Tyto fosforu elementární formy mohou existovat v amorfní či krystalické , to jsou allotropes fosforu . Nejběžnější jsou pevný bílý fosfor a červený fosfor . K dispozici jsou také fialové a černé tvary, vždy v pevné formě. Plynný fosfor existuje ve formě difosforu a atomového fosforu.
Tyto bílé fosforu , se žlutý fosfor nebo tetraphosphorus (P 4) existuje jako molekuly složené ze 4 atomů . Výsledkem čtyřstěnného uspořádání je kruhové napětí, které podporuje nestabilitu. Molekula má 6 jednoduchých PP vazeb. Existují dvě krystalické formy. Forma α, která je stabilní za normálních tlakových a teplotních podmínek , je kubicky zaměřená na obličej . Při 192,5 kelvinu se reverzibilně mění do formy β. Ten druhý by měl hexagonální krystalovou strukturu .
Bílý fosfor je průhledná voskovitá pevná látka, která při vystavení světlu rychle zezelená , a proto se mu také říká žlutý fosfor. Ve tmě svítí zeleně (při kontaktu s kyslíkem ), je vysoce hořlavý a při kontaktu se vzduchem samozápalný (samozápalný). Je toxický ( při požití způsobuje vážné poškození jater ) a při chronickém požití nebo vdechování způsobuje nekrózu čelisti . Vůně spálení této formy připomíná vůni česneku a vzorky jsou pravidelně potaženy filmem bílého ( fosforečného ) fosforečného s chemickým vzorcem P 4 O 10. Bílý fosfor je špatně rozpustný ve vodě : často se proto ve vodě skladuje. Na druhou stranu je rozpustný v benzenu , olejích , sirouhlíku a chloridu siřičitém .
Bílá alotropní forma může být vyrobena různými způsoby. V jednom procesu se fosforečnan vápenatý , odvozený od fosforitu , zahřívá v peci v přítomnosti uhlíku a oxidu křemičitého . Elementární fosfor se poté uvolňuje ve formě páry a lze jej shromažďovat pomocí kyseliny fosforečné .
Bílý fosfor má při pokojové teplotě vysoký tlak par . Jeho páry hustota znamená, že její páry se skládá z P 4 molekulaž do 800 ° C . Při vyšších teplotách disociují za vzniku P 2.
Vznítí se spontánně na vzduchu při teplotě 50 ° C a při nižších teplotách, pokud se sníží na prášek. Toto spalování vede k tvorbě oxidu fosforečného : P 4+ 5 O 2→ P 4 O 10.
Kvůli této vlastnosti se bílý fosfor používá ve zbraních .
Ačkoli se bílý fosfor mění na červený fosfor , který je termodynamicky stabilnější, tvorba P 8krychlový v kondenzované fázi nebyl v roce 2010 dosud pozorován. Deriváty této hypotetické molekuly však byly připraveny z fosfoalkynů .
Červený fosfor může být vytvořen zahřátím bílého fosforu na 250 ° C, nebo vystavení slunečnímu světlu . Červený fosfor existuje jako amorfní mříž . Při dalším zahřívání amorfní červený fosfor krystalizuje. Při teplotě pod 240 ° C se na vzduchu samovolně neotáčí .
Červený fosfor se může při zahřátí na 260 ° C změnit na bílý fosfor (jako když svítí zápalka ).
Ve většině zemí bývalého Sovětského svazu se jedná o regulovanou látku, protože se používá při výrobě amfetaminů .
Monoclinic fosfor nebo fialový fosfor je známá také pod názvem Hittorf kovu fosforu . V roce 1865 zahřál Hittorf červený fosfor v uzavřené zkumavce na 530 ° C. V horní části trubky se udržuje na 444 ° C . Jasné neprůhledné monoklinické krystaly sublimovaly . Fialový fosfor lze také připravit rozpuštěním bílého fosforu v roztaveném olovu , směs se vloží do uzavřené zkumavky při teplotě 500 ° C po dobu 18 hodin. Díky pomalému ochlazování krystalizuje alotropní forma Hittorfu. Krystaly lze odhalit rozpuštěním olova ve zředěném roztoku kyseliny dusičné a poté vařením v koncentrovaném roztoku kyseliny chlorovodíkové . V roce 1865 Hittorf zjistil, že při rekrystalizaci fosforu z roztaveného olova se získá fialová / fialová forma . Tato forma se někdy označuje jako Hittorfův fosfor . Kromě toho existuje vláknitá forma složená z podobných fosforových klecí.
Fialový fosfor se na vzduchu nezapálí, dokud nedosáhne 300 ° C a je nerozpustný ve většině rozpouštědel . Není napaden alkáliemi a reaguje pomalu s halogeny . To může být oxidována pomocí kyseliny dusičné , stává kyselina fosforečná .
Při zahřátí v atmosféře inertního plynu, například dusíku nebo oxidu uhličitého , sublimuje a pára kondenzuje jako bílý fosfor. Pokud se však zahřívá ve vakuu a pára rychle kondenzuje, získá se fialový fosfor. Zdá se, že fialová fosfor je polymer o molekulové hmotnosti relativně vysoká, což, vystaven působení tepla, tvoří molekuly P 2. Po ochlazení, měly by za normálních okolností tvořit dimery , který se změnil na P 4 (tj. bílý fosfor), ale ve vakuu se spojí a vytvoří fialový polymer.
Černý fosfor je forma termodynamicky stabilní fosforu při normální teplotě a tlaku, a je jedním z mnoha allotropes. Získává se zahříváním bílého fosforu pod vysokým tlakem ( 12 000 atm ). To bylo syntetizováno Percy Williams Bridgman v roce 1914.
Má několik charakteristik grafitu : černý, šupinatý. Má vrstvenou strukturu a je to tenký polovodič se zjevnou odchylkou pásma 0,3 eV. Kromě toho se monovrstvy černého fosforu nazývají fosforeny.
K izolaci tenkých vrstev černého fosforu je nejběžnější technikou ve vědě mechanická exfoliace. Vědecká komunita se však snaží vyvinout proces leptání plazmou, aby izolovala monovrstvy černého fosforu.
Černý fosfor je ortorombický krystal a je nejméně reaktivní ze známých alotropů, protože má několik vzájemně propojených kruhových řetězců. Každý atom je spojen s dalšími třemi atomy. V roce 2007 byla provedena syntéza za použití kovového katalyzátoru .
Jedna z krystalických forem červeného / černého fosforu je kubická .
V roce 2014 tým vědců zjistil, že tento typ fosforu lze použít k vytvoření elektronických obvodů, přičemž hlavním cílem výzkumníků bylo najít prvek téměř totožný s grafenem, ale přirozeně polovodič. V současné době nevíme, zda lze tuto sloučeninu použít hromadně a za nízkou cenu, nicméně výzkum pokračuje a některé testy (vytvoření tranzistorů atd.) Již byly provedeny.
Oxidem (P 2) se získává pouze za extrémních podmínek (například P 4do 1100 K . Nicméně, některé pokroku bylo dosaženo při vytváření diatomic molekul v homogenních roztoků pro STP , pomocí komplexu z přechodných kovů (například na bázi wolframu a niobu ).
Oxidem je plynná forma fosforu a termodynamicky stabilní forma nad 1200 ° C a až do 2000 ° C . Disociace tetraposforu (P 4) začíná při nižších teplotách: procento P 2při 800 ° C je ≈1%. Při teplotě přes 2000 ° C se molekuly difosforu začnou disociovat na atomový fosfor.
Z nanorodů byl fosfor syntetizován ve formě polymerů P 12 -.
Červenohnědá fáze se liší od červeného fosforu a je také stabilní na vzduchu několik týdnů. Pozorování prováděná pod elektronovým mikroskopem ukázala, že červenohnědá forma obsahuje dlouhé paralelní nanorody o průměru v rozmezí od 0,34 nm do 0,47 nm .
Formulář | Bílá (α) | Bílá (β) | Nachový | Černá |
---|---|---|---|---|
Symetrie | Krychlový střed | Triclinic | Monoklinický | Ortorombický |
Pearsonova notace | aP24 | mP84 | oS8 | |
Vesmírná skupina | I 4 3m | P 1 č. 2 | P2 / c č. 13 | Cmca č. 64 |
Hustota | 1,828 | 1,88 | 2.36 | 2.69 |
Mezera v pásmu (eV) | 2.1 | 1.5 | 0,34 | |
Index lomu | 1,8244 | 2.6 | 2.4 |