元素磷于1669年由HennigBrand發(fā)現(xiàn)。大約200年后,詹姆斯·雷德曼(JamesReadman)開發(fā)了一種使用電爐從磷礦石中回收磷的方法。磷是地球上分布最廣泛的元素之一,在幾乎所有火成巖,沉積物沉積物和海床中都以磷酸鹽形式發(fā)現(xiàn)。磷存在于300多種礦物質(zhì)中,通常與Ca,Mg,F(xiàn)e,Sr,Al,Na和其他幾種金屬以及諸如硅酸鹽,硫酸鹽,氧化物,氫氧化物和鹵化物之類的陰離子有關(guān)。磷是所有生物中必不可少的元素,在生物和生態(tài)過程中至關(guān)重要,它發(fā)生在DNA和其他核酸以及骨骼中。磷用于煙火,炸彈,燃燒彈和安全火柴,它也用于有機合成,磷酸,三氯化磷,膦和其他化合物的生產(chǎn)。
磷的三種同素異形體固相中的元素磷以三種主要的同素異形體存在:(1)可能以α或β修飾形式出現(xiàn)的白磷或黃磷;(2)紅磷;和(3)黑磷。白磷是一種白色,柔軟,蠟狀的透明物質(zhì),經(jīng)常由于雜質(zhì)呈現(xiàn)黃色。有大蒜味。它由立方晶體組成,密度為1.82g/cm3,在44.1℃熔化為無色或微黃色液體。X射線衍射研究和31P-NMR分析表明,四面體P4分子的原子間距離為2.21?,并且這些分子能夠在晶體中自由旋轉(zhuǎn)。當冷卻至–76.9°C以下時,立方α形式轉(zhuǎn)化為密度為1.88g/cm3的六邊形β變體。與α形式不同,β形式在晶體中不能自由旋轉(zhuǎn),但晶格中P4分子的方向固定。在230至240℃下加熱,白磷轉(zhuǎn)化為紅磷,完全轉(zhuǎn)化在48小時內(nèi)完成,此反應可由硫,碘和硒作催化劑。紅色同素異形體還會從液態(tài)磷或白磷溶液中緩慢沉積析出,其沉積速率和產(chǎn)率取決于催化劑,溫度,光和其他因素。紅磷表現(xiàn)出不同形式,有三種常見形式,一種是常溫下的無定形形式,還有兩種晶體變體,這兩種變體包括三斜晶形體和六邊形或四邊形體。還存在一些其他形體,所有這些形體可以共存。在常溫下,紅磷的三斜變化是所有同素異形體中最穩(wěn)定的。紅磷的密度為2.0至2.31g/cm3,在590°C時熔化。黑磷是磷的第三種主要同素異形形式。它以兩種形式出現(xiàn),一種是具有類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)的無定形變體,另一種是正交晶體。黑磷的密度可能在2.20至2.69g/cm3之間變化。黑磷是通過將白磷在約10,000個大氣壓的極高壓力下在220°C加熱下而獲得。當任何形式的固態(tài)磷(白色,紅色或黑色)熔化時,會形成相同的液態(tài)磷。該液體的密度為1.74g/cm3,在50℃下的粘度為1.69厘泊。液態(tài)磷在280.5°C沸騰。冷卻后,液態(tài)磷固化為白磷。液態(tài)磷及其蒸氣由四面體P4分子組成,蒸氣在迅速凝結(jié)后也轉(zhuǎn)化為白磷。白色和紅色磷具有高電阻率,而黑磷在0°C下具有0.71ohm-cm的低電阻率。三種磷的溶解度也相差很大。白磷可溶于許多有機溶劑。它在二硫化碳中的溶解度非常高,在0°C時約400g/100g的溶劑,在苯中適度溶解(在25°C時約?3.59g/100g),在乙醚中的溶解度較低(在25°C時約1.5g/100g)°C)。紅磷和黑磷不溶于有機溶劑。白磷是一種易燃固體,在35°C的空氣中自燃。紅色和黑色磷不易燃,黑磷很難點燃。
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