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Phosphore Cet article concerne l'élément chimique. Pour le magazine publié par

Phosphore Cet article concerne l'élément chimique. Pour le magazine publié par Bayard presse, voir Phosphore (magazine). Le phosphore est l'élément chimique de numéro ato- mique 15, de symbole P. C'est un membre du groupe des pnictogènes. Le corps simple phosphore se présente sous plusieurs formes de couleurs diﬀérentes : blanc-jaune, rouge et violet-noir. Très pur, le phosphore « blanc » est trans- parent ; plus généralement il est blanc ambré, légèrement malléable avec une faible odeur d'ail. Les formes rouge et noire peuvent se présenter en poudre ou cristallisées. Le nom dérive du mot grec φώσφορος (phosphoros), qui signiﬁe « porteur de lumière » et évoque la pla- nète Vénus, l'étoile du berger. Cette origine a été attri- buée au fait que le phosphore blanc émet de la lumière visible dans l'obscurité quand il est exposé à l'air, par chimiluminescence. En raison du fait qu'il est indispensable à la vie et d'une consommation mondiale qui pourrait dépasser les res- sources disponibles avant une centaine d'années, l'ONU et divers scientiﬁques le classent comme matière première minérale critique, qu'il faudrait apprendre à économiser et mieux recycler. 1 Histoire Lors de la découverte du phosphore, seulement 13 autres éléments chimiques étaient déjà connus (tableau ci- dessus), contre 118 aujourd'hui (cf. Liste des éléments chimiques). Comme les autres éléments, il ne fut reconnu comme tel que grâce aux travaux de Lavoisier, quelques années plus tard[12]. Ses diﬀérents découvreurs lui donnèrent beaucoup de noms diﬀérents : Phosphorus fulgurans ou Lumen conﬂans (Kunckel), Noctiluca aërea (Boyle), Lumiere condensée ou encore Phosphorus igneus puis Phosphorus pyropus par Leibnitz. Tous ses noms sont en rapport avec la forte lumière que celui-ci produit lors de sa combustion à l’air libre. 1.1 Une triple découverte La découverte de cet élément est attribuée à l'alchimiste allemand Hennig Brandt en 1669 à partir de l'urine. Le Phosphore en poudre dans l'obscurité. procédé resta longtemps secret, mais malgré tout, le chi- miste allemand Jean Kunckel, puis le physicien anglais Robert Boyle réussirent peu de temps plus tard à trouver leur propre voie de synthèse. Au cours de ses recherches de la pierre philosophale, c'est-à-dire l'art de convertir les métaux vils ou imparfaits en or et en argent, Brandt s’était imaginé qu'en ajoutant de l'extrait d'urine aux métaux dont il voulait opérer la transmutation, il réussirait plus sûrement dans son entre- prise. Mais au lieu d'obtenir ce qu'il cherchait avec tant d'ardeur, il obtint un corps nouveau, blanc, lumineux par lui-même et brûlant avec une énergie sans exemple : le phosphore. Surpris de l'apparition de ce corps, il en envoya un échan- tillon à Kunkel, chimiste allemand, qui s’empressa de le montrer à son ami Kraft de Dresde (de). Celui-ci le trou- va si merveilleux qu'il se rendit immédiatement à Ham- bourg dans l'intention d'acheter le secret de sa prépara- tion. Il l'obtint moyennant deux cents rischedales[13] (an- cienne monnaie d'Europe du Nord) et son silence. Mais Kunkel désirait lui aussi vivement le connaître, et voyant que Kraft, malgré leur amitié, ne le lui conﬁerait pas, il se résolut à le découvrir par la voie de l'expérience. Il y parvint en 1674, après beaucoup de tentatives infruc- tueuses et devint ainsi le deuxième découvreur du phos- phore, et se vantait dans le 44e chapitre de son Labora- toire chimique de savoir en synthétiser un plus pur que son ami[13]. La troisième personne à découvrir une méthode pour l'isoler est le chevalier Boyle. En 1679, il avait pu voir un morceau de phosphore apporté par Kunkel pour le montrer au roi et à la reine d'Angleterre et réussir à sa- voir que le phosphore était une substance tirée du corps 1 2 1 HISTOIRE humain[13]. Ses essais portèrent leurs fruits en 1680. 1.2 Découverte publique Cependant la préparation du phosphore demeura ca- chée jusqu'en 1737 alors qu'un apothicaire londonien (Godfrey Hankwitz), d'après la recette de (Boyle) en pro- duisait pour toute l'Europe, sous le nom de « Phosphore d'Angleterre »[14]. Hellot dans les Mémoires de l'Académie pour l'année 1737[13] fait la première description publique détaillée d'une méthode de synthèse du phosphore à partir de l'urine. Il explique le 13 novembre 1737 comment un étranger divulgua pour la première fois tout le mys- tère du procédé qui jusqu'ici était jalousement gardé par ses premiers inventeurs. Celui-ci l'exécuta en pré- sence de quatre commissaires nommés par l'Académie des Sciences, Duhamel, Dufay, Geoﬀroy et, lui-même. La recette était enﬁn devenue publique. Dans la même année, Rouelle la répéta dans ses Cours de Chimie. Tout le monde y a accès depuis ce temps (lire [13]). Cette préparation consiste à faire évaporer à siccité l'urine putréﬁée, et à chauﬀer ensuite fortement le rési- du dans une cornue de grès dont le col, par une allonge, plongeait dans l'eau. Il était ensuite moulé en cylindres et stocké dans de l'eau préalablement bouillie et à l'abri de la lumière[14]. Même si Margrall ajouta quelques années après un sel de plomb (nitrate de plomb[14]) à l'urine épaissie par évapo- ration, c'est ainsi que, pendant longtemps, le phosphore fut préparé. Le phosphore resta encore longtemps une cu- riosité, et un des objets les plus précieux que l'on pouvait voir. On ne le trouvait que dans les laboratoires des prin- cipaux chimistes, et les cabinets de quelques gens riches, amateurs de nouveautés. 1.3 Démocratisation Crâne de mouton En 1769, le suédois Johan Gottlieb Gahn découvrit que le phosphore était présent dans la poudre d'os calcinée puis décomposée par l'acide sulfurique. Peu de temps après, il publia, avec Scheele, un procédé qui lui permit de s’en procurer des quantités assez considérables à partir d'os de bœufs ou de moutons[15]. Ce nouveau protocole[15] consiste à faire brûler les os jusqu’à ce qu’ils soient friable, puis mélangés avec du carbonate de calcium (CaCO3) et d’autres sels. On ajoute ensuite l’acide sulfurique. Puis après réaction et lavages, on le sèche avec du charbon, avant de faire chauﬀer le tout dans une cornue remplie d’eau. On note que combiné à l'hydrogène, il produit un gaz in- ﬂammable. Cela peut expliquer les feux-follets causés par la décomposition de matières riches en phosphore dans les marais[14]. On comprend aussi que c'est sa présence qui fait luire dans le noir certaines matières organiques telles que la laitance et les œufs de poissons, la chair de certains mollusques (huîtres), certains squelettes frais de poissons, la substance cérébrale ou le foie de certains ani- maux. On lui attribue aussi (à tort parfois) la phosphores- cence de certains organismes marins et « des eaux mêmes de la mer, dans quelques cas au moins »[14]. 1.4 Troisième mode de synthèse Site d'extraction de roches phosphorées sur l'ile de Nauru (2007) La méthode de synthèse actuelle a été mise au point en 1867 par les chimistes E. Aubertin et L. Boblique. Elle permet d’extraire le phosphore de roches phosphorées. Cela permet de se procurer du phosphore en plus grande quantité et à un meilleur prix. Le protocole consiste aujourd’hui à chauﬀer les roches entre 1400-1500 °C avec du sable et du pétrole. Il se forme alors le phosphore blanc P4 selon la réaction : 2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C →6 CaSiO3 + 10 CO + P4 Le procédé initial a été amélioré par J.B. Readman en 1888[16] en ajoutant l’utilisation d’un four électrique. Mal- gré un rendement de près de 90 %, la formation d’une tonne de phosphore blanc par cette méthode requiert tout de même 15 MWh environ. 3 Allumette 1.5 Travaux importants 1.5.1 Grands noms Le phosphore étant devenu plus commun, les chimistes purent plus facilement en étudier les propriétés. Les tra- vaux les plus remarquables qui aient été faits sur ce corps sont dus à : • Pelletier, qui l'a combiné avec le soufre et beaucoup de métaux[17] ; • Lavoisier, qui nous a fait connaître ses combinaisons avec l'oxygène[17] ; • M. Dulong et à M. Davy, qui ont étudié ses divers acides[17] ; • M. Berzelius, qui a étudié non seulement ceux-ci, mais encore leurs combinaisons avec les bases[17]. 1.5.2 Première utilisation : l'allumette Les premières allumettes (fósforo en espagnol[18]) utili- saient du phosphore blanc dans leur composition, la toxi- cité du phosphore les rendait d'ailleurs assez dangereuses : leur usage entraîna des empoisonnements accidentels. De plus, l'inhalation des vapeurs de phosphore entraînait, chez les ouvriers des fabriques d'allumettes, une nécrose des os de la mâchoire, connue sous le nom de nécrose phosphorée. Lorsque le « phosphore rouge » fut découvert, son in- ﬂammabilité et sa toxicité plus faibles poussèrent à son adoption comme une alternative moins dangereuse pour la fabrication des allumettes. 2 Propriétés Les phosphores blancs et rouges ont une structure qua- dratique. Il existe un « phosphore noir » allotrope, ayant une struc- ture similaire à celle du graphite : les atomes sont arrangés en couches hexagonales, et il est conducteur électrique. Le phosphore blanc est constitué de molécules tétra- édriques P4. C'est un corps toxique qui s’oxyde lentement à l'air à température ambiante. On le conserve toujours sous l'eau. Le phosphore blanc se transforme en phos- uploads/s3/ phosphore.pdf