Termes

• Allotroptoute forme d’un élément pur qui a une structure moléculaire nettement différente d’une autre forme du même élément.
• Sel de phosphateAny ou ester d’acide phosphorique
• adénosine triphosphateun nucléotide présent dans les organismes biologiques et utilisé comme source d’énergie dans les réactions et processus cellulaires.

Le phosphore est un élément chimique de symbole P et de numéro atomique 15. Un non-métal multivalent du groupe de l’azote, le phosphore en tant que minéral est presque toujours présent dans son état d’oxydation maximale, sous forme de roches phosphatées inorganiques. Le phosphore élémentaire existe sous deux formes principales — le phosphore blanc et le phosphore rouge — mais en raison de sa grande réactivité, le phosphore n’est jamais trouvé en tant qu’élément libre sur Terre.

Alors que le terme « phosphorescence » est dérivé de la capacité du phosphore blanc à briller faiblement lors de l’exposition à l’oxygène, la compréhension chimique actuelle est que ce phénomène est en fait une chimiluminescence, un mécanisme d’émission de lumière distinct de la phosphorescence.

Importance du phosphore

Le phosphore est essentiel à la vie. Comme preuve du lien entre le phosphore et la vie terrestre, le phosphore élémentaire a été historiquement isolé pour la première fois dans l’urine humaine, et la cendre osseuse était une source importante de phosphate précoce. En tant que phosphate, c’est un composant de l’ADN, de l’ARN, de l’ATP (adénosine triphosphate) et des phospholipides qui forment toutes les membranes cellulaires. Les faibles niveaux de phosphate constituent une limite importante à la croissance dans certains systèmes aquatiques, et l’utilisation commerciale principale des composés du phosphore pour la production d’engrais est due à la nécessité de remplacer le phosphore que les plantes éliminent du sol.

Le phosphore existe sous plusieurs formes (allotropes) qui présentent des propriétés remarquablement différentes.

• Les deux allotropes les plus courants sont le phosphore blanc et le phosphore rouge.
• Une autre forme, le phosphore écarlate, est obtenue en permettant à une solution de phosphore blanc dans du disulfure de carbone de s’évaporer au soleil.
• Le phosphore noir est obtenu par chauffage du phosphore blanc sous haute pression (environ 12 000 atmosphères standard, soit 1,2 gigapascals). En apparence, propriétés et structure, le phosphore noir ressemble au graphite — il est noir et feuilleté, conducteur d’électricité et possède des feuilles plissées d’atomes liés.
• Un autre allotrope est le diphosphore; il contient un dimère de phosphore en tant qu’unité structurelle et est très réactif.

Phosphore blanc et Formes moléculaires apparentées

La forme élémentaire de phosphore la plus importante en termes d’applications est le phosphore blanc. Il se compose de P4molécules tétraédriques, dans lesquelles chaque atome est lié aux trois autres atomes par une seule liaison. Ce tétraèdre P4 est également présent dans le phosphore liquide et gazeux jusqu’à la température de 800 ° C, à quel point il commence à se décomposer en molécules de P2. Le phosphore blanc solide existe sous deux formes: à basse température, la forme β est stable et à haute température, la forme α est prédominante. Ces formes diffèrent en termes d’orientations relatives des tétraèdres P4 constitutifs.

Le phosphore blanc est le moins stable, le plus réactif, le plus volatil, le moins dense et le plus toxique des allotropes. Il se transforme progressivement en phosphore rouge, une transformation accélérée par la lumière et la chaleur. Les échantillons de phosphore blanc contiennent presque toujours du phosphore rouge et apparaissent donc jaunes. Pour cette raison, il est également appelé phosphore jaune. Il brille dans l’obscurité (lorsqu’il est exposé à l’oxygène) avec une teinte très faible de vert et de bleu, et il est hautement inflammable et pyrophorique (auto-inflammable) au contact de l’air. Il est également toxique, causant de graves lésions hépatiques lors de l’ingestion. En raison de sa pyrophoricité, le phosphore blanc est utilisé comme additif dans le napalm. L’odeur de combustion de cette forme a une odeur d’ail caractéristique, et les échantillons sont généralement recouverts de « pentoxyde de (di)phosphore” blanc, constitué de tétraèdres P4O10 avec de l’oxygène inséré entre les atomes de phosphore et à leurs sommets. Le phosphore blanc est insoluble dans l’eau mais soluble dans le disulfure de carbone.

Phosphore rouge

Le phosphore rouge est de structure polymère. Il peut être considéré comme un dérivé de P4 — l’une des liaisons P-P est rompue et une liaison supplémentaire est formée entre les tétraèdres voisins, ce qui donne une structure en forme de chaîne. Le phosphore rouge peut être formé en chauffant le phosphore blanc à 250 ° C (482 ° F) ou en l’exposant à la lumière du soleil. Le phosphore après ce traitement est amorphe. Lors d’un chauffage ultérieur, ce matériau cristallise. En ce sens, le phosphore rouge n’est pas un allotrope, mais plutôt une phase intermédiaire entre le phosphore blanc et le phosphore violet, et la plupart de ses propriétés ont une gamme de valeurs. Par exemple, le phosphore rouge vif fraîchement préparé est très réactif et s’enflamme à environ 300 ° C, bien qu’il soit encore plus stable que le phosphore blanc, qui s’enflamme à environ 30 ° C. Après un chauffage ou un stockage prolongé, la couleur s’assombrit; le produit résultant est plus stable et ne s’enflamme pas spontanément dans l’air.

Production de phosphore

Environ 1 000 000 tonnes courtes (910 000 t) de phosphore élémentaire sont produites chaque année. Le phosphate de calcium (roche phosphatée), principalement extrait en Floride et en Afrique du Nord, peut être chauffé à 1 200-1 500 ° C avec du sable, principalement du SiO2, et du coke (carbone impur) pour produire du P4 vaporisé. Le produit est ensuite condensé en une poudre blanche sous l’eau pour éviter l’oxydation par l’air.