Histoire du phosphore, propriétés, structure, obtenant, utilisations

Il correspondre Il s'agit d'un élément non métallique qui est représenté par le symbole chimique P et a un numéro atomique 15. Il présente trois principales formes allotropes: phosphore blanc, rouge et noir. Le phosphore blanc est phosphorescent, brûle spontanément lorsqu'il est exposé à l'air et est également très toxique.

Le phosphore blanc à 250 ° C de température devient du phosphore rouge; une forme polymère, insoluble et qui ne brûle pas dans l'air. À des températures et des pressions élevées, ainsi qu'en présence ou non de catalyseurs, le phosphore noir est obtenu, qui ressemble au graphite et est un bon conducteur d'électricité.

Phosphore blanc stocké dans une bouteille avec de l'eau. Source: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le phosphore a été isolé pour la première fois par H. Marque, en 1669. Pour ce faire, l'urine utilisée comme source de cet élément. En 1770, w. Scheele a découvert qu'il pouvait également isoler le phosphore osseux.

Par la suite, en raison de la création du four électrique par J. Burgess Readman (1800), les roches de phosphate sont devenues la principale source de production de phosphore à partir du minerai de fluoroapatite, présente en eux.

Le phosphore est l'élément plus abondant de la croûte de la Terre et en représente 0,1% en poids. De plus, c'est le sixième élément de l'abondance du corps humain; principalement concentré dans les os sous forme d'hydroxylapatite.

C'est donc un élément essentiel pour les êtres vivants, devenant l'un des trois principaux nutriments des plantes. Le phosphore fait partie de la structure chimique des acides nucléiques; des composés de stockage d'énergie (ATP), coenzymes; et en général, des composés métabolistiques.

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Histoire

- Découverte

Dans l'urine

Joseph Wright de Derby Painting où la découverte du phosphore illustre. Source: Joseph Wright de Derby [Domaine public]

Le phosphore a été isolé par la marque Henning en 1669, étant le premier humain à isoler un élément. Brand était un alchimiste allemand de Hambourg et a réussi à obtenir un composé de phosphore de l'urine. Pour ce faire, il a rassemblé l'urine de 50 seaux et lui a permis de décomposer.

La marque a ensuite évaporé l'urine et obtenu un résidu noirâtre, qui a conservé pendant plusieurs mois. À ce sable ajouté et le réchauffait, réussi à éliminer les gaz et les huiles. Enfin, il a obtenu un solide blanc qui brillait dans l'obscurité avec une couleur verte, qu'il a appelée "feu froid".

Le terme «phosphore», par hasard, vient du mot grec «phosphore» qui signifie porteur de la lumière.

Brand n'a pas publié ses résultats expérimentaux et l'a vendu à plusieurs alchimistes, notamment: Johann Kraft, Kunckel Lowenstern et Wilhelm Leibniz. Certains d'entre eux ont probablement signalé le travail de Brand à l'Académie des sciences de Paris, diffusant ainsi leurs enquêtes.

Cependant, la marque n'a pas vraiment isolé le phosphore, mais le phosphate de sodium ammoniacal [NH (NH₄) Po₄]]. En 1680, Robert Boyle a amélioré la procédure de la marque, à travers laquelle il pourrait obtenir une forme alotrope de phosphore (P₄).

Dans les os

Johan Gottlieb Gahn et Carl Wihelm Scheele ont établi en 1769 qu'un composé de phosphore, le phosphate de calcium, était dans les os. Les os malheds ont été soumis à un processus de digestion avec des acides forts, comme l'acide sulfurique.

Ensuite, le produit de digestion a été chauffé dans des récipients en acier avec du charbon et du charbon, obtenant ainsi du phosphore blanc par distillation en réplique. Les os étaient la principale source obtenant du phosphore jusqu'en 1840, date à laquelle ils ont été remplacés à cet effet par le guano.

Dans le guano

Guano est un mélange d'oiseaux d'oiseaux et de produits de décomposition d'entre eux. Il a été utilisé comme source de phosphore et d'engrais au 19e siècle.

- Développement industriel

Les roches de phosphate ont été utilisées en 1850 comme source de phosphore. Ceci, avec l'invention du four électrique pour calciner les roches de James Burges Readman (1888), a fait des roches phosphatiques la principale matière première de la production de phosphore et des engrais.

En 1819, des usines de Cerrillas ont été établies, commençant le développement industriel du phosphore.

Proprietes physiques et chimiques

Apparence

Selon la forme allotrope, il peut être incolore, blanc fermé, jaune, écarlate, rouge, violet ou noir.

Poids atomique

30 973 U

Numéro atomique (z)

quinze

Point de fusion

Phosphore blanc: 44.15 ºC

Phosphore rouge: ~ 590 ºC

Point d'ébullition

Phosphore blanc: 280,5 ºC

Densité (température ambiante)

Blanc: 1 823 g / cm³

Rouge: 2,2-2,34 g / cm³

Violet: 2,36 g / cm³

Noir: 2,69 g / cm³

Chaleur de fusion

Phosphore blanc: 0,66 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

Phosphore blanc: 51,9 kJ / mol

Capacité calorique molaire

Phosphore blanc: 23 824 J / (mol.K)

États d'oxydation

-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4 et +5

Selon l'électronégativité des éléments avec lesquels le phosphore peut montrer l'état d'oxydation +3 ou -3. Le phosphore, contrairement à l'azote, a tendance à réagir de préférence avec l'état d'oxydation +5; Tel est le cas du phosphore pentoxyde (P₂SOIT₅ ou p₂⁵⁺SOIT₅²⁺).

Peut vous servir: matériaux solubles

Électronégativité

2,19 sur l'échelle Pauling

Énergie d'ionisation

-Premièrement: 1.101 kJ / mol

-Deuxième: 2.190,7 kJ / mol

-Troisième: 2.914 kJ / mol

Conductivité thermique

Phosphore blanc: 0,236 W / (M · K)

Phosphore noir: 12,1 w / (m · k)

Il montre comment le phosphore noir mène près de six fois plus de chaleur que le phosphore blanc.

Ordre magnétique

Les matchs blancs, rouges, violets et noirs sont diamagnétiques.

Isotopes

Le phosphore a 20 isotopes, étant les principaux: ³¹P, le seul isotope stable avec une abondance de 100%; ³²P, émetteur β isotope^- et avec une demi-vie de 14,28 jours; et ³³P, un isotope β émetteur^- Et avec une demi-vie de 25,3 jours.

Phosphorescence

Le phosphore blanc est phosphorescent et émet une lumière verte dans l'obscurité.

Changements allotropes

Le phosphore blanc est instable et change à des températures proches de 250 ºC à une forme polymère connue sous le nom de phosphore rouge, qui peut varier l'orange orange pourpre. C'est une substance amorphe, mais elle peut devenir cristalline; Ne brille pas dans l'obscurité ou ne brûle pas dans l'air.

Le phosphore blanc à des températures et des pressions élevées, ou en présence de catalyseurs, est transformé en une forme polymère autre que le phosphore rouge: phosphore noir. Il s'agit d'une substance cristalline noire et inerte, semblable au graphite, et qui a la capacité de conduire de l'électricité.

Solubilité

Le phosphore blanc pur est insoluble dans l'eau, bien qu'il puisse être solubilisé dans du sulfure de carbone. Pendant ce temps, les matchs rouges et noirs sont insolubles dans l'eau et sont moins volatils que le phosphore blanc.

Réactivité

Le phosphore brûle spontanément dans l'air pour former le p₂SOIT_5, Et cela peut à son tour réagir avec trois molécules d'eau pour former l'acide orthophosphorique ou phosphorique (H₃Pote₄).

Par action de l'eau chaude provient de la phosphine (pH₃) et le phosphore oxacides.

L'acide phosphorique agit sur des roches phosphatées provoquant un dihydrogène ou un superphosphate de phosphate de calcium [CA₂Pote₄)₂]].

Vous pouvez réagir avec les halogènes pour former les halogénures PX₃, représentant x à f, cl, br ou i; o Haluros avec formule PX₅, Être X, CL ou BR.

De plus, le phosphore réagit avec les métaux et les métalloïdes pour provoquer des phosphures, et le soufre forment plusieurs sulfures. D'un autre côté, il se lie à l'oxygène aux esters d'origine. De la même manière, il est combiné avec du carbone pour former les composés organiques du phosphore.

Structure et configuration électroniques

- Liens et unité tétraédrique

Les atomes de phosphore ont la configuration électronique suivante:

[NE] 3S² 3p³

Par conséquent, cinq électrons de Valence, comme l'azote et les autres éléments du groupe 15. Parce qu'il s'agit d'un élément non métallique, ses atomes doivent former des liaisons covalentes jusqu'à ce que l'Octeto de Valencia termine. L'azote y parvient lorsqu'il est établi en tant que molécules datomiques n₂, Avec un triple lien, n≡n.

Il en va de même pour le phosphore: deux de ses atomes P sont liés à une triple liaison pour former la molécule P₂, P≡P; C'est, l'alotrope diphosphore. Cependant, le phosphore a une masse atomique plus élevée que l'azote, et ses orbitales 3p, plus diffuses que le 2p d'azote, chevauchent avec moins d'efficacité; Par conséquent, le P₂ Il n'existe que dans l'état gazeux.

Au lieu de cela, à température ambiante, les atomes P préfèrent s'organiser de manière covalente d'une autre manière: dans une molécule tétraédrique P₄:

Unités moléculaires P4 dans les cristaux de phosphore blanc. Source: Benjah-Bmm27 via Wikipedia.

Notez que dans l'image supérieure, tous les atomes P ont trois liens simples au lieu d'un triple lien. Ainsi, le phosphore en p₄ Complétez son octeto de Valence. Cependant, en p₄ Il y a une tension dans les liens P-P, car leurs angles vont à l'œil nu d'être 109,5 °.

- Alotropes

Phosphore blanc

La même image des unités P₄ Et son instabilité explique pourquoi le phosphore blanc est le plus instable alotrope de cet élément.

Les unités p₄ Ils sont ordonnés dans l'espace pour définir un cristal BCC (phase α) dans des conditions normales. Lorsque la température descend à -77,95 ºC, le verre BCC est transformé en HCP (vraisemblablement), plus dense (phase β). C'est-à-dire les unités p₄ Ils sont ordonnés en deux couches alternatives, A et B, pour établir une séquence ABAB ..

Phosphore rouge

Structure de la chaîne de phosphore rouge. Source: Gabriel Bolívar.

Dans l'image supérieure, seul un petit segment de la structure du phosphore rouge est représenté. Étant les trois unités alignées "symétriquement", on peut dire qu'il s'agit d'une structure cristalline, qui est obtenue en chauffant ce phosphore au-dessus de 250 ºC.

Le phosphore rouge, cependant, la plupart du temps, il se compose d'un amorphe solide, donc sa structure est désordonnée. Ainsi, les chaînes polymères de P₄ Ils auraient sans modèle apparent, un au-dessus et d'autres en dessous du même plan arbitrairement.

Notez que c'est la principale différence structurelle entre le phosphore blanc et rouge: dans le premier₄ Ils sont individuels, et dans la seconde forme des chaînes. Cela est possible car l'un des liens p-p est cassé à l'intérieur du tétraèdre pour pouvoir être lié au tétraèdre voisin. Ainsi, la tension annulaire et le phosphore rouge sont réduits plus de stabilité.

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Lorsqu'il y a un mélange des deux alotropes, il est offert en vue comme phosphore jaune; Un mélange de tétraèdra et de chaînes de phosphore amorphe. En fait, phosphore blanc.

Phosphore violet ou hittorf

Structure moléculaire du phosphore violet. Source: Cadmium à l'anglais Wikipedia [Domaine public]

Le phosphore violet est l'évolution finale du phosphore rouge. Comme on peut le voir dans l'image supérieure, il continue de consister en une chaîne polymère; Mais maintenant les structures sont plus complexes. Il semble que l'unité structurelle ne soit plus le p₄ mais p₂, disposés de telle manière qu'ils forment des anneaux pentagonaux irréguliers.

Malgré l'apparence asymétrique de la structure, ces chaînes polymères parviennent à commander assez bien et périodiquement afin que le phosphore violet.

Phosphore noir

Structure du phosphore noir vu sous plusieurs angles. Source: Benjah-Bmm27 [domaine public].

Et enfin, nous avons l'alotrope de phosphore le plus stable: la couleur noire. Prépare le phosphore blanc sous une pression de 12.000 atm.

Dans l'image supérieure (ci-dessous), on peut voir que sa structure, à partir d'un plan supérieur, a une certaine ressemblance avec celle du graphite; C'est un réseau abrupte d'énièges hexagonaux (bien qu'ils aient l'air carré).

Dans le coin supérieur gauche de l'image, vous pouvez mieux apprécier le nouvellement commenté. Les environnements moléculaires des atomes P sont la pyramide trigonale. Notez que la vue de la structure latéralement (coin supérieur droit), est disposée en couches qui s'adaptent sur l'autre.

La structure du phosphore noir est assez symétrique et ordonnée, ce qui correspond à sa capacité à s'établir comme des cristaux ortorrombiques. L'empilement de ses couches de polymère provoque des atomes de P non disponibles pour de nombreuses réactions chimiques; Et c'est pourquoi il est considérablement stable et peu réactif.

Bien qu'il ne soit pas nécessaire de le mentionner, les forces de dispersion de Londres et les masses molaires de ces solides phosphoriques sont celles qui régissent certaines de ses propriétés physiques; tandis que leurs structures et liaisons p-p définissent les propriétés chimiques et autres.

Où est-il et obtenez

Apatita et phosphorite

C'est l'élément de douze de la croûte terrestre et en représente 0,1% en poids. Il y a environ 550 minéraux qui contiennent du phosphore, l'apatita étant le minéral le plus important pour obtenir du phosphore.

Apatita est un minéral de phosphore et de calcium qui peut contenir des quantités variables de fluor, de chlorure et d'hydroxyde, dont la formule est la suivante: [CA_dix(Po₄)₆(F, cl ou oh)₂)]. En plus de l'apatite, il existe d'autres minéraux de phosphore d'importance commerciale; Tel est le cas de Wavelita et Vivianita.

Le phosphate ou la roche phosphorite est la principale source de phosphore. Il s'agit d'une roche sédimentaire non dégritique qui a un contenu de phosphore de 15 à 20%. Le phosphore est généralement présent sous forme de CA_dix(Po₄)₆F₂ (fluoroapatita). Il est également présent sous forme d'hydroxyapatite, bien que dans une moindre mesure.

De plus, la fluoroapatite peut être trouvée une partie des roches ignées et métamorphiques, ainsi que des calcaires et des schistes.

Réduction électrothermique de la fluoroapatita

Les roches de phosphate sélectionnées sont transférées à l'usine de traitement pour le traitement. Initialement, ils sont écrasés pour obtenir des fragments de roche qui sont ensuite broyés dans les moulins à boulets à 70 révolutions par minute.

Ensuite, le produit du broyage des fragments de roche est tamisé pour pouvoir les fraction. Ces fractions sont choisies avec une teneur en phosphore à 34% telle que le pentoxyde de phosphore (P₂SOIT₅).

Phosphore blanc (p₄) Il est obtenu industriellement par la réduction électrothermique de la fluoroapatite avec du carbone à une température de 1.500 ºC en présence d'oxyde de silicium:

2CA₃(Po₄)₂(s) + 6Sio₂(s) + 10 c (s) => p₄(g) + Casio₃(L) + co (g)

Le p₄ Dans un état gazeux, après condensation, il est collecté et stocké comme un solide blanc submergé dans l'eau pour éviter de réagir avec l'air extérieur.

Alliages

Cuivré

La couverture de phosphore est fabriquée avec différents pourcentages de cuivre et de phosphore: CU 94% - P 6%; CU 92% - P 8%; CU 85% - P 15%, etc. L'alliage est utilisé comme agent désoxydant et hydratant pour l'industrie du cuivre et également comme un nucléant dans l'industrie de l'aluminium.

Broncine

Ce sont du cuivre, du phosphore et des alliages d'étain contenant 0,5 à 11% de phosphore et 0,01 à 0,35%. L'étain augmente la résistance à la corrosion, tandis que le phosphore.

Il est utilisé dans l'élaboration des ressorts, des boulons et, en général, dans des articles qui nécessitent de la fatigue, de l'usure et de la corrosion chimique. Son utilisation dans les hélices des navires est recommandée.

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Nictelladas

L'alliage le plus connu est le pincement_vingt, En utilisant le nickel phosphoré dans de forts alliages de soudage, pour améliorer sa résistance à l'érosion chimique, à l'oxydation et aux températures élevées.

L'alliage est utilisé dans les composants du gaz et des moteurs de réaction, la galvanoplastie et dans la production d'électrodes de soudage.

Des risques

Le phosphore blanc produit de graves brûlures cutanées et est un poison puissant qui peut être mortel à une dose de 50 mg. Le phosphore inhibe l'oxydation des cellules, interférant avec la gestion cellulaire de l'oxygène, ce qui peut entraîner une dégénérescence des graisses et la mort de la cellule.

L'empoisonnement aigu du phosphore produit dans les quatre premiers jours de la douleur abdominale de l'admission, de l'ardeur, de la respiration avec l'odeur de l'ail, des vomissements phosphorescents, de la transpiration, des crampes musculaires et même un état de choc.

Par la suite, une jaunisse, des pétéchies, une hémorragie, une affectation myocardique avec des arythmies, une altération du système nerveux central et la mort le dixième jour de l'admission se manifestent.

La manifestation la plus évidente de l'empoisonnement chronique au phosphore est les dommages à la structure osseuse de la mâchoire.

Une augmentation de la concentration plasmatique de phosphore (hyperphospathia) est généralement présentée chez les patients atteints d'insuffisance rénale. Cela provoque un dépôt anormal de phosphates dans les tissus mous, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement vasculaire et une maladie cardiovasculaire.

Applications

Le phosphore est un élément essentiel pour les plantes et les animaux. C'est l'un des trois principaux nutriments des plantes, étant nécessaire pour leur croissance et leurs besoins énergétiques. De plus, il fait partie des acides nucléiques, des phospholipides, des produits intermédiaires des processus métaboliques, etc.

Chez les vertébrés, le phosphore est présent dans les os et les dents sous forme d'hydroxylapatite.

- Phosphore élémentaire

Une boîte de matchs ou "phosphore". Source: pxhere.

Avec le phosphore, un émail chimique est fabriqué qui est utilisé pour éclairer les avis placés sur l'aluminium et ses alliages; ainsi que dans le cuivre et le bronze phosphoré.

Il est également utilisé pour fabriquer des bombes incendiaires, des grenades, des pompes à fumée et des balles de traceur. Le phosphore rouge est utilisé dans l'élaboration des matchs ou des matchs de sécurité.

Le phosphore blanc est utilisé pour l'élaboration d'organophosphate. De plus, il est utilisé dans la production d'acide phosphorique.

Une grande quantité de phosphore produite est incinérée pour la production de tétraxide de phosphore (P₄SOIT_dix), obtenu comme une poudre ou un solide.

- Composés

Phosphine

C'est la matière première pour l'élaboration de plusieurs composés de phosphore. Il agit comme un agent de dopage pour les composants électroniques.

Acide phosphorique

Il est utilisé dans l'élaboration des boissons gazeuses en raison du goût caractéristique qui les confère. Agir sur des roches de phosphate pour former un phosphate de calcium dihydrogène₂Pote₄)₂], également connu sous le nom de superphosphate, qui est utilisé comme engrais.

L'acide phosphorique est un conditionneur d'élément de l'émail dentaire pour faciliter l'adhésion des matériaux de sa restauration. Il est également utilisé, mélangé à l'huile, à l'urée, à la pause, au bitume et au sable, pour former l'asphalte; Matériel utilisé dans la réparation des canaux de communication terrestre.

Organophosphore

Les composés organophosphores ont de nombreuses applications; comme: les retardateurs de flamme, les pesticides, les agents d'extraction, les agents d'action nerveuse et le traitement de l'eau.

Dihydrate dihydrate de calcium phosphate

Il est utilisé comme engrais, poudre à pâte, additif d'aliments pour animaux et dans l'élaboration des pâtes dentaires.

Phosphore pentoxyde

Il est utilisé dans l'analyse chimique comme agent déshydratant et dans la synthèse organique comme agent de condenseur. Le composé est principalement alloué à la production d'acide orthophosphorique.

Tripolyphosphate de sodium

Il est utilisé dans les détergents et comme adoucisseur d'eau, ce qui améliore l'action des détergents et aide à éviter la corrosion des tuyaux.

Phosphate trisodique

Il est utilisé comme agent de nettoyage et adoucisseur d'eau.

Phosphates de sodium

Phosphate de sodium dibasique (Na₂HPO₄) et le phosphate de sodium monobasique (non₂Pote₄) sont les composants d'un système d'amortisseur PH, qui agit même dans les êtres vivants; Parmi eux des êtres humains.

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