Cele fosfor Formele elementare pot exista în amorfe sau cristaline : acestea sunt forme alotropice de fosfor . Cele mai frecvente sunt fosforul alb solid și fosforul roșu . Există, de asemenea, forme violet și negru, întotdeauna în formă solidă. Fosforul gazos există sub formă de difosfor și fosfor atomic.
Cele albe fosfor , cu fosfor galben sau tetraphosphorus (P 4) există ca molecule formate din 4 atomi . Aranjamentul tetraedric are ca rezultat o solicitare circulară care favorizează instabilitatea. Molecula are 6 legături PP unice. Există două forme cristaline. Forma α, care este stabilă în condiții normale de presiune și temperatură , este cubică centrată pe față . La 192,5 Kelvin , se schimbă reversibil la forma β. Acesta din urmă ar avea o structură cristalină hexagonală .
Fosforul alb este un solid ceros transparent care devine rapid galben atunci când este expus la lumină , motiv pentru care este numit și fosfor galben. Străluceste verde în întuneric (când este în contact cu oxigenul ), este extrem de inflamabil și piroforic (auto-aprins) la contactul cu aerul. Este toxic (cauzează leziuni hepatice severe dacă este ingerat) și provoacă necroză a maxilarului în caz de înghițire sau inhalare cronică. Mirosul arderii acestei forme seamănă cu cel al usturoiului , iar probele sunt acoperite în mod regulat cu o peliculă de (di) pentoxid de fosfor alb cu formula chimică P 4 O 10. Fosforul alb este slab solubil în apă : este adesea depozitat în apă din acest motiv. Pe de altă parte, este solubil în benzen , uleiuri , disulfură de carbon și clorură de sulf .
Forma alotropă albă poate fi realizată folosind diferite metode. Într-un proces, fosfatul de calciu , derivat din fosforit , este încălzit într-un cuptor în prezența carbonului și a silicei . Fosforul elementar este apoi eliberat sub formă de vapori și poate fi colectat folosind acid fosforic .
Fosforul alb are o presiune ridicată a vaporilor la temperatura camerei. Densitatea sa de vapori indică faptul că vaporii săi sunt compuși din molecule de P 4până la 800 ° C . La temperaturi mai mari, acestea disociază pentru a forma P 2.
Se aprinde spontan în aer la 50 ° C și la temperaturi mai scăzute dacă este redus la pulbere. Această combustie duce la crearea pentoxidului de fosfor : P 4+ 5 O 2→ P 4 O 10.
Datorită acestei proprietăți, fosforul alb este utilizat în arme .
Deși fosforul alb se transformă în fosfor roșu , care este termodinamic mai stabil, formarea P 8cubic în faza condensată nu a fost încă observat în 2010. Derivații acestei molecule ipotetice au fost totuși preparați din fosfoalchini .
Fosfor roșu poate fi creat prin încălzirea fosforului alb - până la 250 ° C sau expunerea la lumina soarelui . Fosforul roșu există ca o rețea amorfă . Dacă este încălzit în continuare, fosforul roșu amorf cristalizează. Ea nu se transformă spontan în aer la temperaturi sub 240 ° C .
Fosforul roșu se poate transforma în fosfor alb dacă este încălzit la 260 ° C (ca atunci când se aprinde o chibrit ).
În majoritatea fostei Uniuni Sovietice , este o substanță controlată, deoarece este utilizată la fabricarea amfetaminelor .
Fosfor monoclinic sau fosfor violet este , de asemenea , cunoscut sub numele de Hittorf fosfor metalic . În 1865, Hittorf a încălzit fosforul roșu la 530 ° C într-un tub sigilat. Partea superioară a tubului a fost menținut la 444 ° C . Cristale monoclinice opace strălucitoare sublimate . Fosforul violet poate fi preparat și prin dizolvarea fosforului alb în plumb topit, amestecul fiind introdus într-un tub etanș la 500 ° C timp de 18 ore. Permițându-se să se răcească încet, forma alotropică a lui Hittorf cristalizează. Cristalele pot fi dezvăluite prin dizolvarea plumbului în soluție diluată de acid azotic și apoi fierberea în soluție concentrată de acid clorhidric . In 1865, Hittorf a descoperit că atunci când fosfor este re-cristalizat din plumb topit, un purpuriu / formă violet este obținută. Această formă este uneori denumită fosforul lui Hittorf . În plus, există o formă fibroasă formată din cuști fosforice similare.
Fosforul violet nu se aprinde în aer până când nu atinge 300 ° C și este insolubil în majoritatea solvenților . Nu este atacat de alcalii și reacționează lent cu halogeni . Poate fi oxidat de acid azotic , devenind acid fosforic .
Dacă este încălzit într-o atmosferă de gaz inert, de exemplu azot sau dioxid de carbon , acesta se sublimează și vaporii se condensează ca fosfor alb. Cu toate acestea, dacă este încălzit sub vid, iar vaporii se condensează rapid, se obține fosfor purpuriu. Se pare că fosforul violet este un polimer cu o greutate moleculară relativ mare care, expus la căldură, formează molecule P 2. La răcire, acestea ar trebui să formeze în mod normal dimeri care se transformă în P 4 (adică fosfor alb), dar, în vid, se combină pentru a forma un polimer violet.
Fosfor negru este o formă termodinamic fosfor stabile la temperatură și presiune normală și este una dintre multele forme alotropice sale. Se obține prin încălzirea fosforului alb sub presiune ridicată ( 12.000 atm ). A fost sintetizat de Percy Williams Bridgman în 1914.
Are mai multe caracteristici ale grafitului : negru, fulgios. Are o structură stratificată și este un semiconductor subțire cu o deviație aparentă a benzii de 0,3 eV. Mai mult, monostratele de fosfor negru se numesc fosforeni.
Pentru a izola straturi subțiri de fosfor negru, cea mai comună tehnică în știință este exfolierea mecanică. Cu toate acestea, comunitatea științifică încearcă să dezvolte un proces de gravare a plasmei pentru a izola monostratele de fosfor negru.
Fosforul negru este un cristal ortorombic și este cel mai puțin reactiv dintre alotropii cunoscuți, deoarece are mai multe lanțuri circulare interconectate. Fiecare atom este legat de alți trei atomi. În 2007, a fost efectuată o sinteză folosind un catalizator metalic .
Una dintre formele cristaline de fosfor roșu / negru este cubică .
În 2014, o echipă de oameni de știință a descoperit că acest tip de fosfor ar putea fi utilizat pentru a crea circuite electronice, scopul principal al cercetătorilor fiind acela de a găsi un element aproape identic cu grafenul, dar în mod natural un semiconductor. În prezent nu știm dacă acest compus poate fi utilizat în vrac și la un cost redus, cu toate acestea cercetările continuă și unele teste (crearea tranzistoarelor etc.) au fost deja efectuate.
Difosforic (P 2) se obține numai în condiții extreme (de exemplu, P 4la 1100 K . Cu toate acestea, s-au făcut unele progrese în crearea moleculelor diatomice în soluții omogene pentru STP , prin utilizarea complexului de metale de tranziție (de exemplu pe bază de tungsten și niobiu ).
Difosforoasa este forma gazoasă a fosforului și forma stabilă termodinamic peste 1200 ° C și până la 2000 ° C . Disocierea tetrafosforului (P 4) începe la temperaturi mai scăzute: procentul de P 2la 800 ° C este de ± 1%. La peste 2000 ° C , moleculele de difosfor încep să se disocieze în fosfor atomic.
Din nanorods fosforul a fost sintetizat sub formă de polimeri P 12 -.
Faza roșu-maroniu este diferită de fosforul roșu și este, de asemenea, stabilă în aer timp de câteva săptămâni. Observațiile făcute la microscopul electronic au arătat că forma roșu-maro conține nanoroduri lungi paralele cu un diametru cuprins între 0,34 nm și 0,47 nm .
Formă | Alb (α) | Alb (β) | Violet | Negru |
---|---|---|---|---|
Simetrie | Cubic centrat | Triclinic | Monoclinic | Orthorhombic |
Notație Pearson | aP24 | mP84 | oS8 | |
Grup spațial | I 4 3m | P 1 nr.2 | P2 / c nr. 13 | Cmca nr.64 |
Densitate | 1.828 | 1,88 | 2.36 | 2,69 |
Band gap (eV) | 2.1 | 1.5 | 0,34 | |
Indicele de refracție | 1.8244 | 2.6 | 2.4 |