リンの同素体
元素リンは、いくつかの同素体に存在する可能性があり、その中で最も一般的なのは白と赤の固体です。固体バイオレットと黒の同素体も知られています。気体リンは、二リンおよび原子リンとして存在します。
白リン
白リン 、 黄リン、または単に四リン （P4）は、四面体構造の4つの原子で構成される分子として存在します。四面体配列は、リング歪みと不安定性をもたらします。この分子は、6つの単一P–P結合で構成されると説明されています。 2つの異なる結晶形が知られています。 α形式は、要素の標準状態として定義されていますが、実際には標準条件下で準安定です。体心立方結晶構造を持ち、195.2 Kで可逆的にβ型に変換されます。β型は、六方晶構造を持つと考えられています。
白リンは、光にさらされるとすぐに黄色になる半透明のワックス状の固体です。このため、黄リンとも呼ばれます。暗闇では（酸素にさらされると）緑がかった光を放ち、空気と接触すると可燃性が高く自然発火性（自然発火）です。それは毒性であり、摂取時に重度の肝臓損傷を引き起こし、慢性的な摂取または吸入による顎の顎を破壊します。この形の燃焼臭は特有のニンニク臭があり、サンプルは通常、リン原子と頂点に酸素が挿入されたP4O10四面体からなる白い「五酸化二リン」で覆われています。白リンは水にわずかしか溶けず、水の下で保存することができます。実際、白リンは水に浸されている場合にのみ自己発火から安全です。ベンゼン、油、二硫化炭素、二塩化二硫黄に可溶です。
生産とアプリケーション
白い同素体は、いくつかの異なる方法を使用して生成できます。工業プロセスでは、リン鉱石は電気炉または燃料燃焼炉で炭素とシリカの存在下で加熱されます。その後、元素のリンは蒸気として放出され、リン酸の下で収集できます。この炭素熱反応の理想的な方程式は、リン酸カルシウムについて示されています（ただし、リン酸塩岩にはかなりの量のフルオロアパタイトが含まれています）。
2 Ca3（PO4）2 + 6 SiO2 + 10 C→6 CaSiO3 + 10 CO + P4白リンは常温でかなりの蒸気圧を持っています。蒸気密度は、蒸気が約800°CまでのP4分子で構成されていることを示しています。その温度を超えると、P2分子への解離が起こります。
空気中では約50°C（122°F）で自然に発火し、細かく分割するとはるかに低い温度で発火します。この燃焼により、リン（V）酸化物が得られます。
P4 + 5 O
2→P
4O
10
この特性のため、白リンは武器として使用されます。
キュービックP8の非存在
白リンは熱力学的に安定な赤同素体に変換されますが、凝縮相では立方晶P8分子の形成は観察されません。この仮想分子の類似体は、ホスファアルキンから調製されています。
赤リン
赤リンは、空気が存在しない状態で白リンを300°C（572°F）に加熱するか、白リンを日光にさらすことで形成されます。赤リンはアモルファスネットワークとして存在します。さらに加熱すると、アモルファス赤リンが結晶化します。赤リンは240°C（464°F）未満の温度では空気中で発火しませんが、白リンは約30°C（86°F）で発火します。着火は細かく分割された物質で、室温で自然発生します。
標準条件下では、白リンよりも安定していますが、熱力学的に安定な黒リンよりも安定性は劣ります。赤リン生成の標準エンタルピーは-17.6 kJ / molです。赤リンは速度論的に最も安定しています。
用途
赤リンは、特に熱可塑性樹脂（ポリアミドなど）および熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂またはポリウレタンなど）で非常に効果的な難燃剤として使用できます。難燃効果は、ポリリン酸の形成に基づいています。この酸は、有機ポリマー材料とともに、火炎の伝播を防ぐチャーを生成します。ホスフィン生成と赤リンの摩擦感受性に関連する安全性リスクは、安定化とマイクロカプセル化により効果的に低減できます。取り扱いを容易にするために、さまざまなキャリアシステムで分散液またはマスターバッチの形で赤リンがよく使用されます。ただし、電子/電気システムの場合、赤リン難燃剤は、早期故障を引き起こす傾向があるため、大手OEMによって事実上禁止されています。長年にわたって2つの問題がありました。1つは、半導体デバイスのリーク電流の増加を引き起こすエポキシ成形材料の赤リン、2つ目はPBT絶縁材料の加水分解反応の加速です。
赤リンは、メタンフェタミンのいくつかのレシピを含む麻薬の違法生産にも使用できます。
赤リンは、水から水素を生成するための元素光触媒として使用できます。それらは、小さなサイズの繊維状リンの形成により、633µmol /（h•g）の安定した水素発生率を示します。
Hittorfのバイオレットリン
単斜晶系リン 、またはバイオレットリンは 、 Hittorfの金属リンとしても知られています。 1865年、ヨハンヴィルヘルムヒットルフは、密閉されたチューブ内で赤リンを530℃に加熱しました。チューブの上部は444℃に保たれました。その結果、華麗で不透明な単斜晶、または菱面体晶が昇華します。バイオレットリンは、500°Cで18時間、密封チューブ内の溶融鉛に白リンを溶解することによっても調製できます。ゆっくり冷却すると、ヒトトルフの同素体が結晶化する。結晶は、希硝酸に鉛を溶解した後、濃塩酸で煮沸することによって明らかにすることができます。さらに、同様のリンケージを持つ繊維状の形態が存在します。
紫リンの反応
300°Cに加熱されるまで空気中では発火せず、すべての溶媒に不溶です。アルカリに侵されず、ハロゲンとゆっくり反応するだけです。硝酸によって酸化されてリン酸になります。
窒素や二酸化炭素などの不活性ガスの雰囲気で加熱すると、昇華して蒸気が白リンとして凝縮します。真空中で加熱し、蒸気が急速に凝縮すると、紫色のリンが得られます。バイオレットリンは、相対分子量の高いポリマーであり、加熱するとP2分子に分解されるようです。冷却すると、これらは通常二量体化してP4分子（すなわち、白リン）を生成しますが、真空中で再び結合して、高分子バイオレット同素体を形成します。
黒リン
黒リンは、室温および圧力で熱力学的に安定したリンの形であり、-39.3 kJ / molの生成熱を伴います（標準状態として定義されている白リンに対して）。高圧（12,000気圧）で白リンを加熱することで得られます。外観、特性、および構造において、黒リンはグラファイトに非常によく似ており、黒と薄片であり、電気の伝導体であり、リンクされた原子のシートをしわにしています。層状黒リン構造のフォノン、光子、および電子は、層の面内での異方性の方法は、薄膜エレクトロニクスおよび赤外線オプトエレクトロニクスへの応用の強力な可能性を示します。
黒リンは斜方晶構造を持ち、反応性が最も低い同素体です。これは、各原子が他の3つの原子に結合している6員環が連結した格子の結果です。黒リンと赤リンも立方晶の格子構造をとることができます。黒リン結晶の最初の高圧合成は、1914年に物理学者のパーシーウィリアムズブリッジマンによって行われました。触媒として金属塩を使用した最近の黒リンの合成が報告されています。
ホスホラン
グラファイトとの類似性には、スコッチテープの剥離（剥離）の可能性も含まれ、その結果、優れた電荷および熱輸送特性を持つグラフェンのような2D材料であるホスホレンが生成されます。科学的に興味深い特徴には、グラフェンには見られない厚さに依存するバンドギャップがあります。これと、約105の高いオン/オフ比との組み合わせにより、ホスホレンは電界効果トランジスタ（FET）の有望な候補になります。高度に異方性のある熱伝導率は、3つの主要な結晶方位で測定されており、格子全体に加えられた歪みの影響を受けます。剥離した黒リンは、真空中400°Cで昇華します。それは、酸素の存在下で水にさらされると徐々に酸化します。これは、例えば、トランジスタの製造用の材料としてそれを検討する際の懸念です。
環状リン
リング型リンは、2007年に理論的に予測されました。リング型リンは、蒸気カプセル化法を使用して、内径5〜8 nmの真空多層カーボンナノチューブ内で自己組織化されました。合計230P原子を持つ23P8および23P2ユニットで構成される、直径5.30 nmのリングが、原子スケールで内径5.90 nmの多層カーボンナノチューブの内側に観察されました。隣接するリング間の距離は6.4Åです。
青リン
単層の青リンは、前駆体として黒リンから分子線エピタキシー法によって2016年に初めて製造されました。
二リン
二リン同素体（P2）は通常、極端な条件下でのみ取得できます（たとえば、1100ケルビンのP4から）。 2006年、二原子分子は、遷移金属錯体（タングステンやニオブなど）を使用して、通常の条件下で均一な溶液で生成されました。
二リンはリンの気体形態であり、1200°C〜2000°Cの間で熱力学的に安定した形態です。四リンの解離（P
4）低温で開始：Pの割合
800°Cでの2は≈1％です。約2000°Cを超える温度では、二リン分子がリン原子に解離し始めます。
リンナノロッド
P12nanorodポリマーは、低温処理を使用してCuI-P錯体から分離されました。
赤/茶色のリンは空気中で数週間安定であることが示されており、赤リンとは著しく異なる特性を持っています。
