В свободном состоянии фосфор образует несколько аллотропных видоизменений. Это объясняется тем, что атомы фосфора способны, взаимно соединяясь, образовывать кристаллические решетки различного типа.
Аллотропная модификация |
Плотность, г/см3 |
tпл, 0C |
Tкип, 0C |
Внешний вид и характерные признаки |
Белый |
1,73 |
44,1 |
280,5 |
Белый кристаллический порошок, ядовит,
самовозгорается на воздухе. При 280—300°С переходит в красный |
Красный |
2,3 |
590 |
Возгоняется около 400°С |
Красный кристаллический или аморфный порошок,
неядовит. При 220°С и 12 × 108 Па переходит в черный
фосфор. Загорается на воздухе только при поджигании |
Черный |
2,7 |
При
нагревании переходит в красный фосфор |
Графитоподобная структура. При нормальных
условиях — полупроводник, под давлением проводит электрический ток как
металл |
Белая
модификация фосфора, получающаяся при
конденсации паров,
имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой
дислоцированы
молекулы Р4 (рис.1). Из-за слабости межмолекулярных сил
белый фосфор
летуч, легкоплавок, режется ножом и растворяется
в
неполярных растворителях, например в сероуглероде. Белый фосфор
весьма
реакционноспособное вещество. Он энергично взаимодействует с
кислородом,
галогенами, серой и металлами. Окисление фосфора на воздухе
сопровождается
разогреванием и свечением. Поэтому белый фосфор хранят под водой, с
которой он
не реагирует. Белый фосфор очень токсичен.
Около
80% от всего производства белого фосфора
идет на синтез чистой ортофосфорной кислоты. Она в свою очередь
используется
для получения полифосфатов натрия (их применяют для снижения жесткости
питьевой
воды) и пищевых фосфатов. Оставшаяся часть белого фосфора расходуется
для
создания дымообразующих веществ и зажигательных смесей.
Техника
безопасности. В производстве фосфора и
его соединений требуется соблюдение особых мер
предосторожности, т.к. белый фосфор – сильный яд. Продолжительная
работа в
атмосфере белого фосфора может привести к заболеванию костных тканей,
выпадению
зубов, омертвению участков челюстей. Воспламеняясь, белый фосфор
вызывает
болезненные, долго не заживающие ожоги. Хранить белый фосфор следует
под водой,
в герметичных сосудах. Горящий фосфор тушат двуокисью углерода,
раствором CuSO4 или песком. Обоженную
кожу следует промыть раствором KmnO4 или CuSO4. Противоядием при
отравлении фосфором является
2%-ый раствор CuSO4.
При длительном хранении, а
также при нагревании белый
фосфор переходит в красную модификацию
(впервые его получили лишь 1847 году). Название красный фосфор
относится сразу
к нескольким модификациям, различающихся по плотности и окраске: она колеблется от оранжевой до темно-красной
и даже фиолетовой. Все разновидности красного фосфора нерастворимы в
органических растворителях, и по сравнению с белым фосфором они менее
реакционноспособны и имеют полимерное строение: это тетраэдры Р4,
связанные друг с другом в бесконечные цепи (рис.2).
Красный
фосфор находит применение в металлургии, производстве полупроводниковых
материалов и ламп накаливания, используется в спичечном производстве.
Наиболее стабильной
модификацией фосфора является черный
фосфор. Его получают аллотропным
превращением белого фосфора при t=2200C и повышенным давлением.
По внешнему
виду он напоминает графит. Кристаллическая структура черного фосфора
слоистая,
состоящая из гофрированных слоев (рис.3). Черный фосфор
– это наименее активная модификация
фосфора. При нагревании без доступа воздуха он, как и красный,
переходит в пар,
из которого конденсируется в белый фосфор.