Alotropy fosforu – Web o chemii, elektronice a programování

Fosfor patří mezi prvky s největším počtem známých alotropických modifikací. Liší se uspořádáním atomů v pevné fázi, a proto mají výrazně odlišné fyzikální i chemické vlastnosti.

Obsah

Fosfor – nekovový prvek, rozšířený v zemské kůře i v biologických organismech.
Alotropy – rozdílné strukturní modifikace daného prvku, mají odlišné fyzikální i chemické vlastnosti.

Alotrop	Struktura	Stabilita	Zajímavost
Bílý	molekuly P₄	nejméně stabilní	vysoce reaktivní, samozápalný
Červený	amorfní nebo částečně krystalická polymerní struktura	stabilní	využívá se v zápalkách
Černý	vrstevnatá struktura	nejstabilnější modifikace	polovodivý
Fialový	krystalická řetězcová struktura	velmi stabilní	Hittorfův fosfor
Modrý	2D struktura	zatím ve fázi experimentu	podobný grafenu

Bílý fosfor

Bílý fosfor je tvořen tetraedrickými molekulami P₄. Jde o velmi reaktivní formu fosforu, na vzduchu je samozápalný a je prudce jedovatý. Je nerozpustný ve vodě, dobře se rozpouští v sirouhlíku, PCl₃, POCl₃ a SO₂. Nerozpustnosti ve vodě se využívá při skladování bílého fosforu, který se uchovává pod vodou, kde je chráněn proti oxidaci. Vzniká kondenzací fosforových par obsahujících převážně molekuly P₄.

V tetraedru jsou vazebné úhly 60°, což způsobuje vysokou reaktivitu tohoto alotropu.

Bílý fosfor se využívá převážně pro výrobu kyseliny fosforečné, H₃PO₄, a dalších sloučenin fosforu.

Červený fosfor

Amorfní červený fosfor vzniká zahříváním bílého fosforu v nepřítomnosti kyslíku na teplotu cca 250 °C. Oproti bílému fosforu je na vzduchu velmi stabilní, má vyšší hustotu a teplotu tání. Na rozdíl od bílého fosforu neobsahuje samostatné molekuly P₄, ale polymerní síť atomů fosforu.

Amorfní červený fosfor lze převést na různé krystalické modifikace pomocí vhodně nastaveného zahřívání. Využívá se při výrobě bezpečnostních zápalek, kde se nachází především ve škrtací ploše.

Červený fosfor. Zdroj: Tomihahndorf/Commons

Fialový (Hittorfův) fosfor

Tzv. Hittorfův fosfor vzniká krystalizací červeného fosforu z roztaveného olova. Běžnější metodou přípravy je sublimace červeného fosforu v přítomnosti jódu, který funguje jako katalyzátor

Jeho struktura je tvořena složitými řetězci a trubicemi atomů fosforu uspořádanými do vrstev.

Černý fosfor

Termodynamicky nejstabilnějším alotropem je černý fosfor, který tvoří tři krystalické a jednu amorfní modifikaci. Vzniká zahříváním bílého fosforu za vysokého tlaku. Je polovodivý, a proto se s ním setkáváme v oblasti vývoje nových elektronických součástek.

Struktura černého fosforu je vrstevnatá a připomíná grafit. Z jedné vrstvy lze připravit materiál označovaný jako fosforen.

V posledních letech je zkoumán také jako materiál s potenciálním antibakteriálním využitím.[6]

Krystalová struktura černého fosforu. Zdroj: Martin Uhrin/Commons

Šarlatový fosfor

Šarlatový fosfor se připraví tak, že vystavíme roztok fosforu v sirouhlíku (CS₂) nebo tetrachlormethanu (CCl₄) světlu.[3] Druhou možností je varem 10% roztoku fosforu v bromidu fosforitém (PBr₃). Hustota šarlatového fosforu je 2,0 g.cm^-3. Zahříváním šarlatového fosforu v atmosféře oxidu uhličitého vzniká fialový (Hittorfův) fosfor.

Modrý fosfor

Nejnovější modifikace fosforu, předpovězen byl v roce 2014 a připraven o dva roky později. Jde o 2D modifikaci fosforu, která byla připravena na zlatém substrátu. Je tvořena kondenzovanými šestičlennými cykly, podobně jako grafen.[4,5]

Tavenina fosforu

Tavenina fosforu i fosforové páry obsahují převážně molekuly P₄. Při velmi vysokých teplotách se začínají objevovat i menší molekulární útvary, například P₂.

Literatura

Navigace

Ověření znalostí

Krátký test týkající se alotropických modifikací fosforu:

Která z modifikací fosforu je nejstabilnější?

Ukaž odpověď

Proč je bílý fosfor velmi reaktivní?