IL FOSFORO

Il fosforo in natura non è rinvenibile in forma elementare ma piuttosto come ortofosfato di calcio Ca3(PO4)2  i cui minerali sono chiamati apatiti.  La riduzione dell’ortofosfato in forni elettrici ad alta temperatura ci permette di ottenere il fosforo elementare P4 , secondo la reazione:

2 Ca3(PO4)2 (s) + 10 C(s) + 6 SiO2 (s)→ P4 (g) + CaSiO3(s) + 10 CO (g)

Ma il P4  così ottenuto è allo stato aereiforme, quindi successivamente va condensato in acqua per dar vita al fosforo bianco, un solido molecolare le cui unità sono tetraedri P: si tratta di una delle tre forme allotropiche.

La molecola P4 ha una elevata tensione generata dagli angoli di legame di 60° causa dell’elevata reattività dello stesso : ciò rende necessaria la sua conservazione sott’acqua. Con un riscaldamento del fosforo bianco intorno ai 300° C e ad alta pressione possiamo ottenere il fosforo nero, che ha una struttura e caratteristiche chimico-fisiche simili alla grafite. E’ stabile a differenza della forma allotropica vista in precedenza, con una struttura a strati simile a quella del grafene, con esagoni di atomi di fosforo tricoordinati che portano complessivamente ad una struttura stabile ed una conducibilità elettrica a quanto pare anche superiore a quella della stessa grafite.

Infine il fosforo rosso, che possiamo ottenere con un lungo riscaldamento del fosforo bianco a 400°, in presenza di un catalizzatore (I2 o Na) : il trattamento termico porta alla polimerizzazione delle unità tetraedriche. Si tratta di un importante componente delle polveri piriche , la sua elevata infiammabilità lo rende adatto alla fabbricazione dei fiammiferi.

 

Gli ossidi più importanti del fosforo sono le due anidridi, fosforosa P4O6 e fosforica P4O10. La prima la otteniamo per combustione del fosforo elementare in difetto di ossigeno :

P4 + 3O2 → P4O6

struttura dell'anidride fosforosa
Anidride fosforosa 3D

La sua struttura mostra quattro atomi di fosforo che formano uno scheletro tetraedrico (come il P4) ma gli atomi di ossigeno fanno da ponte tra i legami P-P sui sei spigoli del tetraedro. Il composto in questione è molto volatile e reattivo, dagli impieghi più limitati rispetto all’altra anidride , quella fosforica. In questo caso la struttura presenta un’unica differenza con quella dell’anidride fosforosa: quattro atomi di ossigeno ai vertici, legati con doppi legami. La otteniamo con una combustione del fosforo in eccesso di ossigeno:

P4 + 5O2 → P4O10

struttura dell'anidride fosforica
Anidride fosforica 3D

L’utilità di questo composto trae origine dalla sua forte reattività con l’acqua, infatti è un ottimo agente disidratante, con reazione fortemente esotermica:

P4O10 + 6 H2O → 4H3PO4

Possiamo notare l’importante prodotto ottenibile, l’acido fosforico. Infatti a seconda del coefficiente stechiometrico davanti alla molecola d’acqua  nella precedente reazione, si possono ottenere gli acidi meta, orto e pirofosforico (HPO3 , H3PO4 , H4P2O7).

acido fosforico
Acido ortofosforico
ponte ossigeno nell'acido pirofosforico
Acido pirofosforico

Considerando invece lo stato di ossidazione +1 , troviamo l’acido fosfinico  o ipofosforoso H3PO2 , con un solo idrogeno acido, ottenibile dalla fosfina PH3 . L’acido fosfonico noto anche come ortofosforoso ne possiede invece due.

acido ipofosforoso
Acido fosfinico

Esattamente come visto nel caso dei carburi, i fosfuri possono essere composti ionici o interstiziali. Tra i primi meritano di essere menzionati i composti che il fosforo forma con alcuni metalli alcalini o alcalino-terrosi quali il sodio o lo stronzio, come  Na3P o Sr3P2 .

 

Per quanto riguarda i fosfuri interstiziali, qui le strutture presentano atomi di fosforo circondati da molti atomi metallici (di transizione) , per cui non ci dobbiamo sorprendere delle proprietà tipicamente metalliche di questi solidi, compreso il colore grigio scuro.

Abbiamo già discusso in un precedente articolo del legame fosforo-azoto (fosfazeni), adesso prendiamo in considerazione invece il legame fosforo-zolfo. Esiste infatti una lunga serie di composti costituiti da questo legame la cui struttura ricorda quella delle anidridi viste prima. Infatti anche in questo caso parliamo di uno scheletro tetraedrico di atomi di fosforo legati tra loro attraverso ponti di zolfo, con eventuali ulteriori atomi di zolfo ai vertici : si tratta di solfuri con formula generale P4Sn .

Chimitutor -16 Agosto 2017