Fosfor czarny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Fosfor czarny
Próbka pierwiastka Budowa krystaliczna
Próbka pierwiastka Budowa krystaliczna
Właściwości chemiczne i fizyczne
Skład chemiczny fosfor
Układ krystalograficzny rombowy/trygonalny/regularny
Właściwości optyczne
Barwa szary
Dodatkowe dane
Postacie alotropowe fosfor biały, fosfor fioletowy, fosfor czerwony

Fosfor czarny – najtrwalsza odmiana alotropowa fosforu, otrzymana po raz pierwszy przez P.W. Bridgmana w drugiej dekadzie XX w.[1][2][3][4]

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Powstaje w wyniku ogrzewania fosforu białego[1][2][4][5] (a także czerwonego[1]) w temp. powyżej 200 °C pod ciśnieniem 12 tys. atm. Znane są jego cztery formy. Jako pierwszy i przy najniższych temperaturach i ciśnieniu powstaje fosfor czarny bezpostaciowy. Podczas dalszego ogrzewania przechodzi on w formę krystaliczną rombową. Pod ciśnieniem 50–100 tys. atm tworzy się forma trygonalna, a przy 110 tys. atm forma regularna. Obie formy wysokociśnieniowe są nietrwałe i w warunkach normalnych znana jest tylko forma rombowa[1][2]. Fosfor czarny można też otrzymać przez kilkudniowe ogrzewanie fosforu białego do 380 °C w obecności metalicznej rtęci, a także w temperaturze pokojowej przez poddanie fosforu fali uderzeniowej o ciśnieniu 100 tys. atm[6]. Monokryształy o pokroju igieł uzyskuje się przez rozpuszczenie fosforu w ciekłym bizmucie i roztworzeniu powstałego stopu w ok. 30% kwasie azotowym[2][7].

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Rombowy fosfor czarny ma charakter polimeryczny i zbudowany jest w sposób zbliżony do grafitu, składa się z warstw fosforenowych tworzących siatkę pierścieni sześcioczłonowych (w przeciwieństwie do grafitu są one pofałdowane), w których każdy atom fosforu ma trzy wiązania z atomami sąsiednimi[2][5][8].

Właściwości fizyczne[edytuj | edytuj kod]

Forma rombowa ma metaliczny połysk i własności półprzewodnikowe[5][9]. Jego przewodnictwo wzrasta wraz z ciśnieniem i przy 20 tys. atm zbliża się do wielkości charakterystycznych dla metali[10]. Topi się w temp. ok. 610 °C[1][2], natomiast w 490 °C w atmosferze azotu sublimuje[2]. Gęstość: 2,69 (rombowy), 3,56 (trygonalny), 3,88 g/cm3 (regularny)[1]. Jest badany jako potencjalny materiał do zastosowania w optoelektronice i elektronice[8].

Właściwości chemiczne[edytuj | edytuj kod]

Jest najmniej reaktywny z form alotropowych fosforu, jednak z wodą utlenioną reaguje szybciej niż fosfor czerwony[6]. Na powietrzu jest całkowicie stabilny, z trudem daje się zapalić za pomocą zapałki[2], jednak jeśli jest zanieczyszczony rtęcią, to pochłania tlen i parę wodną z powietrza, pokrywając się warstwą gęstej cieczy[6]. Ze stężonym kwasem azotowym reaguje wybuchowo z efektem płomienia, a stężony kwas siarkowy redukuje do dwutlenku siarki. Podczas kilkugodzinnego ogrzewania w 560 °C przekształca się w fosfor czerwony[6].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c d e f N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemistry of the elements. Wyd. 2. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997, s. 481–482. ISBN 978-0-7506-3365-9.
  2. a b c d e f g h Elemental phosphorus. W: A.D.F. Toy: The Chemistry of Phosphorus. Pergamon, 1973, s. 396–399, seria: Pergamon Texts in Inorganic Chemistry. ISBN 978-0-08-018780-8.
  3. Bridgman, P. W.. Two new modifications of phosphorus. „Journal of the American Chemical Society”. 36 (7), s. 1344-1363, 1914. DOI: 10.1021/ja02184a002. 
  4. a b Bridgman, P. W.. Further note on black phosphorus. „Journal of the American Chemical Society”. 38 (3), s. 609-612, 1916. DOI: 10.1021/ja02260a008 (ang.). 
  5. a b c Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 644. ISBN 83-01-13654-5.
  6. a b c d Georg Brauer (red.): Handbook of Preparative Inorganic Chemistry. T. 1. New York • London: Academic Press, 1963, s. 522-524.
  7. Brown, A., Rundqvist, S.. Refinement of the crystal structure of black phosphorus. „Acta Cryst.”. 19 (4), s. 684-685, 1965. DOI: 10.1107/S0365110X65004140 (ang.). 
  8. a b Xia, Fengnian, Wang, Han, Jia, Yichen. Rediscovering black phosphorus as an anisotropic layered material for optoelectronics and electronics. „Nat Commun”. 5, 2014. DOI: 10.1038/ncomms5458 (ang.). 
  9. T. Saito: Inorganic Chemistry. Kanagawa University, 2004, s. 65.
  10. P.W. Bridgman. Electrical Resistances and Volume Changes up to 20,000 kg./cm.2. „PNAS”. 21 (2), s. 109-113, 1935.