Le phosphore (du grec ancien , « porteur de lumière », par allusion à la chimiluminescence émanant du phosphore blanc, visible dans l'obscurité quand il est exposé à de l'oxygène) est l'élément chimique de numéro atomique 15, de symbole P. Dans le tableau périodique, il se trouve dans le cinquième groupe principal, ou 15e groupe IUPAC ou groupe azote. C'est un membre du groupe des pnictogènes.
Le corps simple phosphore se présente sous des formes très différentes les unes des autres, revêtant notamment des couleurs allant du violet-noir, rouge, blanc-jaune au blanc. Très pur, le phosphore « blanc » est transparent. Généralement le phosphore est blanc ambré, légèrement malléable avec une faible odeur d'ail. Les formes rouge et noire peuvent se présenter en poudre ou cristallisées. Le phosphore blanc, composé de molécules P4, est la forme la plus facile à produire, mais certainement pas la plus stable du point de vue thermodynamique, d'où son utilisation en tant que munition.
Le phosphore est indispensable à tous les êtres vivant sur terre, chez les êtres humains, il est particulierement important pour un fonctionnement correct du cerveaucf https://www.caducee.net/Fiches-techniques/mineraux1.asp#phosphorecf https://www.dietaroma.fr/blog/post/memoire-concentration-boost.html. Ses composés participent à la structure et au fonctionnement des organismes dans des domaines centraux, tels que l'ADN et l'approvisionnement énergétique cellulaire. La transformation biogéochimique du phosphore a lieu dans le cadre du cycle du phosphore.
Du fait que sa consommation mondiale pourrait dépasser les ressources disponibles avant une centaine d'années, l'Organisation des Nations unies (ONU) et divers scientifiques le classent comme « matière première minérale critique », qu'il faudrait apprendre à économiser et mieux recycler. Histoire Lors de la découverte du phosphore, seulement 13 autres éléments chimiques étaient déjà connus (tableau ci-dessous), 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.
+ Éléments connus lors de la découverte du phosphore. ÉlémentC SCuAuAgFeSnSbHgPbAsZnBi Année??-5000-3000-3000-2500-2100-1600-1500-1000125015001500 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.
Une triple découverte
La découverte de cet élément est attribuée à l'alchimiste allemand Hennig Brandt en 1669 à partir de l'urine. Le procédé resta longtemps secret, mais malgré tout, le chimiste allemand Jean Kunckel, puis le physicien anglais Robert Boyle réussirent peu de temps après 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 entreprise. 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 échantillon à Kunckel, chimiste allemand, qui s'empressa de le montrer à son ami . Celui-ci le trouva si merveilleux qu'il se rendit immédiatement à Hambourg dans l'intention d'acheter le secret de sa préparation. Il l'obtint moyennant deux cents rischedales (ancienne monnaie d'Europe du Nord) et son silence. Mais Kunckel 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 infructueuses et devint ainsi le deuxième découvreur du phosphore, et se vantait dans le de son Laboratoire chimique de savoir en synthétiser un plus pur que son ami.
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 Kunckel pour le montrer au roi et à la reine d'Angleterre et réussir à savoir que le phosphore était une substance tirée du corps humain. Ses essais portèrent leurs fruits en 1680.
En 1692 à Paris, Homberg donne dans un Mémoire à l’Académie royale des sciences. la recette de préparation du phosphore brûlant de Kunckel : faire évaporer sur un petit feu de l’urine jusqu’à ce qu’il reste une matière noire. Mettez à putréfier celle-ci dans une cave, puis rajoutez du sable (ou de l’argile) et de l’eau et distillez. Après avoir produit du flegme, du sel volatile et d’huile noire, (Hombert).
Dans son Cours de chymie qui connut un immense succès, Nicolas Lémery donna la recette de la préparation du phosphore, non pas dans les premières éditions (1675, 1677, 1679, 1681, 1683) mais à partir des rééditions de 1687Cours 1697..
Découverte publique Hellot dans les Mémoires de l'Académie pour l'année 1737 fait une description publique détaillée d'une méthode de synthèse du phosphore à partir de l'urine. Il explique le comment un étranger divulgua pour la première fois tout le mystère du procédé qui jusqu'ici était jalousement gardé par ses premiers inventeurs. Celui-ci l'exécuta en présence 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. Cette préparation consiste à faire évaporer à siccité l'urine putréfiée, et à chauffer ensuite fortement le résidu 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.
Même si Margrall ajouta quelques années après un sel de plomb (nitrate de plomb) à l'urine épaissie par évaporation, c'est ainsi que, pendant longtemps, le phosphore fut préparé. Le phosphore resta encore longtemps une curiosité, et un des objets les plus précieux que l'on pouvait voir. On ne le trouvait que dans les laboratoires des principaux chimistes, et les cabinets de quelques gens riches, amateurs de nouveautés.
Démocratisation 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..
Ce nouveau protocole consiste à faire brûler les os jusqu’à ce qu’ils soient friables, puis mélangés avec du carbonate de calcium () 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 inflammable. Cela peut expliquer les feux-follets causés par la décomposition de matières riches en phosphore dans les marais. 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 animaux. On lui attribue aussi (à tort parfois) la phosphorescence de certains organismes marins et .
Troisième mode de synthèse
La méthode de synthèse actuelle a été mise au point en 1867 par les chimistes E. Aubertin et M. 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 à chauffer les roches entre 1400-1500 °C avec du sable et du coke. Il se forme alors le phosphore blanc selon la réaction :
En pratique, le minerai est ordinairement une phosphorite, de formule générale : avec le minerai le plus courant, l'hydroxyapatite (la même phosphorite que dans les os et les dents), la réaction est : ; si le minerai contient de la fluorapatite, elle réagit selon : .
Le procédé initial a été amélioré par J.B. Readman en 1888. en ajoutant l’utilisation d’un four électrique. Malgré un rendement de près de 90 %, la formation d’une tonne de phosphore blanc par cette méthode requiert tout de même environ.
Travaux importants
Grands noms Le phosphore étant devenu plus commun, les chimistes purent plus facilement en étudier les propriétés.
Les travaux 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 ; Lavoisier, qui nous a fait connaître ses combinaisons avec l'oxygène ; M. Dulong et à M. Davy, qui ont étudié ses divers acides ; M. Berzelius, qui a étudié non seulement ceux-ci, mais encore leurs combinaisons avec les basesLouis Jacques Thénard (Barón.), Traité de chimie élémentaire, théorique et pratique, suivi d'un essai sur la philosophie chimique et d'un précis sur l'analyse, Louis Hauman et Compagnie, 1836. Livre numérique Google.
Première utilisation : l'allumette Les premières allumettes ( en espagnol.) utilisaient du phosphore blanc dans leur composition, la toxicité 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 inflammabilité et sa toxicité plus faibles poussèrent à son adoption comme une alternative moins dangereuse pour la fabrication des allumettes.
Propriétés Corps simple Les phosphores blanc et rouge ont une structure quadratique.
Il existe un « phosphore noir » allotrope, ayant une structure similaire à celle du graphite : les atomes sont arrangés en couches hexagonales, et il est conducteur électrique.
Le phosphore blanc est constitué de molécules tétraédriques 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 phosphore rouge sous l'influence de la lumière.
Le phosphore rouge est constitué de molécules de longueur indéterminée, mais très grande. On peut lui donner à titre d'exemple la formule P2 000. Il n'est ni toxique ni facilement inflammable. Le phosphore rouge se transforme en phosphore blanc (gazeux) sous l'influence de la chaleur, soit .
Composés chimiques Sur Terre le phosphore est essentiellement présent à l'état d'oxydation +V (phosphates). Dans diverses météorites et sur Terre dans des roches pyrométamorphiques, on le trouve aussi à l'état d'oxydation −I (phosphures).