الفوسفور الأبيض

الفوسفور الأبيض ، أو الفوسفور الأصفر ، أو ببساطة رباعي الفوسفور (P4 ₎ ، هو أحد أشكال الفوسفور المتآصلة . وهو مادة صلبة شمعية شفافة تصفر بسرعة عند تعرضها للضوء (نتيجة لتحولها الكيميائي الضوئي إلى الفوسفور الأحمر )، ^{[ 2 ]} ولهذا السبب، يُطلق على الفوسفور الأبيض غير النقي اسم الفوسفور الأصفر. يُعد الفوسفور الأبيض أول شكل متآصل للفوسفور تم اكتشافه، حيث تم عزله لأول مرة عام 1669 على يد هينينغ براند . ^{[ 3 ]}

عند وجوده في جو يحتوي على الأكسجين، يُظهر الفوسفور الأبيض توهجًا أخضر خافتًا في غياب الضوء. كما أنه شديد الاشتعال ، ويشتعل تلقائيًا (يشتعل ذاتيًا عند درجة الحرارة والضغط القياسيين) عند ملامسته للهواء. وهو سام ، إذ يُسبب تلفًا كبديًا حادًا عند ابتلاعه، _{والتهابًا} في الفك نتيجة الابتلاع أو الاستنشاق المزمن. يتميز احتراق هذا النوع برائحة ثوم مميزة، وعادةً ما تُغطى العينات بطبقة من " خماسي أكسيد ثنائي الفوسفور " الأبيض، الذي يتكون من رباعيات _الأوجه P₄O₁₀ مع وجود الأكسجين بين ذرات الفوسفور وعند رؤوسها. الفوسفور الأبيض قليل الذوبان في الماء، ويمكن تخزينه مغمورًا فيه. يذوب P₄O₁₀ في البنزين والزيوت وثاني كبريتيد الكربون _وثنائي كلوريد ثنائي الكبريت .

يوجد الفوسفور الأبيض على شكل جزيئات تتكون من أربع ذرات فوسفور في بنية رباعية الأوجه، حيث تُكوّن كل ذرة فوسفور ثلاث روابط أحادية بين ذرات الفوسفور، ليصبح المجموع ست روابط PP لكل رباعي أوجه. يؤدي هذا الترتيب الرباعي الأوجه إلى إجهاد حلقي وعدم استقرار. ^{[ 4 ]} يمكن أن يتخذ الفوسفور الأبيض أحد شكلين متآصلين بلوريين يتبادلان بشكل عكسي عند درجة حرارة أعلى من 195.2 كلفن (-78.0 درجة مئوية؛ -108.3 درجة فهرنهايت) . الحالة القياسية للعنصر هي الشكل المكعب المتمركز في الجسم α، وهو شبه مستقر في الظروف القياسية . ^{[ 4 ]} يُعتقد أن الشكل β له بنية بلورية سداسية . ^{[ 5 ]}   

يتكون الفوسفور الأبيض المنصهر والغازي أيضًا من هذه الأشكال الرباعية الأوجه حتى درجة حرارة 800 درجة مئوية (1500 درجة فهرنهايت؛ 1100 كلفن) حيث تبدأ في التحلل إلى P   _جزيئان . ^{[ 6 ]} الـP_{يبلغ طول رابطة PP في الجزيء 4} في الحالة الغازيةr_g= 2.1994(3) Å، كما تم تحديده بواسطةحيود الإلكترونات الغازية. ^{[ 7 ]} يحتوي الشكل β من الفوسفور الأبيض على ثلاثةP_أربع جزيئات، أي 18 طول رابطة PP مختلفة - تتراوح بين 2.1768(5) و2.1920(5) أنغستروم. يبلغ متوسط ​​طول رابطة PP 2.183(5) أنغستروم. ^{[ 6 ]}

على الرغم من أن الفوسفور الأبيض ليس الشكل الأكثر استقرارًا للفوسفور (انظر: الفوسفور الأسود )، إلا أنه لا يزال يُستخدم كحالة مرجعية للفوسفور الصلب، ويُعرَّف بأن له حرارة تكوين قياسية تساوي صفرًا. ويعود ذلك إلى سهولة التعامل معه وتنقيته لأغراض جمع البيانات الديناميكية الحرارية المرجعية.

في الوسط الأساسي ، يتفكك الفوسفور الأبيض تلقائيًا إلى فوسفين وأملاح حمض الفوسفور الأكسجيني المختلفة . ^{[ 8 ]}

تتضمن العديد من تفاعلات الفوسفور الأبيض إدخاله في روابط PP، مثل التفاعلات مع الأكسجين والكبريت وثلاثي بروميد الفوسفور وأيون NO ⁺ .

يشتعل الفوسفور تلقائيًا في الهواء عند حوالي 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت) ، وعند درجات حرارة أقل بكثير إذا كان مسحوقًا ناعمًا (بسبب _انخفاض درجة انصهاره ). يتفاعل الفوسفور مع الأكسجين، مكونًا عادةً أكسيدين اعتمادًا على كمية الأكسجين المتاحة: P₄O₆ ( _{ثالث أكسيد} الفوسفور ) عند تفاعله مع كمية محدودة من الأكسجين، و P₄O₁₀ _{عند تفاعله} مع كمية زائدة من الأكسجين. في حالات نادرة، يتكون أيضًا P₄O₇ و P₄O₈ و P₄O₉ _{، ولكن بكميات ضئيلة} . ينتج _{عن هذا الاحتراق} أكسيد الفوسفور ( _V ) .  

P ₄ + 5 O ₂ → P ₄ O ₁₀

يمكن إنتاج الشكل المتآصل الأبيض باستخدام عدة طرق. في العملية الصناعية، يُسخّن صخر الفوسفات في فرن كهربائي أو يعمل بالوقود بوجود الكربون والسيليكا . ^{[ 9 ]} ثم يتحرر الفوسفور العنصري على شكل بخار، ويمكن جمعه باستخدام حمض الفوسفوريك . يُعرض هنا معادلة مثالية لهذا التفاعل الكربوني الحراري لفوسفات الكالسيوم (مع العلم أن صخر الفوسفات يحتوي على كميات كبيرة من فلورو أباتيت ، الذي يُكوّن أيضًا رباعي فلوريد السيليكون ).

2 Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ + 6 SiO ₂ + 10 C → 6 CaSiO ₃ + 10 CO + P ₄

وبهذه الطريقة، تم إنتاج ما يقدر بنحو 750 ألف طن في عام 1988. ^{[ 10 ]}

يُستخدم معظم الفوسفور الأبيض (83% في عام 1988) كمادة أولية لحمض الفوسفوريك، ويُستخدم نصفه في المنتجات الغذائية أو الطبية حيث تكون النقاوة مهمة. أما النصف الآخر فيُستخدم في صناعة المنظفات.يستخدم جزء كبير من النسبة المتبقية البالغة 17% بشكل رئيسي لإنتاج المركبات المكلورة مثل ثلاثي كلوريد الفوسفور وأوكسي كلوريد الفوسفور وخماسي كلوريد الفوسفور : ^{[ 11 ]}

P ₄ + 10Cl ₂ → 4PCl ₅

تشمل المنتجات الأخرى المشتقة من الفوسفور الأبيض خماسي كبريتيد الفوسفور والعديد من فوسفيدات المعادن. ^{[ 10 ]}

يُستخدم الفوسفور الأبيض أيضاً في صناعة الغليفوسات ، وهو المكون النشط في مبيد الأعشاب راوند أب والذخائر. في الولايات المتحدة، تُعد شركة باير المنتج الوحيد للفوسفور العنصري. ^{[ 12 ]}

على الرغم من أن الفوسفور الأبيض يشكل رباعي الأوجه ، وهو أبسط مجسم أفلاطوني ممكن ، إلا أنه لا توجد تجمعات فوسفورية متعددة الأوجه أخرى معروفة. ^{[ 13 ]} يتحول الفوسفور الأبيض إلى الشكل المتآصل الأحمر الأكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية، ولكن هذا الشكل المتآصل لا يتكون من متعددات أوجه معزولة.

من غير المرجح أن تتشكل عناقيد من نوع المكعب، [ 13 ^{] وأقرب مثال} هو مركب نصف الفوسفور P4 (CH) _{4 ،} الناتج من الفوسفالكينات . ^{[ 14 ]} وتُعد عناقيد أخرى أكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية، وقد تشكل بعضها جزئيًا كمكونات لمركبات متعددة العناصر أكبر حجمًا. ^{[ 13 ]}

يُعدّ الفوسفور الأبيض مادة سامة للغاية، حيث تبلغ الجرعة المميتة 50-100 ملغ (1 ملغ/كغ من وزن الجسم). لا يُعرف آلية عمله، ولكن يُعتقد أنها تتضمن خصائصه المُختزلة، حيث يُحتمل أن يُكوّن مركبات مُختزلة وسيطة مثل هيبوفوسفيت، وفوسفيت، وفوسفين. يُلحق الفوسفور الأبيض الضرر بالكبد والكليتين وأعضاء أخرى قبل أن يتم استقلابه في النهاية إلى فوسفات غير سام. يؤدي التعرض المزمن لمستويات منخفضة منه إلى فقدان الأسنان وتصلب الفك، والذي يبدو أنه ناتج عن تكوين أمينو ثنائي الفوسفونات . ^{[ 10 ] [ 15 ] [ 16 ]}

يُستخدم الفوسفور الأبيض كسلاح لكونه مادة قابلة للاشتعال التلقائي . وللأسباب نفسها، يُعدّ التعامل معه خطيرًا. تُتخذ تدابير لحماية العينات من الهواء لأنه يتفاعل مع الأكسجين في درجات الحرارة المحيطة، وحتى في العينات الصغيرة، قد يؤدي ذلك إلى تسخين ذاتي واحتراق في نهاية المطاف. وتشير بعض التقارير غير الموثقة إلى مشاكل يواجهها هواة جمع العينات من الشواطئ الذين قد يجمعونها دون علمهم بطبيعتها الحقيقية. ^{[ 17 ] [ 18 ]}