Аллотропия фосфора

Аллотропия фосфора это способность образовывать несколько простых веществ, из-за различной структуры они различаются по своим физическим и химическим свойствам.

Образует три аллотропии фосфора: белый фосфор, красный фосфор и черный, встречаются и другие оттенки но это смеси например красного с черным фосфором образует фиолетовый.

Некоторые элементы периодической таблицы имеют различные структурные формы, и этот процесс известен как аллотропия.

Многие элементы, такие как фосфор, углерод, сера, демонстрируют процесс аллотропии.

Содержание страницы

Что такое аллотропия фосфора

Фосфор содержится во многих аллотропных формах. Наиболее распространенными формами из всех аллотропов фосфора являются черный фосфор, белый фосфор и красный фосфор.

Причиной аллотропии фосфора является различным состоянием молекул (аллотропия состава), либо способом размещения атомов или молекул в кристаллической решётке (аллотропия формы).

Например белый образуется или просто тетрафосфор (P₄) при нагревании фосфористой породы в присутствии углерода С оксида кремния SiO₂:

2Ca₃(PO₄)₂ + SiO₂ + 10C → 6CaSiO₃ + 10CO + P₄(белый фосфор)

А уже из него можно получить красный и черный, причем желтый фосфор это белый в котором присутствуют примеси других модификаций.

В главе аллотропы фосфора мы узнаем об аллотропных формах фосфора, физических и химических свойствах аллотропов фосфора.

Тремя основными аллотропами фосфора являются:

Белый фосфор
Красный фосфор
Черный фосфор

Давайте обсудим приведенные выше аллотропы фосфора один за другим.

Белый фосфор

Белый фосфор существует в состоянии Р4. Все четыре атома фосфора соединены ковалентной связью в форме кольца.

В кольцевой форме угол связи составляет 60 градусов, что вызывает угловую деформацию в молекуле. Другое название белого фосфора-желтый фосфор и тетрафосфор.

Структура белого фосфора

В структуре белого фосфора присутствуют четыре атома фосфора. Все четыре атома фосфора ковалентно связаны друг с другом и образуют замкнутую кольцевую структуру в тетраэдрическом расположении.

Угол между каждой связью фосфора в этой форме составляет 60 градусов.

Этот низкий угол связи вызывает отталкивание между связями и вызывает угловую деформацию.

Следовательно, это наиболее реактивный аллотроп фосфора в нормальных условиях.

Физические свойства белого фосфора

Это полупрозрачное восково-белое твердое вещество.
У него резкий острый, похожий на чеснок запах.
Его плотность составляет 15,2 фунта/галлон. Это означает, что он плотнее воды. Следовательно, тонет в воде.
Он агрессивен по своей природе.
Его молекулярная масса составляет 30,97 г/моль.
Он очень токсичен по своей природе.
Он не растворим в воде (полярное соединение).
Он растворим в сероуглероде (неполярном соединении).
Он светится в темноте, а это значит, что он обладает хемилюминесцентными свойствами.

Химические свойства белого фосфора

Химические свойства фосфора зависят от его структуры. Из-за угловой деформации в его структуре он менее стабилен.

Поэтому более реактивны.

Он вступает в реакцию с кипящим раствором NaOH в инертной атмосфере и образует фосфен в качестве продукта и гипофосфит натрия в качестве побочного продукта.

P₄ + 3NaOH + 3H₂О → PH₃ + 3NaH₂РО₂

Он легко реагирует с кислородом, присутствующим в воздухе. Поэтому загорается. В этой реакции он образует плотные белые пары P₄O₁₀.

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀

Он вступает в реакцию с металлами с образованием фосфида металла.

12Na + P₄ → 4Na₃P

Он действует как мягкий восстановитель.

P4 + 10H₂SО₄ → 10SО₂ + 4H₃PО₄ + 4H₂О

Красный фосфор

Красный фосфор — еще один аллотроп фосфора. Красный фосфор получают путем нагревания белого фосфора при высокой температуре около 573 К.

Превращение белого фосфора в красный фосфор происходит в инертной атмосфере в течение нескольких дней.

Структура красного фосфора

Красный фосфор имеет полимерную природу. В структуре красного фосфора тетраэдрические молекулы P ₄ связаны прямой цепью. Структура красного фосфора очень похожа на молекулу Р₄.

Каждый атом фосфора в молекуле Р₄ связан ковалентной связью с тремя другими атомами фосфора в тетраэдрической структуре.

Когда одна из этих ковалентных связей разрывается, эти тетраэдрические структуры могут продолжать связываться с соседними атомами фосфора, что приводит к полимерной структуре.

Физические свойства красного фосфора

Красный фосфор темно-красного цвета и имеет железно-серый блеск.
У него нет запаха. Следовательно, без запаха.
Он существует в аморфном состоянии.
Он не токсичен.
Молекулярная масса красного фосфора составляет 30,97 г/ моль.
Плотность красного фосфора составляет 2,34 г/см3.
Температура плавления красного фосфора составляет 860 К.

Химические свойства красного фосфора

Реакционная способность белого фосфора меньше, чем у белого фосфора.

Красный фосфор вступает в реакцию с кислородом при температуре 565 К и образует пятиокись фосфора.

P₄ + 5O₂ → P₄O₁₀

Красный фосфор, будучи менее реакционноспособным, чем белый фосфор, вступает в реакцию с элементами группы 17 и образует галогенид фосфора.

P₄ + 6Cl₂ → 4PCl₃

Красный фосфор вступает в реакцию с серой с образованием сульфидов.

4Р₄ + 3С₈ → 8Р₂С₃

Черный фосфор

Черный фосфор существует в двух формах: альфа-черный фосфор и бета-черный фосфор. Эти две формы имеют разные пути формирования.

Красный фосфор при нагревании в герметичной трубке при температуре 803 К образует альфа-черный фосфор.

Красный фосфор → альфа-черный фосфор. (нагревается при температуре 803 К)

Белый фосфор, при нагревании при температуре 473 К при атмосферном давлении 4000 — 1200 образуется бета-черный фосфор.
Белый фосфор → бета-черный фосфор (при температуре 473 К и 4000-1200 атм. давление)

Структура черного фосфора

Структура черного фосфора состоит из двухслойной кристаллической решетки. Структура черного фосфора имеет зигзагообразные цепи между связями P-P-P.

Угол связи черного фосфора составляет 99 градусов.

Физические свойства черного фосфора

Черный фосфор черного цвета и имеет черный металлический блеск.
Он имеет температуру плавления около 860 К.
Он существует как в кристаллической, так и в аморфной формах.
Удельный вес черного фосфора составляет 2,69.

Химические свойства черного фосфора

Черный фосфор является наименее реакционноспособной формой среди всех аллотропов фосфора и наиболее стабильным аллотропом фосфора.

Поэтому он не проявляет никакой реакционной способности по отношению к кислороду, галогенам, сере, щелочам и т.д.

Сравнение аллотропии фосфора

Свойства	Белый фосфор	Красный фосфор	Черный Фосфор
цвет	Белый цвет	Темно-красный	Черный
состояние	Воскообразное твердое вещество	аморфный	Кристаллический и аморфный
Плотность (г/см3)	1.84	2.1	2.69
Может храниться в	вода	Под открытым небом	Под открытым небом
Стабильность	Наименее стабильный	Умеренно стабильный	Наиболее стабильный
Реакционноспособность	Наиболее	Умеренно	Наименее

Интересные факты о фосфоре?

Фосфор обладает высокой реакционной способностью. Поэтому она не встречается в природе свободной.
Белый фосфор очень ядовит. Поэтому он считается смертельным.
На боковых сторонах спичечных коробков обнаружен красный фосфор.
Фосфор необходим для жизни. Фосфаты составляют основную часть ДНК, РНК и мембран.
Фосфор присутствует в АДФ и АТФ, этих молекулах, ответственных за выработку энергии в клетке.
Фосфор-седьмой по распространенности элемент, встречающийся в земной коре.
Белый фосфор светится в темноте, а это значит, что он обладает хемилюминесцентными свойствами.

Часто задаваемые вопросы ответы о аллотропии фосфора?

Вопрос: Каковы основные аллотропные состояния фосфора и какая из них является наиболее реакционной формой среди них?

Ответ: Фосфор существует в трех аллотропных формах; это белый фосфор, красный фосфор и черный фосфор.

Белый фосфор является наиболее реакционноспособной формой фосфора. Из-за угловой деформации в его структуре он менее стабилен. Поэтому более реактивны.

Почему мы храним белый фосфор в воде?

Ответ: Белый фосфор является наиболее реакционноспособной формой фосфора. Он вступает в реакцию с кислородом, присутствующим в воздухе, и загорается.

Поэтому его хранят в воде, чтобы защитить от попадания воздуха.

Является ли белый фосфор стабильным или нет?

Ответ: Нет, белый фосфор не стабилен. Он существует в виде молекулы Р₄ в форме тетраэдрического кольца.

В этой кольцевой структуре угол соединения составляет 60°, поэтому расстояние между связями очень мало, из-за чего происходит отталкивание связи.

Это отталкивание приводит к угловой деформации в молекуле. Поэтому молекула становится крайне нестабильной. Из-за этой высокой нестабильности молекула становится очень реактивной.