Phosphore

Le « porteur de lumière » fut en 1669 le premier élément isolé depuis l’Antiquité, mais c’est aussi un élément primordial de la vie sur Terre : ARN, ADN, ATP, membranes en contiennent

Le « porteur de lumière », traduction du mot grec phosphoros fut découvert par l’alchimiste allemand Hennig Brandt en 1669. Obtenu sous sa forme allotropique blanche selon les pratiques de l’époque (évaporation puis sédimentation de l’urine, traitement à haute température et récupération des vapeurs émises dans l’eau), ce fut alors le premier élément isolé depuis l’Antiquité. Ce nom lui a été attribué parce qu’une fois exposé à l’air il émettait de la lumière visible dans l’obscurité. En fait ce phénomène n’a été démontré que récemment comme résultant d’un oxydation en surface du phosphore blanc engendrant les molécules labiles, HPO et P2O2, qui émettent de la lumière lors de leur décomposition : cette luminescence -un processus chimique- ne doit donc pas être confondue avec la phosphorescence qui est un processus d’origine physique, même si le mot est dérivé de phosphore.

Le phosphore qui n’a qu’un seul isotope naturel de masse atomique 31 (mais 23 isotopes artificiels !), se présente sous différentes formes allotropiques présentant des propriétés physique et chimiques différenciées : phosphore blanc (de structure tétraédrique P4), phosphore violet, phosphore noir et diphosphore (P2) analogue au diazote, ce qui peut se comprendre puisque le phosphore se trouve dans la colonne du tableau périodique débutant par l’azote.

Le phosphore rouge est une phase intermédiaire entre les phosphores blanc et violet. Il est obtenu par chauffage du phosphore blanc et résulte de l’ouverture d’une liaison du tétraèdre P4, conduisant à la formation de chaînes oligomères. Si le phosphore blanc est inflammable et toxique, le phosphore rouge ne l’est pas, ce qui a permis le développement de l’industrie des allumettes.

Le phosphore n’existe pas à l’état natif, mais se rencontre surtout sous forme de phosphates : ainsi, jusqu’aux années 1850, la cendre d’os était la source principale de phosphore. Toutefois, les gisements exploitables constitués le plus souvent d’apatite se concentrent en peu d’endroits : Maroc (plus du tiers des réserves mondiales), Chine (un peu plus du quart des réserves mondiales), Afrique du Sud, États-Unis.

Le phosphore blanc est obtenu par réduction à haute température de phosphates par le carbone (charbon, coke) en présence de sable. C’est l’introduction du four à arc électrique en 1890 et l’exploitation des gisements d’apatite qui ont conduit au développement de l’industrie des phosphores blanc et rouge.

La première application du phosphore concernait la fabrication des allumettes : la découverte du phosphore rouge, moins toxique que le phosphore blanc, en permit le développement puis l’extension à l’ignition des dispositifs pyrotechniques. Le phosphore est également utilisé pour la préparation de nombreux composés organophosphorés par l’intermédiaire de ses chlorures (PCl3, PCl5) et oxychlorure (P(O)Cl3) : plastifiants, , agents d’extraction (par exemple des sels d’uranium), pesticides, herbicides. L’exemple le plus célèbre est celui du glyphosate, composé actif de l’herbicide RoundUp. Il est aussi employé en métallurgie (aciers, bronze phosphoreux, alliages de cuivre, etc.).

Une application tristement célèbre du phosphore blanc a été développée pendant la Première Guerre mondiale avec les obus incendiaires au phosphore et reprise pendant la Seconde Guerre mondiale avec les bombes incendiaires, massivement employées dans les bombardements de Dresde et Tokyo en février et mars 1945.

Le phosphore est un élément clé dans toutes les formes de vie. Sous la forme d’ion phosphate PO43-, il joue un rôle majeur dans l’ARN et l’ADN où il fait partie de l’ossature de ces macromolécules. Les cellules emploient l’adénosine triphosphate (ATP) comme vecteur d’énergie. Les phospholipides sont avec les protéines les composants structuraux des membranes cellulaires, assurant ainsi leur isolement de leur environnement immédiat. Et n’oublions pas que l’apatite se rencontre dans les os et les dents, ce qui correspond à 85-90 % des 700 g de phosphore présents chez un adulte !

La nature a bien fait les choses puisque l’étude de la structure et du rôle de toutes ces structures biologiques est facilitée par l’existence d’un seul isotope (31P) qui possède un spin 1/2, caractéristiques exploitées par la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire,
d’où la pensée chimique du jour

« Le phosphore, un élément important qui se met sur son trente et un ! »

Sources :

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