A foszfor elemi formái létezhetnek amorf vagy kristályos formában : ezek a foszfor allotropjai . A leggyakoribb a szilárd fehér foszfor és a vörös foszfor . Lila és fekete formák is vannak, mindig szilárd formában. A gáznemű foszfor difoszfor és atomfoszfor formájában létezik .
A fehér foszfor , a sárga foszfor vagy a tetrafoszfor (P 4) 4 atomból álló molekulaként létezik . A tetraéderes elrendezés körkörös stresszt eredményez, amely elősegíti az instabilitást. A molekulának 6 egyszeres PP kötése van. Két kristályos forma létezik. Az α forma, amely normál nyomáson és hőmérsékleti körülmények között stabil , arccentírozott köbös . Abban 192,5 Kelvin , reverzibilisen megváltozik a β formában. Ez utóbbi hatszögletű kristályszerkezettel rendelkezik .
A fehér foszfor egy átlátszó viaszos szilárd anyag , amely fény hatására gyorsan megsárgul , ezért sárga foszfornak is nevezik. Sötétben zölden világít ( oxigénnel érintkezve ), levegővel érintkezve erősen gyúlékony és piroforikus (öngyulladó). Ez toxikus (ami súlyos májkárosodást , ha lenyelik), és okoz nekrózist az állkapocs lenyelve vagy belélegezve krónikusan. Ennek a formának az égési szaga hasonlít a fokhagyma szagára , és a mintákat rendszeresen fehér foszfor (di) pentoxid filmmel vonják be , amelynek kémiai képlete P 4 O 10.. A fehér foszfor rosszul oldódik a vízben : gyakran vízben tárolják emiatt. Másrészt benzolban , olajokban , szén-diszulfidban és kén-kloridban oldódik .
A fehér allotrop forma különböző módszerekkel készíthető. Az egyik eljárásban, kalcium-foszfát , származó foszforitot , melegítünk egy kemencében jelenlétében szén- és szilícium-dioxid . Ezután az elemi foszfor gőz formájában szabadul fel, és foszforsavval összegyűjthető .
A fehér foszfornak magas a gőznyomása szobahőmérsékleten. A gőz sűrűség azt jelzi, hogy a gőz áll P 4 molekulákakár 800 ° C-ra . Magasabb hőmérsékleten disszociálva P 2- t képeznek.
50 ° C- on, alacsonyabb hőmérsékleten spontán meggyullad, ha porrá redukálódik. Ez az égés foszfor-pentoxid képződéséhez vezet : P 4+ 5 O 2→ P 4 O 10.
Ezen tulajdonság miatt a fehér foszfort fegyverekben használják .
Bár a fehér foszfor vörös foszforrá alakul , amely termodinamikailag stabilabb, a P 8 képződéseköbös a kondenzált fázisban még nem figyelték meg 2010-ben. Ennek a hipotetikus molekulának a származékait azonban foszfoalkinokból állították elő .
A vörös foszfor úgy keletkezhet, hogy a fehér foszfort 250 ° C-ra melegítjük, vagy napfénynek tesszük ki . A vörös foszfor amorf rácsként létezik . Ha tovább melegítjük, az amorf vörös foszfor kristályosodik. 240 ° C alatti hőmérsékleten nem fordul spontán a levegőben .
A vörös foszfor fehér foszforrá válhat, ha 260 ° C- ra melegítik (például gyufa meggyújtásakor).
A volt Szovjetunió nagy részében szabályozott anyag, mivel amfetaminok gyártására használják .
A monoklinikus foszfort vagy a lila foszfort Hittorf fémfoszfor néven is ismerik . 1865-ben Hittorf lezárt csőben 530 ° C- ra melegítette a vörös foszfort. A cső felső részét 444 ° C-on tartottuk . Világos, átlátszatlan monoklin kristályok szublimálódtak . Az ibolya foszfort úgy is elő lehet állítani, hogy a fehér foszfort olvadt ólomban oldjuk , és az elegyet 18 órán át 500 ° C-on lezárt csőbe helyezzük . Azáltal, hogy lassan lehűl, a Hittorf allotrop formája kikristályosodik. A kristályok feltárhatók az ólom híg salétromsavoldatban való oldásával, majd tömény sósavoldatban történő forralással . 1865-ben Hittorf felfedezte, hogy amikor a foszfort megolvadt ólomból átkristályosítják, lila / ibolya alakot kapnak. Ezt a formát néha Hittorf foszforjának nevezik . Ezenkívül van egy hasonló foszforos ketrecekből álló rostos forma .
Az ibolya foszfor nem gyullad meg a levegőben, amíg el nem éri a 300 ° C-ot, és oldhatatlan a legtöbb oldószerben . Lúgok nem támadják meg, és halogénekkel lassan reagál . Meg lehet oxidált által salétromsavval , egyre foszforsav .
Ha inert gáz, például nitrogén vagy szén-dioxid atmoszférában melegítjük , szublimálódik, és a gőz fehér foszforként kondenzálódik. Ha azonban vákuumban melegítjük és a gőz gyorsan kondenzálódik, lila foszfort kapunk. Úgy tűnik, hogy az ibolya foszfor viszonylag nagy molekulatömegű polimer , amely hő hatására P 2 molekulákat képez. A hűtés, ezek rendszerint képeznek dimereket , amelyek alakulnak P 4 (azaz fehér foszfor), de vákuumban lila polimert alkotnak.
A Fekete foszfor egy formája termodinamikailag stabil foszfort normál hőmérsékleten és nyomáson , és az egyik a sok allotropes. Fehér foszfor magas nyomáson ( 12 000 atm ) történő melegítésével nyerik . Percy Williams Bridgman szintetizálta 1914-ben.
Ez több jellemzőit grafit : fekete, pikkelyes. Réteges felépítésű, vékony félvezető, látszólagos sáveltéréssel 0,3 eV. Sőt, a fekete foszfor egyrétegeket foszforéneknek nevezzük.
A fekete foszfor vékony rétegeinek elkülönítésére a tudományban a leggyakoribb technika a mechanikus hámlasztás. A tudományos közösség azonban megpróbálja kifejleszteni a plazma maratás folyamatát a fekete foszfor egyrétegű elkülönítése érdekében.
A fekete foszfor ortorombás kristály, és az ismert allotropok közül a legkevésbé reaktív, mivel több összekapcsolt körlánccal rendelkezik. Minden atom három másik atomhoz kapcsolódik. 2007-ben szintézist hajtottak végre fémkatalizátor alkalmazásával .
A vörös / fekete foszfor egyik kristályos formája köbös .
2014-ben egy tudóscsoport felfedezte, hogy ez a fajta foszfor felhasználható elektronikus áramkörök létrehozására, a kutatók elsődleges célja az volt, hogy megtalálják a grafénnel majdnem azonos elemet, de természetesen félvezetőt. Jelenleg nem tudjuk, hogy ez a vegyület ömlesztve és olcsón használható-e, azonban a kutatások folytatódnak, és néhány tesztet (tranzisztorok létrehozása stb.) Már végeztek.
A difoszfor (P 2) csak extrém körülmények között érhető el (például P 4a 1100 K . Némi előrelépés történt azonban a diatóm molekulák létrehozásában homogén STP oldatokban , az átmenetifémek komplexének felhasználásával (például volfrám és nióbium alapján ).
A difoszfor a foszfor gáznemű formája, termodinamikailag stabil forma 1200 ° C és 2000 ° C felett . A tetrafoszfor disszociációja (P 4) alacsonyabb hőmérsékleten indul: a P 2 százalékos arányaát 800 ° C-on van ≈1%. 2000 ° C felett a difoszfor-molekulák elkezdenek disszociálni atomi foszforrá.
Of nanorudakat foszfor szintetizáltunk formájában polimerek P 12 -.
A vörös-barna fázis eltér a vörös foszfortól, és a levegőben is stabil néhány hétig. Az elektronmikroszkóp alatt végzett megfigyelések azt mutatták, hogy a vörösbarna forma hosszú, párhuzamos nanorodákat tartalmaz, amelyek átmérője 0,34 nm és 0,47 nm között mozog .
Forma | Fehér (α) | Fehér (β) | Lila | Fekete |
---|---|---|---|---|
Szimmetria | Kocka középre | Triklinika | Monoklinika | Ortorombos |
Pearson-jelölés | aP24 | mP84 | oS8 | |
Űrcsoport | I 4 3m | P 1 2. sz | P2 / c 13. sz | Cmca No.64 |
Sűrűség | 1.828 | 1.88 | 2.36 | 2.69 |
Sávrés (eV) | 2.1 | 1.5 | 0,34 | |
Törésmutató | 1.8244 | 2.6 | 2.4 |