磷的同素异形体

元素磷可以存在于几种同素异形体中，其中最常见的是白色和红色固体。 固体紫色和黑色同素异形体也是已知的。 气态磷以二磷和原子磷形式存在。

白磷、黄磷或简单的四磷 (P4) 以四面体结构中由四个原子组成的分子形式存在。 四面体排列导致环应变和不稳定性。 该分子被描述为由六个单 P-P 键组成。 已知两种结晶形式。 α形式被定义为元素的标准状态，但实际上在标准条件下是亚稳态的。 它具有体心立方晶体结构，在195.2 K时可逆转变为β型。β型被认为具有六方晶体结构。

白磷是一种半透明的蜡状固体，在光照下会迅速变黄。 因此，它也被称为黄磷。 它在黑暗中（暴露于氧气时）会发出绿色光，并且在与空气接触时高度易燃和自燃（自燃）。 它是有毒的，摄入会导致严重的肝损伤，长期摄入或吸入会导致下巴发麻。 这种形式的燃烧气味具有特征性的大蒜气味，样品通常涂有白色五氧化二磷，其组成为P4O10 个四面体，氧插入在磷原子之间和它们的顶点。 白磷仅微溶于水，可在水下保存。 事实上，白磷只有在浸入水中时才不会自燃； 因此，未反应的白磷可能会对海滩上的人造成危害，他们可能会在不知道其真实性质的情况下收集被冲走的样本。 P4 溶于苯、油类、二硫化碳和二氯化二硫。

可以使用多种方法生产白色同素异形体。 在工业过程中，磷矿在碳和二氧化硅存在的情况下在电炉或燃油炉中加热。 然后元素磷以蒸气形式释放出来，可以在磷酸下收集。 这种碳热反应的理想方程式显示为磷酸钙（尽管磷酸盐岩含有大量的氟磷灰石）：

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

白磷在常温下具有可观的蒸气压。 蒸汽密度表明蒸汽由 P4 分子组成，温度高达约 800 °C。 高于该温度，会分解成 P2 个分子。

它会在大约 50 °C (122 °F) 的空气中自燃，如果细碎（由于熔点降低），则温度会低得多。 磷与氧气反应，通常根据可用氧气量形成两种氧化物：P4O6（三氧化二磷） 氧气供应有限，当与过量氧气反应时，P4O10。 在极少数情况下，P4O7，P4O8 和 P4O9 也形成，但数量很少。 这种燃烧产生氧化磷 (V)：

P4 + 5 O2 → P4O10

由于这种特性，白磷被用作武器。

尽管白磷转化为热力学上更稳定的红色同素异形体，但在凝聚相中未观察到立方 P8 分子的形成。 这种假设分子的类似物已从磷炔烃中制备出来。 气态和蜡状固体的白磷由活性 P4 个分子组成。

红磷可以通过在没有空气的情况下将白磷加热到 300 °C (572 °F) 或将白磷暴露在阳光下而形成。 红磷以无定形网络形式存在。 进一步加热后，无定形红磷结晶。