红磷、白磷、紫磷、黑磷是什么?
磷有三种主要的同素异形体:白磷、红磷和黑磷。
纯白磷是一种无色透明的晶体,遇光逐渐变黄,所以又叫黄磷。黄磷在隔绝光线和空气的情况下可以蒸馏出来,可以重新变白。据测定,白磷以P4的分子形式存在,无论是在溶液中还是在蒸汽状态下。
四个磷原子形成一个四面体,每个磷原子与其三个P轨道和另外三个P轨道形成三个σ键。P4分子中磷原子间的键角为60°。P4分子是具有张力的分子,这种张力降低了每个P-P键的键能,这就解释了为什么白磷在室温下具有很高的化学活性。
当白磷蒸汽加热到800℃时,P4开始分解成P2。此时的双原子分子结构(:p ≡ p:)与氮相似。
白磷在密闭容器中加热到260℃时,会逐渐转化为暗红色粉末。在室温下,在光的作用下,白磷也会发生上述转变,产生暗红色变体,其中紫磷是主要成分。紫磷的化学活性不如白磷,但仍能被硝酸氧化成磷酸。紫磷与氯酸钾摩擦时会剧烈燃烧。
白磷或紫磷与三溴化磷煮沸,会产生红磷。红磷是紫磷的无定形体。
红磷的结构还不清楚。有人认为红磷是1键断裂后,P4分子以四面体结构连接而成的巨大长链分子。
白磷在1 210 MPa下加热得到黑磷。黑磷呈铁灰色,有金属感,导电,密度2.7 g/cm3,燃点490℃,外形似石墨。黑磷的化学活性比紫磷差,通常很难发生化学反应。
黑磷具有双层结构,每个磷原子有三个相邻的原子。
许多元素中的简单元素,如磷,可以形成同素异形体。同素异形体有三种形成方式:(1)分子中的原子数不同,如氧气(O2)和臭氧(O3);(2)晶体中原子的排列方式不同,如金刚石和石墨;(3)晶体中分子的排列方式不同,如菱形硫和单斜硫。