【元素家族——連載100】 「磷」氏兄弟

現在我們知道，磷有四種同素異形體：白磷（黃磷），紅磷、紫磷、黑磷。它們可以說是四兄弟，白磷是小弟，黑磷是大哥。

如今生產白磷還一直沿用波義耳的方法，只不過將磷酸鈉變成了磷酸鈣，後者是磷礦石的主要成分，分布更加廣泛。白磷是無色透明的晶體，遇光照會顯出淡黃色，所以也叫黃磷。

一個白磷分子中有四個磷原子，它們組成一個正四面體，按照正常情況，鍵角應該是60度，而實際上磷原子以3p軌道雜化成鍵，p軌道成鍵的鍵角一般是90度，因此白磷分子里磷磷鍵是受了很大應力而彎曲的鍵，非常不穩定。這種不穩定在宏觀上就表現為活躍的化學性能，在常溫下就很活潑。

【白磷的分子結構。】

白磷小弟的脾氣有點火爆，燃點只有40度，在空氣中會自燃，變成一陣濃煙：三氧化二磷和五氧化二磷。所以白磷一般都只能保存在水裡，還記得舍勒發現氧氣嗎？他就是從水裡拿出一塊黃磷啊，隔著燒瓶略微加熱一下就燃燒起來了。

【在巨大的圓底燒瓶中預先加入了液氧，它們在不斷氣化，底部還有一小塊白磷。經過加熱的金屬棒引燃氧氣中的白磷，反應發出強光。】

它的這種特性被武器專家利用起來，做成白磷燃燒彈。這是一種極為危險與恐怖的武器，白磷的燃燒和汽油等碳基物質的燃燒不一樣，它碰到物體後不斷地燃燒，直到熄滅，當它接觸到人的身體後，肉皮會被穿透，然後再深入到骨頭。

二戰末期，白磷彈被各國利用起來，太平洋戰爭末期，日本士兵在各個海島里據險頑抗，美國人用白磷彈對付在工事里的日本士兵，非常殘忍，這裡就不列舉士兵中了白磷彈之後的慘樣了。

戰後，人們認識到化學武器的殘酷，1980年通過的《聯合國常規武器公約》將白磷彈列為違禁武器，不允許對平民或在平民區使用。總共有80多個國家參與簽署了這一公約，大國中僅有美國沒有簽署。

現在，正常國家僅僅使用白磷彈做信號彈和煙霧彈。

【戰場上的白磷彈，我們希望越少見到它的身影越好。】

白磷的易燃性還被影片使用作為素材，劉德華主演的《狄仁傑之通天帝國》中，三個人無故的「自燃」而死，頃刻間紅色火球蔓延到全身，之後將整個人燒成了黑色的灰燼。不僅起火原因難以捉摸，視覺效果也十分震撼。

在電影里，通過狄仁傑之口我們可以得知，引起「自燃」現象的東西是一種來自西域的蟲子，名曰「赤焰金龜」，這當然是影片虛構的。而這種蟲子之所以能引起人體「自燃」，在於它以黃磷為食，因此全身都充滿了毒性。

【影片中為了特效誇張了燃燒效果，人幾乎被燒成灰燼。】

白磷有劇毒，誤食0.1g就能致死。沾到皮膚上，很難去除，且會深入骨頭。

由於白磷可以還原金、銀、銅、鉛等鹽里的金屬，所以可用硫酸銅作為白磷中毒的解毒劑，如不慎白磷沾到皮膚上，可用硫酸銅溶液沖洗

【硫酸銅溶液做解毒劑，可以看到藍色的硫酸銅溶液慢慢褪色，底部的磷變成紅色的銅。】

在隔絕空氣的情況下，將白磷加熱到一定程度，再凝結下來，便可得到紅磷。相對於激情似火的小弟弟——白磷，紅磷三哥要穩重不少，無毒，燃點很高，常溫下不會燃燒。

【紅磷的晶體結構，是一種無定型結構。】

我們以前很熟悉紅磷，因為那火柴頭上紅紅的東西就是紅磷。因為紅磷在空氣中接觸水蒸氣、氧氣以後，會緩慢潮解，暴露在空氣幾個月的火柴就沒用了，因此火柴需要保持乾燥，避免暴露。

【引燃火柴的是紅磷。】

1865年，德國人希托夫在一根密閉的管子里加熱紅磷，得到了一個單斜六方晶體，外觀是漂亮的紫羅蘭顏色，他把這稱為紫磷。

後來人們發現將白磷和熔融的鉛放在一起加熱到500度，也可以得到紫磷。

【紅磷（左）和紫磷（右）的對比。】

相對於無定型的紅磷，紫磷二哥更加「有型」的，它由磷磷鍵組成一個個的五面體和六面體結構。所以，嚴格意義上說，紅磷算是白磷和紫磷之間的產物。

【紫磷的結構。】

在12000個大氣壓下，將白磷加熱到高溫，可以得到一種類似石墨的黑色物質，這就是「大哥」黑磷。它是類似石墨的層狀物質，每一層，磷原子形成六元環。

【黑磷結構圖。】

帶頭大哥雖然形象黑了點，但卻是最穩重持家的，在幾種磷的同素異形體中，它熱穩定性最好，最不容易發生化學反應。和石墨一樣，它也很滑，可以導電。

【黑磷的模樣。】

近年來，又發現了磷家失散多年的兄弟：P2，它是類似氮氣分子的結構，由兩個磷原子通過叄鍵結合成一個磷分子。這種同素異形體只能存在於1200度以上，而且非常不穩定。

瞧瞧吧，不要因為磷和氮處於同一主族就認為他們很相似，多一層內圈電子，其宏觀性質就差別很大呢。同理，碳和硅不也是這樣嗎？硅基生命真是難以理解。

【P2，類似氮氣的結構。】

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