El fósforo blanco , fósforo amarillo o simplemente tetrafósforo (P 4 ) es un alótropo del fósforo . Es un sólido ceroso translúcido que amarillea rápidamente con la luz (debido a su conversión fotoquímica en fósforo rojo ), [1] y el fósforo blanco impuro se llama por esta razón fósforo amarillo. El fósforo blanco es el primer alótropo del fósforo y, de hecho, la primera sustancia elemental en ser descubierta que no se conocía desde la antigüedad. [2] Brilla verdoso en la oscuridad (cuando se expone al oxígeno) y es altamente inflamable y pirofórico (autoinflamable) al contacto con el aire. Es tóxico , causando daño hepático severo en caso de ingestión y mandíbula fósil por ingestión o inhalación crónicas. El olor de la combustión de esta forma tiene un olor característico a ajo, y las muestras suelen estar recubiertas de " pentóxido de difósforo " blanco, que consiste en tetraedros de P4O10 con oxígeno insertado entre los átomos de fósforo y en sus vértices. El fósforo blanco es sólo ligeramente soluble en agua y se puede almacenar bajo el agua. El P4 es soluble en benceno , aceites , disulfuro de carbono y dicloruro de disulfuro .
El fósforo blanco existe como moléculas de cuatro átomos de fósforo en una estructura tetraédrica, unidos por seis enlaces simples fósforo-fósforo . La disposición tetraédrica da como resultado tensión e inestabilidad en el anillo. [3] Aunque ambos se denominan "fósforo blanco", de hecho se conocen dos alótropos cristalinos diferentes, que se intercambian de forma reversible a 195,2 K. [4] El estado estándar del elemento es la forma α cúbica centrada en el cuerpo , que en realidad es metaestable en condiciones estándar . [3] Se cree que la forma β tiene una estructura cristalina hexagonal . [4]
El fósforo blanco fundido y gaseoso también retiene las moléculas tetraédricas, hasta los 800 °C (1.500 °F; 1.100 K) cuando comienza a descomponerse en P
2Moléculas. [5] La P
4La molécula en fase gaseosa tiene una longitud de enlace PP de r g = 2,1994(3) Å, como se determinó por difracción de electrones de gas . [6] La forma β del fósforo blanco contiene tres enlaces P ligeramente diferentes.
4moléculas, es decir, 18 longitudes de enlace PP diferentes, entre 2,1768(5) y 2,1920(5) Å. La longitud de enlace PP promedio es 2,183(5) Å. [5]
A pesar de que el fósforo blanco no es el alótropo más estable del fósforo, su naturaleza molecular permite que se lo pueda purificar fácilmente, por lo que se define como que tiene una entalpía de formación cero .
En la base , el fósforo blanco se desproporciona espontáneamente en fosfina y varias sales de oxiácidos de fósforo . [7]
Muchas reacciones del fósforo blanco implican la inserción en los enlaces PP, como la reacción con oxígeno, azufre, tribromuro de fósforo y el ion NO + .
Se enciende espontáneamente en el aire a unos 50 °C (122 °F), y a temperaturas mucho más bajas si se divide finamente (debido a la depresión del punto de fusión ). El fósforo reacciona con el oxígeno, formando normalmente dos óxidos dependiendo de la cantidad de oxígeno disponible: P 4 O 6 ( trióxido de fósforo ) cuando reacciona con un suministro limitado de oxígeno, y P 4 O 10 cuando reacciona con un exceso de oxígeno. En raras ocasiones, también se forman P 4 O 7 , P 4 O 8 y P 4 O 9 , pero en pequeñas cantidades. Esta combustión da óxido de fósforo (V):
El alótropo blanco se puede producir utilizando varios métodos. En el proceso industrial, la roca fosfórica se calienta en un horno eléctrico o de combustible en presencia de carbono y sílice . [8] El fósforo elemental se libera luego como vapor y se puede recolectar bajo ácido fosfórico . Se muestra una ecuación idealizada para esta reacción carbotérmica para el fosfato de calcio (aunque la roca fosfórica contiene cantidades sustanciales de fluoroapatita , que también formaría tetrafluoruro de silicio ):
De esta manera, se estima que en 1988 se produjeron unas 750.000 toneladas. [9]
La mayor parte (83% en 1988) del fósforo blanco se utiliza como precursor del ácido fosfórico, la mitad del cual se utiliza para alimentos o productos médicos donde la pureza es importante. La otra mitad se utiliza para detergentes. Gran parte del 17% restante se utiliza principalmente para la producción de compuestos clorados tricloruro de fósforo , oxicloruro de fósforo y pentacloruro de fósforo : [10]
Otros productos derivados del fósforo blanco incluyen pentasulfuro de fósforo y varios fosfuros metálicos. [9]
Aunque el fósforo blanco forma el tetraedro , el hidrocarburo platónico más simple posible , no se conocen otros grupos poliédricos de fósforo. [11] El fósforo blanco se convierte en el alótropo rojo, termodinámicamente más estable, pero ese alótropo no es un poliedro aislado.
En particular, es poco probable que se forme Cubane , [11] y el enfoque más cercano es el compuesto de semifósforo P 4 (CH) 4 , producido a partir de fosfaalquinos . [12] Otros grupos son más favorables termodinámicamente y algunos se han formado parcialmente como componentes de compuestos polielementales más grandes. [11]
El fósforo blanco es bastante tóxico, con una dosis letal de 50 a 100 mg (1 mg/kg de peso corporal). Se cree que su modo de acción se debe a sus propiedades reductoras. Se metaboliza a fosfato, que no es tóxico. [9]
El fósforo blanco se utiliza como arma porque es pirofórico. Por las mismas razones, es peligroso manipularlo. Se toman medidas para proteger las muestras del aire. Hay informes anecdóticos de problemas para los recolectores de tesoros que pueden recoger muestras arrastradas por la corriente sin saber su verdadera naturaleza. [13] [14]