Fehér és vörös foszfor

A foszfor az V. vagy másként nitrogéncsoport eleme, 3 párosítatlan vegyértékelektronnal. A foszforatomok stabilis π-kötéseket nem tudnak kialakítani, mivel atomsugaruk nagyobb, mint a nitrogéné, elektronegativitásuk viszont kisebb. A foszfor gőzeiben négyatomos, tetraéder alakú molekulákat hoz létre (P₄), egyszeres kovalens kötések vannak az atomok között a molekulában.

A foszfor esetében is beszélhetünk allotrop módosulatokról. Allotrópiának nevezzük egy kémiai elemnek azonos halmazállapotú, de többféle molekulaszerkezetű vagy különböző kristályszerkezetű változatban való előfordulását. A legjelentősebb két módosulata a fehér és a vörös foszfor, de emellett ismerünk még egy szürke színű ún. fémes foszfort is, mely a grafit hatszöges szimmetriájához hasonló rétegrácsot alkot, ahol delokalizált π-elektronrendszer fedezhető fel.

Ha a foszfor gőzeit lehűtjük, akkor gyakorlatilag nemfémes fehérfoszfor jön létre, melynek molekuláiban négy foszfor kapcsolódik, tetraéderes szerkezetet létrehozva. a P₄ molekulában minden foszforatom 1-1 kovalens szigmakötést alkot a többivel (azaz összesen atomonként 3 kötést számolhatunk). A molekulákat nagyon gyenge másodrendű erők kapcsolják össze.

A fehér (vagy régi nevén sárga) foszfor sárgásfehér színű, szagtalan, szilárd halmazállapotú nemfémes kristályos anyag. Molekularácsos, késsel jól vágható. Víz alatt szobahőmérsékleten tartva fehér színe sárgába alakul át, sőt, vörösfoszforrá is átváltozhat!

Olvadáspontja nagyon alacsony, 44,2 C°, forráspontja is mindössze 280 C°. Sűrűsége 1,82 g/cm³. Szobahőmérsékleten is párolog, gőzeinek szaga már érezhető. Apoláris oldószerekben oldódik, bőrön keresztül is képes felszívódni, igen veszélyes méreg!

A vörös (régi nevén ibolya) foszforban a tetraéderes P₄ molekulák láncszerűen összekapcsolódnak, így ún. láncszerű atomrácsot hoznak létre. A fehérfoszfor-molekulák összekapcsolódásával létrejöhet, mivel a vörösfoszfor energetikailag stabilisabb, ezért lehetséges, hogy a fehérfoszfor vörösfoszforrá alakuljon át.

Ez az anyag sötétvörös színű, szilárd halmazállapotú, szagtalan. 589,5 C°-on, nagy nyomáson olvad, egyébként alacsonyabb nyomáson szublimál. Sűrűsége 2,2 g/cm³. A láncok, kristályok, melyek felépítik, eltérő méretűek, különbözőek lehetnek, ez némi színbeli eltérést okozhat. Halmazszerkezete miatt oldószere nincs, nem mérgező.

Kémiai tulajdonságaik különbözősége kísérlettel jól igazolható, vaslemez egyik sarkára helyezett fehér, másik végére helyezett vörösfoszfor egyenletes hevítés hatására időben eltérve gyullad meg. Mivel a fehérfoszfor gyulladási hőmérséklete kb. 60 C°, ezért gyorsan meg fog gyulladni, a vörösfoszfor csak jóval később, sokkal magasabb hőmérsékleten. A fehérfoszfor egyébként akár napsütésre, dörzsölésre is meggyullad, oldatából az oldószer elpárologtatása után a finomszemcsés fehérfoszfor pedig akár már szobahőmérsékleten elreagál.

Égési reakciójuk során mindkét foszformódosulat difoszfor-pentaoxiddá ég el (2 P₂O₅, szerkezetük figyelembevételével pontosabban P₄O₁₀). Legfontosabb alkalmazási területük a gyufagyártás (vörösfoszforból).