Qu’est-ce que le phosphore rouge ?
Le phosphore rouge est l’un des allotropes du phosphore et se présente sous la forme d’une poudre brun-rouge composée de cristaux équiaxes.
En plus du phosphore rouge, il existe des allotropes de phosphore blanc, violet et noir. Les phosphores rouge, violet et noir sont plus stables et moins toxiques, mais seul le phosphore blanc est hautement toxique et peut s’enflammer dans l’air. Toutefois, le phosphore rouge est fabriqué à partir de phosphore blanc et doit donc être manipulé avec précaution.
Il convient de noter que le phosphore blanc est généralement appelé phosphore jaune, car le phosphore blanc qui contient des impuretés telles que le phosphore rouge devient jaune.
Utilisations du phosphore rouge
Le phosphore rouge est bien connu pour son utilisation en tant que matière première pour les feux d’artifice et les allumettes. En outre, le phosphore rouge est également utilisé dans les applications suivantes :
1. Retardateur de flamme
Le phosphore rouge est une substance dangereuse hautement inflammable, mais le fait de mélanger une petite quantité de phosphore rouge à des résines inflammables les rend moins inflammables. Lorsqu’une résine contenant du phosphore rouge s’enflamme, le phosphore rouge réagit avec l’oxygène et l’eau présents dans l’air pour former un produit de condensation d’acide phosphorique. Ce condensat se combine au carbone formé par la carbonisation de la résine pour agir comme une barrière à l’oxygène. Cette barrière coupe l’alimentation en oxygène et éteint l’incendie. Le phosphore rouge est donc également utilisé comme retardateur de flammes respectueux de l’environnement.
2. Matière première pour les engrais
L’azote, l’acide phosphorique et le potassium sont trois éléments des engrais dont les plantes ont besoin pour pousser. Le phosphate d’ammonium est utilisé comme source d’azote pour l’acide phosphorique et le phosphore rouge est utilisé comme matière première.
3. Autres utilisations
Le phosphore rouge de haute pureté est également utilisé dans le domaine des semi-conducteurs, par exemple comme matériau dopant des semi-conducteurs et comme matériau semi-conducteur composé. Le phosphore rouge est également utilisé dans la production et la synthèse organique de l’acide phosphorique, du phosphure d’hydrogène, de l’anhydride phosphorique, du bronze phosphoreux, des produits pharmaceutiques et des produits chimiques agricoles.
Propriétés du phosphore rouge
Le phosphore rouge a une formule moléculaire P4 et un poids moléculaire de 123,9 g/mol. À pression ambiante, il se sublime à 400 °C, mais à haute pression, son point d’ébullition est de 590 °C. Il est pratiquement insoluble dans l’eau, l’eau alcaline, le sulfure de carbone, l’éther et l’alcool.
Le phosphore rouge a un poids spécifique de 2,2, tandis que le phosphore blanc, le phosphore violet et le phosphore noir ont des poids spécifiques de 1,82, 2,36 et 2,69, respectivement, pour chaque allotrope.
Le phosphore rouge est plus stable que le phosphore blanc et ne s’enflamme pas spontanément s’il est laissé à l’air, alors que le phosphore blanc risque de s’enflammer spontanément à l’air. Cependant, il peut facilement s’enflammer à basse température lorsqu’il est mélangé à des agents oxydants ou lorsqu’il est soumis à des frottements. Les mélanges avec le chlorate de potassium peuvent exploser au moindre choc. Il doit être conservé à l’abri du feu, ne pas être mélangé à des agents oxydants et être stocké dans un endroit frais et sombre, à l’écart des substances inflammables, pyrophoriques ou explosives.
Lorsque le phosphore rouge est chauffé et réagit avec l’oxygène, il se forme du décoxyde de tétraphosphore. Le phosphore rouge de poids moléculaire élevé est produit en chauffant du phosphore blanc, l’un des allotropes du phosphore, dans un environnement à haute température avec privation d’air pendant une longue période afin de polymériser les molécules de phosphore.
Autres informations sur le phosphore rouge
Processus de production du phosphore rouge
Le phosphore rouge est produit à partir de minerais de phosphore, via le phosphore blanc, de la manière suivante :
1. Production de phosphore blanc
Trois matières premières – le minerai de phosphate, le coke et la pierre de silice – sont mélangées, broyées et séchées. Lorsque ce mélange est chauffé et fondu dans un four électrique, des vapeurs de phosphore et du monoxyde de carbone sont produits par la réaction suivante
2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C → 6CaSiO3 + 10CO + P4
Cette vapeur de phosphore est introduite dans un condenseur pour floculer le phosphore dans l’eau, qui est récupéré sous forme de phosphore blanc.
2. Production de phosphore rouge
Le phosphore jaune est transformé en phosphore rouge en le plaçant dans un réservoir de réaction de conversion en acier et en le chauffant à 280 °C pendant environ une semaine tout en le maintenant à la pression ambiante et en le coupant de l’air extérieur. Le phosphore rouge obtenu est finement broyé dans l’eau, le phosphore jaune n’ayant pas réagi est lavé avec de l’hydroxyde de sodium, rincé et séché sous vide pour obtenir de la poudre de phosphore rouge.