Физические свойства. Как простое вещество фосфор существует в виде нескольких аллотропных модификаций

Как простое вещество фосфор существует в виде нескольких аллотропных модификаций.

Белый фосфор – белое мягкое воскообразное вещество. Он легкоплавок (Т_пл = 44,1 °C, Т_кип = 287 °С), летуч, растворяется в сероуглероде, эфире, не растворим в воде (хранится под слоем воды). Белый фосфор чрезвычайно ядовит. Загорается на воздухе уже при незначительном нагревании, а так же при ударе и трении. Мелкодисперстный фосфор самовоспламеняется на воздухе. Светится в темноте. Предполагается, что при медленном окислении фосфора образуются низшие оксиды, которые не устойчивы, при этом выделяется энергия и в результате происходит постоянный переход электронов, который и воспринимается как свечение. Белый фосфор имеет молекулярную кристаллическую решетку. В узлах решетки находятся молекулы Р₄, имеющие тетраэдрическое строение (рисунок 4).

Рисунок 4 – Строение молекулы белого фосфора

Это самая активна модификация фосфора.

В молекуле Р₄ связи Р–Р довольно легко разрываются. Этим объясняется высокая химическая активность белого фосфора и склонность переходить при хранении (в особенности при нагревании) в более стабильные полимерные модификации, например:

Р (белый) → Р (красный), ∆Н°₂₉₈ = –18,41 кДж/моль.

Красный фосфор – сборная модификация красного, розового, пурпурного, фиолетового фосфора. Цвет модификации определяется величиной кристаллов. Имеет атомную кристаллическую решетку, не растворяется ни в одном растворителе, но растворим в расплаве некоторых металлов. Красный фосфор является неорганическим полимером, состоящим из пирамидально связанных атомов (рисунок 5).

Рисунок 5 – Строение красного фосфора

Для перевода красного фосфора в жидкое, а также в растворенное состояние необходим разрыв связей в полимерных молекулах. Поэтому полимерные модификации имеют высокие температуры плавления, практически не растворяются ни в одном из растворителей. При возгонке красного фосфора (426 °С) в пар переходят молекулы Р₂, которые затем рекомбинируются в молекулы Р₄. Таким образом, при конденсации паров образуется белая, а не красная модификация.

Черный фосфор – так же неорганический полимер. Имеет атомно-слоистую кристаллическую решетку с характерным для фосфора пирамидальным расположением связей (рисунок 6). По внешнему виду черный фосфор похож на графит, но является полупровоником. Его можно получить из белого фосфора при 200 °С и высоком давлении.

Р (белый) → Р (черный), ∆Н°₂₉₈ = –42 кДж/моль.

Рисунок 6 – Строение черного фосфора

Красный и особенно черный фосфор химически намного устойчивее белого. Так, если белый фосфор на воздухе самовоспламеняется при 50 °С, то красный – выше 250 °С, а черный – выше 400 °С. В отличие от белого фосфора его полимерные модификации не ядовиты. Вследствие высокой химической активности белый фосфор хранят под водой и по возможности в темноте.

В результате нагревания любой модификации фосфора при атмосферном давлении получается пар, состоящий из тетраэдрических молекул P₄. При температурах выше 800 °С начинается заметная диссоциация молекул P₄ с образованием молекул P₂. Степень дальнейшего распада с образованием атомарного фосфора даже при температурах порядка 2000 °С не превышает нескольких процентов. При конденсации паров фосфора или затвердевании его расплава всегда образуется метастабильная белая модификация (P₄).

Поиск по сайту: