Własności fosforu i odmiany alotropowe

Fosfor występuje, w kilku odmianach alotropowych. Najczęściej spotykaną odmianą jest tzw. fosfor biały, ciało bezbarwne, przeświecające, miękkie jak wosk. W wodzie i alkoholu jest on prawie nie rozpuszczalny, nieco rozpuszcza się w eterze,
łatwo- w trójchlorku fosforu, chlorku siarki i siarczku węgla. Z ostatniego z wymienionych rozpuszczalników fosfor wydziela się po odparowaniu w postaci kryształów układu regularnego o połysku diamentowym. W 44 o C fosfor biały topi się, a w 280 o C wrze pod zwykłym ciśnieniem.

Fosfor biały jest substancją chemicznie bardzo czynną. W strumieniu chloru zapala się samorzutnie już w zwykłej temperaturze; również żywo reaguje z bromem, siarką i wieloma metalami. Szczególnie uderzającą jego cechą duże podobieństwo do tlenu. W zwartych masach fosfor biały zapala się już nieco powyżej 60 o C. Wystarczyło tego częste ogrzanie spowodowane tarciem podczas krajania fosforu nożem. Dlatego należy krajać fosfor zawsze pod wodą.

W stanie dużego rozdrobnienia fosfor zapala się już w zwykłej temperaturze. Tę zapalność można zademonstrować przez napojenie skrawka bibuły roztworem fosforu w dwusiarczku węgla i następnie odparowanie rozpuszczalnika. W krótkim czasie po wysuszeniu bibuła się zapala. Podczas spalania powstaje pięciotlenek fosforu obok znikomych ilości innych tlenków. Reakcji towarzyszy wydzielanie znacznych ilości ciepła:



Przechowany w zwykłej temperaturze w zetknięciu z wilgotnym powietrzem fosfor świeci w ciemności. Pochodzi to stąd, że para fosforu ulega powolnemu utlenianiu, a część energii tej reakcji wydziela się pod postacią promieniowania widzialnego (chemiluminescencja). Podczas tego powolnego utleniania fosforu na powietrzu powstają głównie niższe tlenki fosforu. Dla zapobieżenia mu przechowuje się biały fosfor pod wodą.
W bardzo efektywny sposób można zademonstrować to świecenie pary fosforu w postaci tzw. zimnego płomienia Smithellsa.

Doświadczenie:

Na dno kolby kładzie się kilka kawałków fosforu białego i przykrywa je watą szklaną, po czym ogrzewa się kolbę na łaźni wodnej przepuszczając równocześnie silny strumień dwutlenku węgla. Gaz ten porywa ze sobą parę fosforu, która styka się u wylotu kolby z tlenem powietrza i ulega utlenieniu, tworząc wielki, słabo świecący „płomień” tak chłodny,
że można w nim swobodnie trzymać rękę.


Uderzające jest, że świecenie fosforu ustaje w czystym tlenie, a ponownie się zjawia, gdy ciśnienie spada do wysokości ciśnienia cząsteczkowego tlenu w atmosferze. Powolne utlenianie fosforu jest reakcją łańcuchową, mogącą przebiegać tylko wówczas, gdy cząstkowe ciśnienie gazów reagujących leży w określonych granicach. Niezbędna do tej reakcji jest też obecność pary wodnej. Przez obecność takich substancji, jak alkohol, eter, i innych, świecenie fosforu silnie osłabia się lub nawet całkiem zanika.

Fosfor biały jest silną trucizną: już 0,1 g fosforu wprowadzony do żołądka działa zabójczo.

Przez ogrzewanie bez dostępu powietrza do 260 o C fosfor biały przechodzi w inną odmianę, tzw. fosfor czerwony, jest proszkiem o barwie ciemnoczerwonej. Nie rozpuszcza się w wodzie i innych rozpuszczalnikach, wskutek czego nie ma właściwości trujących. Nie jest tak aktywny jak fosfor biały, nie świeci, nie utlenia się w zwykłych warunkach, zapala się dopiero po ogrzaniu powyżej 400o C.
Fosfor czarny lub metaliczny, otrzymał Bridgman przez ogrzewanie białego fosforu bez dostępu powietrza pod ciśnieniem 12 000 at do 200 o C. Jest to substancja stała o barwie szarej i połysku metalicznym. Jest znacznie gęstsza od obu pozostałych odmian, przewodzi nieźle ciepło i prąd elektryczny. Chemicznie jest jeszcze mniej czynna.


Zastosowanie fosforu:

Ze względu na łatwą zapalność fosfor biały był stosowany do wyrobu zapałek. Ze względu na trujące własności fosforu wyrób tych zapałek w większości krajów europejskich został prawnie zakazany. Jedynie szorstka powierzchnia pudełek, służących do pocierania zapałek, zawiera nieco czerwonego fosforu, zmieszanego z tłuczonym szkłem i dwutlenkiem manganu. Wskutek ogrzania, wywołanego potarciem zapałki o tę powierzchnię, fosfor się zapala i płomień przenosi się na główkę zapałki.
Fosfor biały jest także używany m.in. jako trutka na gryzonie, a fosfor czerwony jest używany do oświetlenia tarcz zegarków.
Tlenki fosforu używane są jako reduktory (P4O6) lub substancje wysuszające (P4O10). Kwas ortofosforowy (H3PO4) jest dodatkiem do napoi gazowanych typu cola. Związki tego pierwiastka wykorzystywane są również w przemyśle chemicznym jako katalizatory.
Fosforan(V) sodu stosuje się do proszków do prania, okazało się że coraz powszechniejsze używanie detergentów powoduje zwiększanie stężenia związków fosforu w wodach rzeki jezior, zwłaszcza w Polsce, gdzie niewiele jeszcze ścieków jest oczyszczonych. Wynikiem tego jest Eutrofizacja wód.