인의 할당량

Allotropes of phosphorus
백인(왼쪽), 적인(왼쪽 가운데 왼쪽과 가운데), 보랏빛인(오른쪽)

원소 인은 몇 개의 할당체로 존재할 수 있는데, 그 중 가장 흔한 것은 흰색과 붉은색 고체다.고체 바이올렛과 검은색의 할당체도 알려져 있다.기체 인은 디포스포루스, 원자 인으로 존재한다.

백인 및 그에 따른 할당량

백인

백인결정구조
이 부분은 백인의 화학에 관한 것이다.군사용 애플리케이션은 백색 인(白色)
백색 인 검체, 구석에 청크를 제거하여 비산성 물질을 노출함

백색 인, 황색 인 또는 단순 사선인산( 은 사면체 구조에서 네 개의 원자로 구성된 분자로 존재한다.사면배열은 링의 변형과 불안정을 초래한다.분자는 6개의 단일 P-P 결합으로 구성되어 있다고 설명된다.두 가지 결정체가 알려져 있다.α 형태는 원소의 표준 상태로 정의되지만, 실제로는 표준 조건에서 측정할 수 있다.[1]차체 중심의 큐빅 크리스털 구조를 가지며, 195.2K에서 역방향으로 β 형태로 변환한다.β 형태는 육각형 결정 구조를 가지고 있는 것으로 생각된다.[2]null

백인은 반투명 밀랍 고체로 빛에 노출되면 금세 노랗게 된다.이 때문에 황인이라고도 한다.(산소에 노출되면) 어둠 속에서 녹색으로 빛나며, 공기와 접촉할 때 인화성과 파이로포닉(자체 점멸)이 강하다.독성이 있어 만성 섭취나 흡입으로 인한 섭취와 위턱에 심각한 간 손상을 입힌다.이 형태의 연소의 냄새는 특징적인 마늘 냄새를 가지고 있으며, 표본은 일반적으로 "디프인산 오산화질소"로 코팅되어 있는데, 이것은 P 4 인 원자와 그 정점에 산소가 삽입된 사면체로 구성되어 있다.백인은 물에 약간만 용해되며 물속에 저장할 수 있다.실제로 백인은 물에 잠겼을[citation needed] 때만 자기 부정이 안전하다.벤젠, 오일, 이황화 탄소, 이황화 디클로로이드에 용해된다.null

프로덕션 및 애플리케이션

흰색 할당 로프는 몇 가지 방법을 사용하여 제작할 수 있다.산업 공정에서 인산염 암석은 탄소나 실리카가 있는 전기 또는 연료 연소식 용광로에서 가열된다.[3]원소 인은 그 후 증기로서 해방되어 인산 아래에 모일 수 있다.인산염은 인산칼슘에 대해 이상적인 등식을 보여준다(인산암은 상당한 양의 형광석을 포함하고 있지만):null

테트라포루스 분자

백인은 보통 온도에서 눈에 띄는 증기압을 가지고 있다.증기 밀도는 증기가 약4 800 °C까지 P 분자로 구성되어 있음을 나타낸다.그 온도 이상으로 P 분자로의2 분리가 일어난다.null

그것은 약 50 °C(122 °F)에서 공기 중에 자연적으로 점화되며, 미세하게 나누면 훨씬 낮은 온도에서 점화된다.인은 산소와 반응하며, 보통 사용 가능한 산소의 양에 따라 의 산소를 형성한다: P 4 6 인산삼산화물)은 산소 공급이 제한되었을 때, P O {드물게 P P O 등도 형성되지만 소량으로 구성된다.이 연소는 인(V) 산화물을 생성한다.

P
4 + 5 O
2 → P
4O
10

이 성질 때문에 백인이 무기로 쓰인다.null

세제곱-P의8 비존재

백인은 열역학적으로 더 안정적인 적색 할당 로프로 변환되지만 응축상에서는 입방8 P 분자의 형성이 관찰되지 않는다.이 가상의 분자의 아날로그는 인산염으로부터 준비되었다.[4]기체 상태의 백인과 왁시 고체는 반응성 P4 분자로 구성되어 있다.null

적인

적인
적인구조

적인은 공기가 없는 상태에서 백인을 300 °C(572 °F)로 가열하거나 백인을 햇빛에 노출시켜 형성할 수 있다.적색 인은 비정형 네트워크로서 존재한다.더 가열하면, 비정형 적색 인이 결정된다.적색 인은 240 °C(464 °F) 미만의 온도에서 공기 중에 발화하지 않는 반면, 백색 인의 조각은 약 30 °C(86 °F)에서 발화한다.표면적이 높아 표면 산화가 샘플을 점화 온도로 빠르게 가열할 수 있기 때문에 점화는 미세하게 분할된 재료로 상온에서 자연발생적이다.null

표준 조건에서는 백색 인보다 안정적이지만 열역학적으로 안정된 흑색 인보다 안정성이 떨어진다.적인성 형성의 표준 엔탈피는 -17.6 kJ/mol이다.[1]붉은 인은 운동적으로 가장 안정적이다.null

다른 사람들은 의심의 여지 없이 베르젤리우스와 같이 이전에는 이 물질을 손에 쥐고 있었지만, 1847년 12월 9일 빈 과학 아카데미 이전에 안톤 폰 슈뢰터가 처음으로 제시하였다.[5]null

적용들

붉은 인은 특히 열가소성 수지(예: 폴리아미드)와 열가소성 수지(예: 에폭시 수지 또는 폴리우레탄)에서 매우 효과적인 난연제로 사용될 수 있다.난연 효과는 폴리인산 형성에 기초한다.이 산들은 유기 중합체 물질과 함께 불꽃의 번식을 막는 카를 만든다.인산 발생 및 적 인의 마찰 민감도와 관련된 안전 위험은 안정화와 마이크로 캡슐화를 통해 효과적으로 최소화할 수 있다.취급이 용이하도록 적인(붉은 인)은 여러 운반체 시스템에서 분산 또는 마스터 배치의 형태로 사용되는 경우가 많다.그러나 전자/전기 시스템의 경우 적인 난연제는 조기 고장을 유발하는 경향 때문에 주요 OEM 업체들에 의해 사실상 금지되어 왔다.[6]한 가지 지속적인 문제는 에폭시 성형 화합물의 적색 인이 반도체 소자의 누설 전류를 증가시킨다는 것이다.[7]또 다른 문제는 PBT 절연 물질에서 가수분해 반응의 가속이었다.[8]null

붉은 인은 필로폰과 크로코딜의 불법 생산에도 사용될 수 있다.null

적인은 물에서 나오는 수소 형성을 위한 원소 광촉매로 사용될 수 있다.[9]소형 섬유 인의 형성에 의해 633μmol/(h•g)의 꾸준한 수소 진화율을 보인다.[10]null

바이올렛 또는 히토프의 인

적인(왼쪽) 샘플에 의한 보랏빛 인(오른쪽)
보랏빛 인 구조
히토르프의 인 구조

단핵인 인, 즉 보랏빛 인은 히토프의 금속 인으로도 알려져 있다.[11][12]1865년 요한 빌헬름 히토르프는 530℃에서 밀폐된 관으로 붉은 인을 가열했다.튜브의 상부는 444 °C로 유지되었다.그 결과로 승화된 광택 있는 불투명한 단색체, 또는 광맥면체 결정체.보랏빛 인은 용융된 납에 백인을 500℃에서 밀봉된 관에 18시간 동안 용해시켜 준비하기도 한다.천천히 식으면, 히토르프의 할당로프 결정체가 나온다.결정체는 묽은 질산에 납을 녹인 다음 농축 염산에 끓이면 드러날 수 있다.[13]게다가 비슷한 인 우리들을 가진 섬유 형태도 존재한다.보라색 인의 격자 구조는 1969년 Thurn과 Krebs에 의해 제시되었다.[14]1969년부터 보고된 보라색 구조물에 대해 구조물의 불합리성 또는 불안정성을 나타내는 가상 주파수가 확보되었다.[15]보랏빛 인의 단일 결정체도 생산되었다.보라색 인의 격자 구조는 P2/n (13)의 우주 그룹과 단결정 X선 회절 (a=9.210, b=9.128, c=21.893 å, β=97.776°, CSD-1935087)을 통해 얻었다.보라색 인의 광 대역 간격은 확산 반사 분광법에 의해 약 1.7 eV로 측정되었다.열분해 온도는 흑인보다 52℃ 높았다.보랏빛 인산염은 기계와 용액 각질제거 모두에서 쉽게 얻을 수 있었다.null

보라색 인의 반응

300 °C까지 가열될 때까지 공기 중에 점화되지 않으며 모든 용매에서 용해되지 않는다.알칼리의 공격을 받지 않고 할로겐과 천천히 반응할 뿐이다.그것은 질산에 의해 인산으로 산화될 수 있다.null

만약 질소나 이산화탄소와 같이 불활성 기체의 대기에서 가열되면, 그것은 증발하고 증기는 백인으로 응축된다.진공에서 가열되고 증기가 빠르게 응축되면 보라색 인을 얻는다.보라색 인은 높은 상대적 분자 질량의 고분자로 보일 수 있는데, 가열하면 P 분자로2 분해된다.냉각 시 이것들은 보통 P4 분자(즉, 백색 인)를 주기 위해 더 약해지지만, 진공 상태에서는 다시 연결해서 중합체 보랏빛 할당 로프를 형성한다.null

흑인

흑인 앰플
흑인
흑인구조

흑인(黑人)은 상온과 압력에서 열역학적으로 안정된 형태의 인으로, -39.3 kJ/mol(표준 상태로 정의되는 백인에 상대적인)의 형성되는 열은 -39.3 kJ/mol이다.[1]1914년 고압(대기 12,000기압)에서 백인을 가열하여 처음 합성하였다.2D 물질로서 외관, 성질, 구조 면에서 흑인은 흑연과 매우 유사하며, 전기 전도체인 흑연과 얇고, 연결된 원자의 파편이 있다.[16]null

흑인은 정형화된 주형 벌집형 구조를 가지고 있으며, 각각의 원자가 세 개의 다른 원자에 결합되는 상호연결된 6-membed 링의 격자 결과로서 가장 반응성이 낮은 할당로프다.[17][18]흑인과 적색 인은 입방정 격자 구조도 취할 수 있다.[19]흑인 결정의 고압 합성은 1914년 노벨상 수상자인 퍼시 윌리엄스 브리지먼에 의해 이루어졌다.[20]금속염은 흑인의 합성을 촉진한다.[21]null

인광체

주요기사:인광체

흑연과 유사한 점으로는 스카치테이프 방광화(배출) 가능성도 포함돼 있어 전하 수송 특성이 뛰어난 그래핀 모양의 2D 물질인 인광, 열 수송 특성, 광학 특성 등이 나타난다.과학적으로 관심 있는 특징으로는 그래핀에서는 찾아볼 수 없는 두께에 따른 밴드갭이 있다.[22]이는 인산염의 ON/OFF 비율이 ~10에5 이르는 높은 조합으로 현장 효과 트랜지스터(FET)의 유망한 후보가 된다.[23]이 조정 가능한 밴드갭은 또한 중간 적외선 광검출기와 LED에 유망한 응용을 제안한다.[24][25]진공 상태에서 400 °C에서 각질 제거된 흑색 인.[26]산소가 있는 곳에서 물에 노출되면 점차 산화되는데, 이를 예를 들어 트랜지스터 제조의 재료로 고려할 때 문제가 된다.[27][28]각질제거 흑인은 배터리 커뮤니티에서 떠오르는 양극재로서 높은 안정성과 리튬 저장이 돋보인다.[29]null

고리모양인산인

고리 모양의 인은 이론적으로 2007년에 예측되었다.[30]고리 모양의 인은 내부 직경이 5~8nm인 진공 다벽 탄소나노튜브 안에서 증기 캡슐화 방법을 이용해 자체 조립했다.총 230P 원자의 23P8과 23P2 단위로 구성된 지름 5.30nm의 고리가 원자 규모로 내부 지름 5.90nm의 다벽 탄소나노튜브 안에서 관측되었다.이웃 고리 사이의 거리는 6.4 å이다.[31]

P6 링 모양의 분자는 분리되어 안정적이지 않다.null

청인

단층 청인(靑人)은 흑인(黑人)에서 전구체로서 분자보 상피(相y)의 방법으로 2016년 처음 생산됐다.[32]null

디포스포루스

주요 기사:디포스포루스
이중인산성의 구조
디포스포루스 분자

이중인산 할당로프(P2)는 일반적으로 극한 조건에서만 얻을 수 있다(예: 1100 켈빈에서 P로부터4).2006년에는 전환 금속 복합체(예: 텅스텐과 니오븀)를 사용하여 정상 조건에서 균질 용액으로 이원자 분자가 생성되었다.[33]null

디포스포러스(Diphosphorus)는 인의 기체 형태로서, 1200 °C에서 2000 °C 사이의 열역학적으로 안정된 형태다.사대인산소(P
4)의 분리는 낮은 온도에서 시작된다: 800 °C에서 P의
2 비율은 ≈ 1%이다.약 2000 °C 이상의 온도에서, 이 인산염 분자는 원자 인으로 분리되기 시작한다.null

인 나노로드

P12 나노로드 폴리머는 저온 처리를 이용하여 CuI-P 단지로부터 격리되었다.[34]null

적색/갈색 인은 몇 주 동안 공기에 안정적이며 적색 인과 구별되는 특성을 가지고 있는 것으로 나타났다.[clarification needed]전자현미경 검사에서 적색/갈색 인은 지름 3.4 å에서 4.7 å 사이의 길고 평행한 나노로드를 형성한다.[34]

특성.

인의[35][36] 일부 할당량의 특성
형태 백색(α) 흰색(β) 보랏빛의 검게 하다
대칭 체중심입방체 삼위일체 단음이의 정형외과
피어슨 기호 aP24 mP84 oS8
스페이스 그룹 I43m P1 2번 P2/c 13번 cmca 번호64번길
밀도 (g/cm3) 1.828 1.88 2.36 2.69
밴드갑 (eV) 2.1 1.5 0.34
굴절률 1.8244 2.6 2.4

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2004). Inorganic Chemistry (2nd ed.). Prentice Hall. p. 392. ISBN 978-0-13-039913-7.
  2. ^ Durif, M.-T. Averbuch-Pouchot; A. (1996). Topics in phosphate chemistry. Singapore [u.a.]: World Scientific. p. 3. ISBN 978-981-02-2634-3.
  3. ^ Trelfall, R.E., (1951)인 100년 제조: 1851년–1951년.올드베리: 올브라이트 앤드 윌슨 주식회사
  4. ^ Streubel, Rainer (1995). "Phosphaalkyne Cyclooligomers: From Dimers to Hexamers—First Steps on the Way to Phosphorus–Carbon Cage Compounds". Angewandte Chemie International Edition in English. 34 (4): 436–438. doi:10.1002/anie.199504361.
  5. ^ Kohn, Moritz (1944-11-01). "The discovery of red phosphorus (1847) by Anton von Schrötter (1802-1875)". Journal of Chemical Education. 21 (11): 522. doi:10.1021/ed021p522. ISSN 0021-9584.
  6. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2018-01-02. Retrieved 2018-01-01.{{cite web}}: CS1 maint: 타이틀로 보관된 사본(링크)
  7. ^ Craig Hillman, 적색 인으로 인해 캡슐화된 회로에 장애가 발생함, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Red-Phosphorus-Induced-Failures-in-Encapsulated-Circuits.pdf?t=1513022462214
  8. ^ Dock Brown, The Rediant of the Red Rediant, SMTAI 2015, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/The-Return-of-the-Red-Retardant.pdf?t=1513022462214
  9. ^ 적용 카탈루션 B: 환경, 2012, 111-112, 409-414.
  10. ^ 안젤완트 케미 인터내셔널 에디션, 2016, 55, 9580-9585.
  11. ^ Curry, Roger (2012-07-08). "Hittorf's Metallic Phosphorus of 1865". LATERAL SCIENCE. Retrieved 16 November 2014.
  12. ^ 알칼리 금속이 존재하는 상태에서 증기로 형성된 단핵 인. 미국 특허 4,620,968
  13. ^ Hittorf, W. (1865). "Zur Kenntniss des Phosphors". Annalen der Physik. 202 (10): 193–228. Bibcode:1865AnP...202..193H. doi:10.1002/andp.18652021002.
  14. ^ Thurn, H.; Krebs, H. (1969-01-15). "Über Struktur und Eigenschaften der Halbmetalle. XXII. Die Kristallstruktur des Hittorfschen Phosphors". Acta Crystallographica Section B (in German). 25 (1): 125–135. doi:10.1107/S0567740869001853. ISSN 0567-7408.
  15. ^ Zhang, Lihui; Huang, Hongyang; Zhang, Bo; Gu, Mengyue; Zhao, Dan; Zhao, Xuewen; Li, Longren; Zhou, Jun; Wu, Kai; Cheng, Yonghong; Zhang, Jinying (2020). "Structure and Properties of Violet Phosphorus and Its Phosphorene Exfoliation". Angewandte Chemie. 132 (3): 1090–1096. doi:10.1002/ange.201912761. ISSN 1521-3757. PMID 31713959.
  16. ^ Korolkov, Vladimir V.; Timokhin, Ivan G.; Haubrichs, Rolf; Smith, Emily F.; Yang, Lixu; Yang, Sihai; Champness, Neil R.; Schröder, Martin; Beton, Peter H. (2017-11-09). "Supramolecular networks stabilise and functionalise black phosphorus". Nature Communications. 8 (1): 1385. Bibcode:2017NatCo...8.1385K. doi:10.1038/s41467-017-01797-6. ISSN 2041-1723. PMC 5680224. PMID 29123112.
  17. ^ Brown, A.; Rundqvist, S. (1965). "Refinement of the crystal structure of black phosphorus". Acta Crystallographica. 19 (4): 684–685. doi:10.1107/S0365110X65004140.
  18. ^ Cartz, L.; Srinivasa, S. R.; Riedner, R. J.; Jorgensen, J. D.; Worlton, T. G. (1979). "Effect of pressure on bonding in black phosphorus". The Journal of Chemical Physics. 71 (4): 1718. Bibcode:1979JChPh..71.1718C. doi:10.1063/1.438523.
  19. ^ Ahuja, Rajeev (2003). "Calculated high pressure crystal structure transformations for phosphorus". Physica Status Solidi B. 235 (2): 282–287. Bibcode:2003PSSBR.235..282A. doi:10.1002/pssb.200301569.
  20. ^ Bridgman, P. W. (1914-07-01). "Two New Modifications of Phosphorus". Journal of the American Chemical Society. 36 (7): 1344–1363. doi:10.1021/ja02184a002. ISSN 0002-7863.
  21. ^ Lange, Stefan; Schmidt, Peer; Nilges, Tom (2007). "Au3SnP7@Black Phosphorus: An Easy Access to Black Phosphorus". Inorganic Chemistry. 46 (10): 4028–35. doi:10.1021/ic062192q. PMID 17439206.
  22. ^ "Black Phosphorus Powder and Crystals". Ossila. Retrieved 2019-08-23.
  23. ^ Zhang, Yuanbo; Chen, Xian Hui; Feng, Donglai; Wu, Hua; Ou, Xuedong; Ge, Qingqin; Ye, Guo Jun; Yu, Yijun; Li, Likai (May 2014). "Black phosphorus field-effect transistors". Nature Nanotechnology. 9 (5): 372–377. arXiv:1401.4117. Bibcode:2014NatNa...9..372L. doi:10.1038/nnano.2014.35. ISSN 1748-3395. PMID 24584274. S2CID 17218693.
  24. ^ Wang, J.; Rousseau, A.; Yang, M.; Low, T.; Francoeur, S.; Kéna-Cohen, S. (2020). "Mid-infrared Polarized Emission from Black Phosphorus Light-Emitting Diodes". Nano Letters. 20 (5): 3651–3655. arXiv:1911.09184. doi:10.1021/acs.nanolett.0c00581. PMID 32286837. S2CID 208202133.
  25. ^ Smith, B.; Vermeersch, B.; Carrete, J.; Ou, E.; Kim, J.; Li, S. (2017). "Temperature and Thickness Dependences of the Anisotropic In-Plane Thermal Conductivity of Black Phosphorus". Adv Mater. 29 (5): 1603756. doi:10.1002/adma.201603756. PMID 27882620.
  26. ^ Liu, Xiaolong D.; Wood, Joshua D.; Chen, Kan-Sheng; Cho, EunKyung; Hersam, Mark C. (9 February 2015). "In Situ Thermal Decomposition of Exfoliated Two-Dimensional Black Phosphorus". Journal of Physical Chemistry Letters. 6 (5): 773–778. arXiv:1502.02644. doi:10.1021/acs.jpclett.5b00043. PMID 26262651. S2CID 24648672.
  27. ^ Wood, Joshua D.; Wells, Spencer A.; Jariwala, Deep; Chen, Kan-Sheng; Cho, EunKyung; Sangwan, Vinod K.; Liu, Xiaolong; Lauhon, Lincoln J.; Marks, Tobin J.; Hersam, Mark C. (7 November 2014). "Effective Passivation of Exfoliated Black Phosphorus Transistors against Ambient Degradation". Nano Letters. 14 (12): 6964–6970. arXiv:1411.2055. Bibcode:2014NanoL..14.6964W. doi:10.1021/nl5032293. PMID 25380142. S2CID 22128620.
  28. ^ Wu, Ryan J.; Topsakal, Mehmet; Low, Tony; Robbins, Matthew C.; Haratipour, Nazila; Jeong, Jong Seok; Wentzcovitch, Renata M.; Koester, Steven J.; Mkhoyan, K. Andre (2015-11-01). "Atomic and electronic structure of exfoliated black phosphorus". Journal of Vacuum Science & Technology A. 33 (6): 060604. doi:10.1116/1.4926753. ISSN 0734-2101.
  29. ^ Zheng, Weiran; Lee, Jeongyeon; Gao, Zhi‐Wen; Li, Yong; Lin, Shenghuang; Lau, Shu Ping; Lee, Lawrence Yoon Suk (30 June 2020). "Laser‐Assisted Ultrafast Exfoliation of Black Phosphorus in Liquid with Tunable Thickness for Li‐Ion Batteries". Advanced Energy Materials: 1903490. doi:10.1002/aenm.201903490.
  30. ^ Karttunen, Antti J.; Linnolahti, Mikko; Pakkanen, Tapani A. (15 June 2007). "Icosahedral and Ring-Shaped Allotropes of Phosphorus". Chemistry - A European Journal. 13 (18): 5232–5237. doi:10.1002/chem.200601572. PMID 17373003.
  31. ^ Zhang, Jinying; Zhao, Dan; Xiao, Dingbin; Ma, Chuansheng; Du, Hongchu; Li, Xin; Zhang, Lihui; Huang, Jialiang; Huang, Hongyang; Jia, Chun-Lin; Tománek, David; Niu, Chunming (6 February 2017). "Assembly of Ring-Shaped Phosphorus within Carbon Nanotube Nanoreactors". Angewandte Chemie International Edition. 56 (7): 1850–1854. doi:10.1002/anie.201611740. PMID 28074606.
  32. ^ Zhang, Jia Lin; Zhao, Songtao and 10 others (30 June 2016). "Epitaxial Growth of Single Layer Blue Phosphorus: A New Phase of Two-Dimensional Phosphorus". Nano Letters. 16 (8): 4903–4908. Bibcode:2016NanoL..16.4903Z. doi:10.1021/acs.nanolett.6b01459. PMID 27359041.
  33. ^ Piro, Na; Figueroa, Js; Mckellar, Jt; Cummins, Cc (2006). "Triple-bond reactivity of diphosphorus molecules". Science. 313 (5791): 1276–9. Bibcode:2006Sci...313.1276P. doi:10.1126/science.1129630. PMID 16946068. S2CID 27740669.
  34. ^ a b Pfitzner, A; Bräu, Mf; Zweck, J; Brunklaus, G; Eckert, H (Aug 2004). "Phosphorus nanorods – two allotropic modifications of a long-known element". Angewandte Chemie International Edition in English. 43 (32): 4228–31. doi:10.1002/anie.200460244. PMID 15307095.
  35. ^ A. Holleman; N. Wiberg (1985). "XV 2.1.3". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (33 ed.). de Gruyter. ISBN 978-3-11-012641-9.
  36. ^ Berger, L. I. (1996). Semiconductor materials. CRC Press. p. 84. ISBN 978-0-8493-8912-2.

외부 링크

백인