14,5.
Gemeldete Löslichkeitswerte variieren je nach Feststoffform, Hydratationsgrad und Messmethode. Praktisch ist das Salz bei Raumtemperatur gut in Wasser löslich und bildet klare alkalische Lösungen; in gängigen organischen Lösungsmitteln wie Ethanol ist es im Wesentlichen unlöslich.
pH-Wert der Lösung (Qualitatives Verhalten)
Gemeldetes pH-Verhalten der Lösung: - Zwischen 9,1 und 10,2 (1%-ige Lösung) - 1%ige Lösung bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\) = 9,7–9,8
Verdünnte wässrige Lösungen sind alkalisch (nahe \(\mathrm{pH}\) 9–10) aufgrund der Basizität des kondensierten Phosphatanions und partieller Hydrolyse-Gleichgewichte. Konzentrierte Suspensionen oder Suspensionen in Kontakt mit Haut/Augen können stärkere alkalische Effekte erzeugen; typische verdünnte Verbraucherdosierungen bleiben jedoch unter korrosiven pH-Schwellen.
Chemische Eigenschaften
Säure-Basen-Verhalten
Tripolyphosphat-Natrium fungiert als Pentaanionen-(kondensiertes Phosphat-)Salz und zeigt basisches Verhalten in Wasser und bildet alkalische Lösungen im oben genannten pH-Bereich. In wässriger Lösung erfährt das kondensierte Anion eine schrittweise Protonierung/Deprotonierung und unterliegt einer hydrolytischen Rückreaktion zu Pyrophosphat- und Orthophosphat-Spezies, insbesondere bei längerer Erhitzung oder stark sauren/basischen Bedingungen. Die mehrfach negativ geladenen Sauerstoffatome verleihen dem Molekül eine hohe Lewis-Basizität gegenüber Metallkationen, was eine starke Komplexierung/Sequestrierung von Calcium, Magnesium und bestimmten Übergangsmetallen ermöglicht.
Reaktivität und Stabilität
Allgemeine Hinweise zu Reaktivität und Stabilität: - Bildet stabile Hydrate und ist mäßig hygroskopisch; granulierte Qualitäten sind so konzipiert, dass die Feuchtigkeitsaufnahme begrenzt wird. - Bei längerer Erhitzung wässriger Lösungen wird eine Rückreaktion zu Orthophosphat beobachtet (hydrolytische Depolymerisation). - Stabiler als höher kondensierte Phosphate (z.B. Metaphosphate), aber weniger stabil als Tetrasodium-Pyrophosphat unter vergleichbaren Bedingungen. - Nicht brennbar; bei thermischer Zersetzung können Phosphoroxide und reizende Gase (POx) freigesetzt werden. - Unlöslich in Ethanol; leicht löslich in Wasser, wobei es chelatierende/sequestrierende Reaktivität gegenüber zweiwertigen Kationen zeigt. - Die Chelatwirkung kann Metall-Bioverfügbarkeit und Transport beeinflussen (z. B. wurde eine Modulation der Cadmiumverteilung in Tierversuchen bei gleichzeitiger Gabe beobachtet), was sowohl für Formulierungsleistung als auch toxikologische Aspekte relevant ist.
Molekulare und Ionische Parameter
Formel und Molekulargewicht
Molekulare Formel (gemeldet): \(\ce{Na5O10P3}\)
Molekulargewicht (gemeldet): \(367.86\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
Exakte Masse / monoisotopische Masse (gemeldet): 367.8192786.
Topologische polare Oberfläche und zugehörige berechnete Deskriptoren weisen auf eine hochpolare, stark anionische Struktur mit umfangreichem Sauerstoffgehalt (TPSA gemeldet mit 185) und mehrfachen H‑Brücken-Akzeptorstellen (gemeldete Anzahl 10) hin.
Bestandteile (Ionen)
Bestandteile: Die fünf Natrium-Gegenionen gleichen das Triphosphat-Polyoxo-Anion aus. Die vorherrschenden ionischen Spezies im festen Zustand und in ausreichend verdünnten wässrigen Medien können als Natrium-Kationen \(\ce{Na+}\) und das kondensierte Triphosphatanion betrachtet werden; unter hydrolytischen Bedingungen verschiebt sich die Verteilung zugunsten von Pyrophosphat- und Orthophosphatanionen (\(\ce{P3O10^{5-}}\) → \(\ce{P2O7^{4-}}\), \(\ce{PO4^{3-}}\), etc.). Die starke Ladungsverteilung des Anions ist verantwortlich für die Metall-Sequestrierungseigenschaften.
Identifiers und Synonyme
Registriernummern und Codes
CAS-Nummer: 7758-29-4
Weitere Registrierungs- und Identifikationsnummern, die in den verfügbaren Anmerkungen angegeben sind, umfassen EC-Nummern 231-838-7 und 618-452-8, UNII 9SW4PFD2FZ, DrugBank ID DB11493 sowie DSSTox Substance ID DTXSID9036307. (Die Verwendung spezifischer Registrierungskennungen bei Beschaffungen oder behördlichen Einreichungen sollte den Richtlinien der jeweils maßgeblichen Register folgen.)
Ebenfalls verfügbar als Struktur-Identifiers:
- SMILES: [O-]P(=O)([O-])OP(=O)([O-])OP(=O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+] (Inline-Code)
- InChI: InChI=1S/5Na.H5O10P3/c;;;;;1-11(2,3)9-13(7,8)10-12(4,5)6/h;;;;;(H,7,8)(H2,1,2,3)(H2,4,5,6)/q5*+1;/p-5 (Inline-Code)
- InChIKey: HWGNBUXHKFFFIH-UHFFFAOYSA-I (Inline-Code)
Synonyme und gebräuchliche Namen
Gemeldete Synonyme und gebräuchliche Namen aus Lieferanten- und technischen Listen umfassen: - Pentanatriumtriphosphat - STPP - Pentanatrium;[oxido(phosphonatooxy)phosphoryl]phosphat - Triphosphorsäure, Pentanatriumsalz - Natriumtriphosphat - Natriumtripolyphosphat - Na5P3O10 - Na5O10P3
Viele Lieferanten- und Qualitätsbezeichnungen (z. B. „pentasodium triphosphate anhydrous“, „sodium triphosphate pentabasic“) werden im Handel verwendet; einige historische oder veraltete Kennungen sind ebenfalls mit dem Material assoziiert und sollten bei der Abgleichung der Spezifikationen berücksichtigt werden.
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Funktionale Rollen und Anwendungsbereiche
Natriumtripolyphosphat wird hauptsächlich als Phosphat-Komplexbildner (Builder) und Komplexierungsmittel in Wasch- und Reinigungsmitteln wegen seiner hohen Calcium- und Magnesiumchelatierungsfähigkeit verwendet; die berichteten Verbrauchsmuster zeigen eine dominierende Verwendung in Wasch- und Geschirrspülmittelformulierungen. Es dient außerdem als Emulgator/Peptisierungsstoff, Dispergiermittel, Stabilisator (einschließlich Wasserstoffperoxid-Stabilisator) sowie Texturierer/Komplexbildner in bestimmten Lebensmittelzubereitungen. In der industriellen Verarbeitung wird es beim Zellstoffaufschluss und Beschichtungen, der Erz-Flotation, Textilverarbeitung sowie als Verfahrenshilfe in verschiedenen Metall- und Chemiefertigungsverfahren eingesetzt. In der Landwirtschaft und Tierfutteranwendung fungiert es als Phosphorquelle in Futtermittel-Vormischungen und flüssigen Ergänzungen.
Kommerzielle Produktions- und Nutzungsindikatoren (gemeldet): aggregierte US-Produktmengen der letzten Jahre (Beispielangabe) im Bereich „2019: 10.000.000 - <50.000.000 lb“; historische Produktionskapazität angegeben mit 555.000 Tonnen/Jahr. Diese Zahlen spiegeln die großtechnische industrielle Herstellung und die breite Verwendbarkeit des Materials wider.
Typische Anwendungsbeispiele
Typische Anwendungen und funktionale Rollen umfassen: - Builder in Wasch- und automatischen Geschirrspülmitteln (größter Anteil des weltweiten Einsatzes). - Wasserenthärtung und Kalkkontrolle in Reinigungs- und industriellen Wasserbehandlungen. - Lebensmittelzusatzstofffunktionen als Komplexbildner, Feuchthaltemittel, Texturierer und Rieselhilfe in spezifischen verarbeiteten Lebensmitteln (unter Einhaltung der Lebensmittelspezifikationen). - Stabilisator in Wasserstoffperoxid-Formulierungen. - Futtermittelzusatzstoff als Phosphorquelle in veterinärmedizinischen Vormischungen. - Verfahrenshilfe bei Zellstoff, Papier, Textilien und Erz-Flotationsprozessen. Bei der Formulierpraxis wird die gewählte Qualität (z. B. FCC, Food Grade, Reagent Grade, Technical Grade) entsprechend den Anforderungen an Sicherheit, Reinheit und Verunreinigungsprofil für die vorgesehene Anwendung ausgewählt.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Gesundheits- und Umweltgefährdungen
Gefahrenprofil (gemeldet): Natriumtripolyphosphat ist reizend für Haut, Augen und Atemwege; das Einatmen von Staub oder Aerosolen kann Husten und Reizungen im Rachen verursachen. Von Herstellern gemeldete GHS-Gefahrenhinweise umfassen Hautreizung, schwere Augenreizung sowie mögliche Atemwegsreizungen (Signalwort: Achtung). Eine akute orale Einnahme großer Mengen kann zu gastrointestinalen Störungen (Übelkeit, Erbrechen, Durchfall) und in schweren Fällen, wenn signifikanter intakter Polymer absorbiert wird, zu hypokalzämischen Effekten aufgrund der Chelatbildung mit ionisiertem Calcium führen. Tierversuche haben akute orale LD50-Werte dokumentiert, die je nach Art und Verabreichungsweg variieren; chronische hochdosierte Exposition bei Labortieren führte zu Auswirkungen auf den Mineralstoffhaushalt und den Eisenanteil in Organen.
Umwelt- und ökotoxikologische Überlegungen betreffen die Phosphatbelastung und das Eutrophierungspotenzial in aquatischen Systemen bei unbehandeltem Eintrag; die Chelatbildung mit Metallen kann zudem die Metallmobilität verändern. Für formelle behördliche oder ökologische Risikobewertungen sollten produktspezifische Umweltdaten und lokale Grenzwerte konsultiert werden.
Erste-Hilfe-Maßnahmen und akute Gegenmaßnahmen (gemeldet): - Einatmen: betroffene Person an die frische Luft bringen und bei anhaltenden Symptomen ärztlichen Rat einholen. - Hautkontakt: mit viel Wasser abspülen oder duschen; kontaminierte Kleidung entfernen. - Augenkontakt: mehrere Minuten mit viel Wasser ausspülen; Kontaktlinsen entfernen, wenn leicht möglich, und ärztliche Hilfe aufsuchen. - Verschlucken: Mund ausspülen und Wasser zum Trinken geben; bei größeren Mengen ärztlichen Rat einholen.
Lagerung und Handhabungshinweise
Praktische Hinweise zur Lagerung und Handhabung: - Trocken in gut verschlossenen Behältern lagern; Feuchtigkeitseinwirkung minimieren, da Hygroskopizität und Hydratbildung Fließeigenschaften und Verarbeitung beeinträchtigen können. - Staubentwicklung und Konzentrationen luftgetragener Partikel während der Herstellung und Verpackung kontrollieren; lokale Absaugung und Staubabscheidung sind bei der Pulverhandhabung empfehlenswert. - Geeignete persönliche Schutzausrüstung verwenden: Schutzhandschuhe, Augenschutz (Schutzbrille oder Schutzschirm) und Atemschutz (Partikelfilter oder Frischluftgerät bei hoher Staubbelastung oder Notfällen). - Staubaufwirbelung vermeiden; gute industrielle Hygienepraktiken befolgen (nicht essen, trinken oder rauchen am Arbeitsplatz). - Bei Verschüttung unter Verwendung von PSA sorgfältig aufnehmen und in geeigneten Behältern gemäß lokalen Vorschriften entsorgen; Eintrag in Oberflächengewässer vermeiden. - Das Material ist nicht brennbar; eine Zersetzung durch Erhitzen kann jedoch reizende/toxische Phosphor-Sauerstoff-Gase freisetzen — Brandbekämpfungsmaßnahmen sollten Einsatzkräfte vor Dämpfen und thermischen Zersetzungsprodukten schützen.
Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Regulierungsinformationen sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) und lokale Vorschriften zu Rate ziehen.
