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Phosphore : présentation Imprimer Envoyer

Elément Phosphore

P (Z = 15)

 

Un oligoélément essentiel à la vie

 

Structure électronique, configuration de l'état fondamental

La configuration électronique de l’état fondamental est (1s2)(2s2)(2p6)(3s2)(3p3)

Place dans la classification périodique

Le phosphore appartient au bloc des éléments p. Il se place dans la colonne 15 de la classification et à la 3ème période.

 Abondance dans la nature

C’est le 12° élément le plus abondant dans la répartition massique sur Terre (0,09% en masse de la croûte terrestre).

 Propriétés chimiques

Le phosphore a une chimie très riche. Il se combine avec presque tous les éléments sauf Sb, Bi et les gaz rares, en donnant des phosphures. Le phosphore blanc est très réactif et réagit spontanément à l’air avec le dioxygène ou les halogènes.

Les modes de coordination sont très variés (14 de coordination 0 à 9 …) et versatiles (pseudo-rotation de Berry). Le phosphore, contrairement à l’azote a tendance à la caténation (car trois liaisons simples P-P sont plus stables qu’une liaison triple) : phosphures, polyphosphanes, organopolyphosphanes. On obtient des chaînes, des anneaux, des clusters. Les phosphines (PH3, PR3, Pf3) sont très nombreuses avec le volumineux cation correspondant, (Pf4)+. Les ylures du type R3P=CH2 et leurs réactions ont été très étudiés depuis que G. Geissler et G. Wittig ont publié (en 1953) la réaction de formation, avec un excellent rendement, de double liaison C=C : R3P=CH2 + f2C=O® f3P=O + f2C=CH2 ce qui a valu le prix Nobel à Wittig en 1979.

Les halogénures de phosphore (PX3, PX5, mixtes) sont également bien caractérisés et utilisés. Les combinaisons avec l’oxygène donnent notamment les acides phosphoreux, phosphoriques et les phosphates. Les phosphates forment des chaînes (diphosphates, triphosphates, polyphosphates de diverses géométries). Ils jouent un rôle important dans la chimie du vivant. Ils entrent d’abord dans la composition (i) des nucléotides {sucre-(base azotée)-phosphate-sucre-(base azotée)}, (ii) des acides nucléiques. Ils forment l’ARN (acide ribonucléique) et l’ADN (acide desoxyribonucléique, hélice à deux brins, qui porte l’information génétique) (Prix Nobel de …). Par ailleurs, c’est un autre nucléotide, l'adénosine triphosphate (ATP), qui fournit l’énergie à la cellule grâce à la réaction d’hydrolyse en adénosine diphosphate (ADP) et en phosphate inorganique, Pi, HPO42- . La réaction est exergonique. Sa variation d'enthalpie libre standard est -30,5 kJ⋅mol-1 :

ATP + 2 H2O → ADP + Pi + H3O+           ΔG°' = -30,5 kJ⋅mol-1 .

Les dérivés organiques du phosphore (composés organophosphorés) sont eux aussi innombrables. Il existe l’acide HCP (instable), équivalent de l’acide cyanhydrique HCN et ses dérivés RCP. Il existe des hétérocycles phosphorés.

 Principaux degrés d'oxydation

Le phosphore a de nombreux degrés d’oxydation, de –III à +V : -III (PH3), -II (P2H4), 0 (P4), +I (H3PO2), +III (H3PO3), +IV (H4P2O6), +V (H3PO4).

 Principaux composés

 Le phosphore solide à l'état pur peut se présenter sous plusieurs formes allotropiques dont les plus connues sont : le phosphore blanc, le phosphore rouge et le phosphore noir ou violet. Très réactif, il n’existe pas à l’état natif.

Le principal minerai est l’apatite de formule générale Ca5(PO4)3(X). L’anion X- peut être un chlorure, un fluorure, un hydroxyde, un sulfate ou un carbonate. On retrouve l’hydroxyapatite dans les os et les dents.

Le phosphore forme de très nombreux composés : phosphines (PR3), très utilisée en chimie organométallique (dont le fameux 2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl ou Binap qui a valu le prix Nobel à R. Noyori), les halogénures (PX3, PX5, agents d’halogénation, PX6- dont PF6-, très utile comme anion en synthèse), les oxydes et acides par exemple, phosphoreux (P4O6, H3PO3) et phosphoriques (P5O10, H3PO4). L’étude des trois fonctions acides de l’acide orthophosphorique est un classique de la chimie analytique. Même si les (fluoro, hydroxy) apatites sont les principaux minéraux, les phosphates sont extrêmement nombreux et de structures très diverses.

 Principales propriétés physicochimiques

Les données sur les énergies d'ionisation, l'électronégativité, la nature des liaisons figurent dans les adresses données dans la sitographie.

 Propriétés atomiques et isotopes

Un seul isotope stable 31P.

Le spin nucléaire est s = ½. La R.M.N. du phosphore 31P est développée et extrêmement utile (phosphine, phosphates, apatites, polyoxométallates …).

 Importance industrielle et économique

L’importance industrielle et économique du phosphore est directement liée à son importance dans les organismes vivants : le phosphore est assimilé par les plantes (plancton, végétaux) et entre ainsi dans la chaine alimentaire animale. Il est donc produit massivement pour la fabrication d’engrais.

La production annuelle de minerai est de l’ordre de 160 millions de tonnes (56 en Chine, 30 aux Etats-Unis, 27 au Maroc …). Le minerai peut être utilisé tel quel comme engrais ou transformé en acide phosphorique (25 millions de tonnes par an) par l’acide sulfurique et la fabrication de phosphates (superphosphates, superphosphates triples ; NP ammonium- phosphate, NPK (ammonium- phosphate-potassium). Un sous-produit de formation de l’acide phosphorique est l’uranium, présent dans certains minerais de phosphates (12% de la production mondiale d’uranium …).

L’acide phosphorique est présent dans des boissons de type cola. Le phosphore rouge, moins réactif que le phosphore blanc a été utilisé dans la fabrication des allumettes. Voir les données industrielles de J.L. Vignes sur le site de la SCF.

 Toxicité - importance biologique

Le phosphore blanc est la forme la plus dangereuse du phosphore que l'on connaisse. Il est extrêmement toxique et, dans beaucoup de cas, l'exposition est fatale. Il a été et est utilisé à des fins de guerre …
Le phosphore est un oligoélément, indispensable à la vie. Son rôle biologique a été esquissé ci-dessus. L’apport journalier recommandé est de 750mg. On trouve le phosphore dans les sodas riches en acide phosphorique, les fromages à pâte dure, la sardine, la datte , la pistache, l’avoine …
Histoire, Date de la mise en évidence

Le phosphore blanc a été obtenu en 1669 par Hennig Brandt à Hambourg à partir d’urine. Le procédé a été amélioré par R. Boyle en 1680. C’est un exemple unique d’un élément isolé à partir de matière organique (excrétion animale et humaine, puis de plantes), identifié dans les os (1769, J.G. Gahn et C.W. Scheele) et reconnu en 1779 dans un minéral, la pyromorphite, (J.G. Gahn, phosphate de plomb, Pb5(PO4)3Cl.

 Origine du nom et du symbole

Le nom phosphore vient du grec phos, lumière et phoros, apporte. Il a été proposé par R. Boyle (qui l’a aussi appelé « aerial noctiluca ») pour évoquer la luminescence du phosphore au contact de l’air, premier exemple d.e chimiluminescence mis en évidence

 L'élément en un clin d'œil

 Informations essentielles sur l'élément phosphore

     Nom : phosphore

     Symbole : P

     Numéro atomique:15

     Masse atomique : 30,974

     Etat standard : solide

     Couleur : incolore, rouge, blanc argenté

     Dans la classification périodique

     Nom du groupe : groupe de l’azote

     Période : 3

     Bloc : p

    Classification: non métal

 

Pour en savoir davantage :

Sur le site de la SCF le produit du jour, le 21 mars, en cette année internationale de la chimie est le phosphore :

http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/phosphore.html

Sitographie

Bibliographie

 

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