Natriumdiphosphat (Natriumpyrophosphat)

Natriumdiphosphat, auch bekannt unter dem Namen Natriumpyrophosphat, hat die Summenformel Na₄P₂O₇. Die korrekte chemische Bezeichnung ist danach Tetranatriumdiphosphat. Natriumdiphosphat findet vor allem in der Lebensmittelindustrie als Zusatzstoff Verwendung.

Herstellung

Allgemein reagierten sekundäre Phosphate (Formel HPO₄ ^2-) bei Erhitzen in einer Kondensationsreaktion unter Abspaltung von Wasser zum entsprechenden Diphosphat. Auf diese Weise wird auch Natriumdiphosphat aus Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat hergestellt. Dihydrat bezeichnet in diesem Fall zwei als sogenanntes Kristallwasser gebundene Moleküle Wasser. Dieses wird auf ca. 500°C erhitzt und es bilden sich Wasser, welches bei diesen Temperaturen direkt verdampft, und Tetranatriumdiphosphat-decahydrat. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Reaktion von Phosphorsäure mit Natriumcarbonat zu Dinatriumphosphat (Na₂PO₄), welches bei einer Temperatur von 450°C ebenfalls zu Natriumdiphosphat weiterreagiert.

Eigenschaften

Natriumdiphosphat ist ein bei Raumtemperatur weißer, kristalliner Feststoff. Er ist geruchlos, nicht brennbar und löst sich gut in Wasser. Die wässrige Lösung reagiert alkalisch unter Bildung der entsprechenden Hydrogenphosphate. Der Feststoff ist an der Luft hygroskopisch, also „wasseranziehend“, da das Wasser als „Kristallwasser“ gebunden werden kann. In Wasser kann das Diphosphatanion mit Ca2+ oder Mg2+ stabile Komplexe bilden

Verwendung

Natriumdiphosphat wird aufgrund seiner komplexbildenden Wirkung als sogenanntes „Enthärtungsmittel“ verwendet. Es kann die in hartem, kalkhaltigen Wasser enthaltenen Ca2+-Ionen in Lösung halten – dadurch wird fällt kein Calciumcarbonat (Kalk) aus und das Wasser ist insgesamt „weicher“. Entkalker oder Wasch- und Reinigungsmittel enthalten daher oftmals noch Natriumdiphosphat.
Der größte Einsatzbereich ist in der Lebensmittelindustrie. Hier werden Phosphate allgemein unter der Kennziffer E450 geführt. Natriumdiphosphat als Untergruppe hat die E-Nummer 450c. Es dient als Emulgator, Komplexbildner, Säureregulator, Backtriebmittel, Antioxidationsmittel oder auch als sogenanntes Schmelzsalz. Emulsionen, also Öl-in-Wasser-Verbindungen, wird es als Emulgator zugesetzt. Natriumdiphosphat hat die Eigenschaft, die eigentlich nicht mischbaren Stoffe Öl und Wasser zu verbinden und diese Emulsionen stabil zu halten. Eine Phasenseparierung, also eine Auftrennung in eine wässrige und eine unpolare Phase, wird durch diesen Stabilisator verhindert. Der Einsatz als Emulgator ist der Haupteinsatzbereich von Natriumdiphosphat in der Lebensmittelindustrie. Weiterhin wird es aufgrund seiner komplexbildenden Wirkung vielen Lebensmitteln zugesetzt, um, wie im Falle der „Entkalker“ das Ausfallen von schwerlöslichen Calciumsalzen zu verhindern. Es kommt in allen möglichen Lebensmitteln vor, beispielsweise in Fleisch und Fisch, Milchprodukten, Obst oder Backwaren. Auch als Säureregulator findet sich Natriumdiphosphat in vielen Produkten. Unter bestimmten Lagerbedingungen kann sich der pH-Wert in diesen ändern, z.B. können Lebensmittel mit der Zeit sauer oder alkalisch werden. Natriumdiphosphat kann aufgrund seiner Pufferkapazität diese pH-Wert-Änderung abfangen. Damit bleiben Lebensmittel länger haltbar und verderben nicht so schnell. Somit spielt es auch hier die Rolle eines Stabilisators.
Ein eher nur Fachleuten bekanntes Einsatzgebiet ist die Nutzung des Natriumdiphosphat-decahydrats in der sogenannten Schlämmanalyse. Hierbei wird der Anteil an kleinen Schwebstoffen und Feinkörnern in einer Sedimentprobe bestimmt. Das Natriumdiphosphat-decahydrat dient in dieser Anwendung als Dispergiermittel. Schließlich spielt der Diphosphatanteil des Natriumdiphosphats eine bedeutende Rolle im biochemischen Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen und Bakterien als Bestandteil des sogenannten Adenosindiphosphats (ADP). Im Stoffwechsel gibt es einen immerwährenden Auf- und Abbau zwischen Adenosindiphosphat (ADP), Adenosintriphosphat (ATP) sowie auch Adenosinmonophosphat (AMP). In den Mitochondrien, den sogenannten Kraftwerken der Zelle, wird über die sogenannte Atmungskette in einem mehrstufigen Prozess ATP gebildet, der gleichzeitig an die Spaltung von Sauerstoff gekoppelt ist. Dieses, als „energiereiche“ Verbindung, bezeichnete ATP wird in verschiedensten biochemischen Reaktionen in der Zelle benötigt, damit diese ablaufen können. Dabei wird entweder ein Phospatrest, sozusagen als „Energieträger“ übertragen auf ein anderes Molekül, damit die Reaktion ablaufen kann oder sogar zwei Phosphatreste. Im ersten Fall entsteht ADP, im zweiten Fall AMP. Beide Produkte werden dann über verschiedene Wege wieder zu ATP regeneriert, beispielsweise über die oben erwähnte Atmungskette.