Phosphore

15

P

Phosphore

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique	Masse atomique	Configuration électronique	Structures cristallines
15	30,97 g.mol-1	[Ne] 3s2 3p3	blanc : forme alpha, cubique centrée, à température ambiante, qui se transforme à -81°C en forme bêta, triclinique, rouge : obtenue amorphe à partir de P blanc vers 250°C, devient monoclinique à plus haute température, violette : monoclinique, obtenue par chauffage prolongé de P rouge, à 550°C, noire : orthorhombique, obtenue sous haute pression.

Données physiques

Masses volumiques :		Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
blanc : 1,82 g.cm-3 rouge : 2,34 g.cm-3	violet : 2,36 g.cm-3 noir : 2,70 g.cm-3	44,1°C	280°C	1,0.10-9 S.m-1	0,235 W.m-1.K-1	très peu soluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	E° : P4(s) + 2H+ + 2e = H2P4(s)	E° : 1/4P4(s) + 3H+ + 3e = PH3(g)
2,19	-0,35 V	0,06 V

Données thermodynamiques

Phosphore rouge : Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : -17,6 kJ.mol-1 Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : -12,1 kJ.mol-1 Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 22,8 J.K-1mol-1 Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 21,2 J.K-1mol-1 Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 20,3 kJ.mol-1

Phosphore gazeux : Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 314,8 kJ.mol-1 Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 278,4 kJ.mol-1 Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 163,1 J.K-1mol-1 Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 20,8 J.K-1mol-1

Données industrielles

Matières premières

La teneur moyenne de l’écorce terrestre est de 0,11 % en phosphore.

Minerai principal : le phosphate calcique naturel qui est une fluorapatite phosphocalcique : Ca₁₀(PO₄)₆F₂ plus ou moins carbonatée d’une teneur moyenne de 26 à  34 % en P₂O₅ (soit 57 à 74 % en phosphate tricalcique (Ca₃(PO₄)₂, PTC)) pour le minerai marchand. Voir le chapitre engrais phosphatés.

Élaboration industrielle

Par une voie thermique, qui est la première étape de l’élaboration de l’acide phosphorique très pur destiné au traitement de surfaces métalliques, à la microélectronique ou à l’acidification des boissons. L’acide phosphorique étant, par ailleurs, principalement fabriqué, en solution aqueuse.

Le phosphate naturel est réduit, en présence de coke et de silice, au four électrique vers 1200-1500°C selon la réaction :

4 Ca₅(PO₄)₃F + 18 SiO₂ + 30 C = 3 P₄ + 30 CO + 18 CaSiO₃ + 2 CaF₂

Les consommations, pour 1 t de P₂O₅ à 100 %, sont de 3,9 t de phosphate à 29 % de P₂O₅, 1,3 t de silice, 0,6 t de coke et de 13 000 à 15 000 kWh d’électricité.

Le phosphore obtenu sous forme de vapeur est condensé sous eau pour obtenir du phosphore blanc.

Production

La production mondiale annuelle de phosphore est de 910 000 t.

Producteurs : en Europe.

Lanxess, en France, à Epierre (73) qui a repris, en septembre 2013, l’usine du groupe néerlandais ThermPhos International,

Fosfa, en République tchèque avec 50 000 t/an et aux Pays Bas, à Vlissingen, avec 80 000 t/an,

Alwernia, à Alwernia, en Pologne, avec 40 000 t/an.

Utilisations

Les principales utilisations sont les suivantes, en dehors d’une étape dans la fabrication de l’acide phosphorique très pur :

• Synthèse des chlorures de phosphore (PCl₃, oxychlorures) : 50 % des emplois,
• Synthèse du sulfure de phosphore, P₂S₅ : 25 % des emplois,
• Synthèse du pentaoxyde du phosphore P₂O₅ destiné à élaborer divers produits organiques (organophosphorés) pour les industries des herbicides, élastomères, tensioactifs…
• Synthèse de l’hypophosphate de sodium utilisé dans le nickelage chimique.