Photpho trắng là khối trong suốt, mềm như sáp, có mạng lưới lập phương, nút mạng là phân tử P4 liên kết với nhau bằng lực Van de van. Do có mạng lưới phân tử nên dễ nóng chảy (t0nc = 440C), dễ bay hơi (t0s = 2570C), dễ tan trong dung môi không phân cực như CS2 ,
P
benzen. Trong dung dịch cũng như trạng thái hơi, phân tử dạng P4 lập thành tứ diện đều, nguyên tử P nằm ở các đỉnh, độ dài liên kết P-P là 2,21Ǻ và góc PPP bằng 600.
P P
P
• Góc hoá trị của phân tử P4 bằng 600, nhỏ hơn so với góc giữa các orbital 3p nên phân tử P4 luôn chịu "sức căng" mạnh, làm cho liên kết P-P không bền, năng lượng phá vỡ liên kết thấp EP-P = +50kcal/mol (trong khi đó EN-N =+225,8kcal/mol). Do đó, tuy nitơ có độ âm điện lớn hơn phôtpho ( 3,04eV > 2,19eV) nhưng phôtpho vẫn hoạt động hoá học mạnh hơn nitơ.
• Phôtpho trắng ở thể hơi có mùi tỏi, có thể chưng cất ở 1000 C cùng với hơi nước
• Vì P trắng không bền nên dưới tác dụng của ánh sáng hoặc nhiệt nó chuyển dần sang dạng bền hơn là P đỏ.
• Dưới tác dụng của nhiệt,P4 phân huỷ : P4 → 2P2
Phốt pho đỏ (Pn): là chất bột màu đỏ, phân tử dạng polyme gồm một số dạng khác nhau mà cấu trúc cho đến nay chưa xác định được. Do vậy, tuỳ theo cách điều chế mà tính chất và tỉ khối khác nhau, d biến đổi từ 2,0 đến 2,4. P đỏ không tan trong dung môi nào cả, nóng chảy ở 5930C, thăng hoa ở áp suất cao, tạo thành hơi gồm những phân tử P4, hơi này ngưng tụ thành P trắng.
Phot pho đen (Pm): được tạo thành khi đun nóng P trắng ở 370 - 380 oC với xúc tác Hg trong khoảng 8 ngày đêm hoặc dưới áp suất cao (12.000atm) .
P đen là chất dạng polyme có mạng lưới nguyên tử. Mỗi nguyên tử liên kết trực tiếp với 3 nguyên tử khác xung quanh bằng liên kết cộng hoá trị, dP-P=2,18Å. Mạng lưới có cấu trúc lớp hơi tương tự như than chì, tức là có điện tử hoá trị tự do, tạo cho P đen là chất bán dẫn, không tan trong dung môi nào cả, tỉ khối d=2,7. P đen khó nóng chảy ( tnc= 1000 oC)
P đỏ và P đen đều không độc.
Tính chất hoá học
- Mặc dù, độ âm điện của P bé hơn của nitơ nhưng P hoạt động hơn nitơ vì liên kết P-P trong phân tử P4 kém bền hơn nhiều.
- Do các dạng thù hình có cấu trúc khác nhau nên mức độ hoạt động hỗn hợp của chúng khác nhau. P trắng hoạt động nhất và P đen kém hoạt động nhất. Ví dụ: với O2 không khí, ở điều kiện thường P trắng bị oxi hoá dần nên phải để trong nước, còn P đỏ và P đen đều bền, P trắng tự bốc cháy trong không khí ở 40 oC, P đỏ - trên 250 oC và P đen – trên 400 oC:
P4 + 5O2 = P4O10
4 P đỏ + 5O2 = P4O10
thiếu chất oxi hoá thì tạo thành hợp chất của P+3 như P2O3, PX3, P2S3 ... Nhưng với chất oxi hoá dư thì tạo thành hợp chất của P+5 như P2O5, PX5, P2S5 ...
- Hiện tượng lân tinh: Ở điều kiện bình thường, P trắng bị oxi hoá từ từ trong không khí đồng thời phát ra ánh sáng xanh nhạt, chỉ nhìn thấy được trong tối. Đây là phản ứng oxi hoá mà năng lượng giải phóng ở dạng ánh sáng. Ngoài hiện tượng này, quá trình oxi hoá chậm P còn tạo ra ozôn và gốc phôtphoryl PO.
P + O2 = PO + O O + O2 = O3 O + O2 = O3
Trong tự nhiên, có những hiện tượng như gỗ mục phát sáng, con đom đóm lập loè là do hiện tượng phát quang hoá học.
- Tính khử của P4 còn thể hiện khi phản ứng với những hợp chất oxi hoá mạnh như P đỏ bốc cháy, nổ khi va chạm mạnh với KClO3, K2Cr2O7, KNO3 ...
12Pđỏ + 10 KClO3 = 10KCl + 3P4O10
Tính chất này được dùng làm diêm: thuốc đầu que diêm là hỗn hợp oxi hoá KClO3, K2Cr2O7, MnO2 và chất khử lưu huỳnh, còn có tinh bột, keo. Thuốc phấn diêm ở 2 bên hộp diêm gồm P đỏ, Sb2S3, bột thuỷ tinh, keo.
- P4 còn thể hiện tính khử khi phản ứng với dung dịch muối vàng, bạc, đồng, chì ... trong đó các cation là chất oxi hoá.
11P4 + 60CuSO4 + 96H2O = 24H3PO4 + 20Cu3P + 60H2SO4
P4 + 10CuSO4 + 16H2O đun sôi= 4H3PO4 + 10Cu+ 10H2SO4
P4 + 20AgNO3 + 16H2O đun sôi = 4H3PO4 + 20Ag + 20HNO 3
- Phôtpho có thể phản ứng với axit, kiềm, hiđro, nước với nhiều kim loại khi đun nóng.
- Với axit: Pđỏ + 5HNO3 đặc = H3PO4 + 5NO2 + H2O P4 + 6HCl = 2PH3 + 2PCl3
- Với kiềm: P4 + 8NaOH đặc + 4H2O = 4Na2(PHO3) + 6H2
P4 + 3NaOH đặc + 3H2O nguội = 3Na(PH2O2) + PH3
- Với nước: 2Pđỏ + 8H2O = 2H3PO4 + 5H2
- Với hiđro: P4 + 6H2 = 4PH3 (phôtphin)