Fosforus
Karakteristik > Alotrop

Artikel utama: Alotrop fosforus
Fosforus memiliki beberapa alotrop yang menunjukkan sifat yang sangat beragam. Dua alotrop yang paling umum adalah fosforus putih dan fosforus merah.
Dari perspektif aplikasi dan literatur kimia, bentuk fosforus elemental yang paling penting adalah fosforus putih, sering disingkat WP. Ia adalah padatan lilin lunak yang terdiri dari molekul P4 tetrahedron, di mana setiap atom terikat pada tiga atom lainnya dengan ikatan tunggal formal. Tetrahedron P4 ini juga terdapat dalam fosforus cair dan gas hingga suhu 800 °C (1.470 °F) ketika ia mulai terurai menjadi molekul P2. Molekul P4 dalam fase gas memiliki panjang ikatan P−P sebesar rg = 2,1994(3) Å, seperti yang ditentukan oleh difraksi elektron gas. Sifat ikatan dalam tetrahedron P4 ini dapat digambarkan dengan aromatisitas sferis atau ikatan gugus, yaitu elektron-elektronnya sangat terdelokalisasi. Hal ini telah diilustrasikan melalui perhitungan arus induksi magnetis, yang jumlahnya mencapai 29 nA/T, jauh lebih banyak daripada molekul aromatik pola dasar benzena (11 nA/T).
Putih
Merah
Lembayung
Hitam
Fosforus putih eksis dalam dua bentuk kristal: α (alpha) dan β (beta). Pada suhu kamar, bentuk-α bersifat stabil. Ia lebih umum, memiliki struktur kristal kubik dan pada suhu 1.952 K (1.679 °C), ia berubah menjadi bentuk-β, yang memiliki struktur kristal heksagon. Bentuk-bentuk ini berbeda dalam hal orientasi relatif penyusun tetrahedra P4. Fosforus putih bentuk-β mengandung tiga molekul P4 yang sedikit berbeda, yaitu 18 panjang ikatan P−P yang berbeda antara 2,1768(5) dan 2,1920(5) Å. Panjang rata-rata ikatan P−P adalah 2,183(5) Å.
Fosforus putih adalah alotrop yang paling tidak stabil, paling reaktif, paling volatil, paling tidak padat dan paling beracun. Fosforus putih secara bertahap berubah menjadi fosforus merah. Transformasi ini dipercepat oleh cahaya dan panas, dan sampel fosfor putih hampir selalu mengandung beberapa fosforus merah sehingga tampak kuning. Untuk alasan ini, fosforus putih yang sudah tua atau tidak murni (misalnya, WP kelas senjata, bukan kelas lab) juga disebut fosforus kuning. Saat terkena oksigen, fosforus putih bersinar dalam gelap dengan semburat hijau dan biru yang sangat redup. Ia sangat mudah terbakar dan bersifat piroforik (menyala sendiri) saat berkontak dengan udara. Karena piroforisitasnya, fosforus putih digunakan napalm. Bau pembakaran dari bentuk ini memiliki bau bawang putih yang khas, dan sampel biasanya dilapisi dengan fosforus pentoksida putih, yang terdiri dari tetrahedra P4O10 dengan oksigen yang disisipkan di antara atom fosforus dan di simpulnya. Fosforus putih tidak larut dalam air tetapi larut dalam karbon disulfida.
Dekomposisi termal P4 pada suhu 1100 K akan menghasilkan difosforus, P2. Spesies ini bersifat tidak stabil sebagai padat atau cair. Unit dimernya mengandung ikatan rangkap tiga dan analog dengan N2. Ia juga dapat dihasilkan sebagai zat perantara sementara dalam larutan dengan termolisis reagen prekursor organofosforus. Pada suhu yang lebih tinggi lagi, P2 berdisosiasi menjadi atom P.
| Bentuk | putih(α) | putih(β) | merah | lembayung | hitam |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Simetri | Kubusberpusat-badan | Triklinik | Amorf | Monoklinik | Ortorombus |
| Lambang Pearson |  | aP24 |  | mP84 | oS8 |
| Grup ruang | I43m | P1 No.2 |  | P2/c No.13 | Cmca No.64 |
| Kepadatan (g/cm3) | 1,828 | 1,88 | ~2,2 | 2,36 | 2,69 |
| Celah pita (eV) | 2,1 |  | 1,8 | 1,5 | 0,34 |
| Indeks bias | 1,8244 |  |  | 2,6 | 2,4 |
Fosforus merah berstruktur polimer. Ia dapat dilihat sebagai turunan dari P4 dimana satu ikatan P−P terputus, dan satu ikatan tambahan terbentuk dengan tetrahedron tetangga yang menghasilkan rantai molekul P21 yang dihubungkan oleh gaya van der Waals. Fosforus merah dapat dibentuk dengan memanaskan fosforus putih hingga suhu 250 °C (482 °F) atau dengan memaparkan fosforus putih pada sinar matahari. Setelah perlakuan ini, fosforus akan bersifat amorf. Setelah pemanasan lebih lanjut, bahan ini mengkristal. Dalam pengertian ini, fosforus merah bukanlah alotrop, melainkan fase perantara antara fosforus putih dan lembayung, dan sebagian besar sifatnya memiliki rentang nilai. Misalnya, fosforus merah cerah yang baru disiapkan sangat reaktif dan menyala pada suhu sekitar 300 °C (572 °F), meskipun ia lebih stabil daripada fosforus putih, yang menyala pada suhu sekitar 30 °C (86 °F). Setelah dipanaskan atau disimpan dalam waktu lama, warnanya menjadi gelap (lihat gambar kotak info); produk yang dihasilkan lebih stabil dan tidak terbakar secara spontan di udara.
Fosforus lembayung adalah bentuk fosforus yang dapat diproduksi dengan penganilan fosforus merah selama satu hari di atas suhu 550 °C. Pada tahun 1865, Johann Hittorf menemukan bahwa ketika fosforus direkristalisasi dari timbal cair, maka akan diperoleh bentuk merah/lembayung. Oleh karena itu, bentuk ini terkadang dikenal sebagai "fosforus Hittorf" (atau fosforus ungu atau fosforus metalik-α).
Fosforus hitam adalah alotrop paling tidak reaktif dan bentuk yang stabil secara termodinamika di bawah suhu 550 °C (1.022 °F). Ia juga dikenal sebagai fosforus metalik-β dan memiliki struktur yang agak mirip dengan grafit. Ia diperoleh dengan memanaskan fosforus putih di bawah tekanan tinggi (sekitar 12.000 atmosfer standar atau 1,2 gigapascal). Ia juga dapat diproduksi pada kondisi sekitar menggunakan garam logam, misalnya raksa, sebagai katalis. Dalam penampilan, sifat, dan strukturnya, ia menyerupai grafit, berwarna hitam dan bersisik, merupakan konduktor listrik, dan memiliki lembaran-lembaran atom terkait yang berkerut.
Bentuk lainnya, fosforus merah marak (scarlet), diperoleh dengan membiarkan larutan fosforus putih dalam karbon disulfida menguap di bawah sinar matahari.