Fosfuri: proprietà, sintesi, usi

I fosfuri sono composti in cui è presente l’anione P^3- legato a un elemento meno elettronegativo e quindi tipicamente a un metallo. I fosfuri non sono mai stati trovati nelle rocce terrestri, ad eccezione della schreibersite trovata come tracce di inclusioni nel ferro nativo dell’isola di Disko in Groenlandia
Essi possono essere di tipo binario che, a seconda del rapporto stechiometrico metallo/fosforo si distinguono in:

• fosfuri ricchi di metallo
• monofosfuri
• fosfuri ricchi di fosforo
• polifosfuri in cui è presente un legame P-P che sono costituiti da catene o cluster di fosforo.

Proprietà dei fosfuri

I fosfuri ricchi di fosforo in cui il rapporto metallo/fosforo è minore di 1 presentano una minore stabilità termica e temperature di fusione minori rispetto agli altri fosfuri.

A seconda della loro struttura presentano diverse proprietà fisiche e chimiche presentando solubilità e reattività diverse.

La maggior parte dei fosfuri binari presentano un’analogia con gli analoghi arseniuri sia per quanto attiene le proprietà che la struttura.

Alcuni fosfuri metallici sono usati come semiconduttori mentre altri mostrano superconduttività o una vasta gamma di proprietà magnetiche e possono essere usati nei LED o in materiali nanostrutturati.

Sintesi

Per ottenere i fosfuri binari generalmente utilizzate quantità stechiometriche del metallo e di fosforo rosso ad elevate temperature e in atmosfera inerte o nel vuoto come ad esempio:

12 Li + P₄ → 4 Li₃P
4 Ge + P₄ → 4 GeP

In alcuni casi  possono essere preparati facendo a partire dalla fosfina che può essere fatta reagire con un metallo alcalino:
6 Na + 2 PH₃ → 2 Na₃P + 3 H₂

oppure con un ossido del metallo:
Ge₂O₃ + 2 PH₃ → 2 GeP + 3 H₂O

oppure con un cloruro metallico:
3 ZnCl₂ + 2 PH₃ → Zn₃P₂ + 6 HCl

In alternativa si può effettuare, in opportune condizioni, la riduzione di un fosfato in presenza di carbonio:
Ca₃(PO₄)₂ + 8 C → Ca₃P₂ + 8 CO

Altri metodi prevedono la reazione del fosfuro di calcio con polvere di metalli come Ti, V, Mn, Co, Cr, Nb, Ta, Mo, W alla temperatura di circa 1200°C:
Ca₃P₂ + 2 Ta → 2 TaP + 3 Ca

Il fosfuro di calcio può essere fatto reagire anche con un cloruro del metallo di cui si vuole ottenere il fosfuro:
Ca₃P₂ + 2 CrCl₃ → 2 CrP + 3 CaCl₂

Usi

Tra quelli più noti vi è il fosfuro di alluminio AlP che trova utilizzo sia nel campo dei semiconduttori che come insetticida in quanto reagisce sia in acqua che in ambiente acido rilasciando fosfina che  è un gas altamente tossico secondo le reazioni:

AlP + H₂O → 3Al(OH)₃ + PH₃
AlP + 3 H⁺ → Al³⁺ + PH₃

Analoghe reazioni sono date dal fosfuro di calcio, di magnesio e di zinco.

Il fosfuro di indio, grazie alle sue proprietà di semiconduttore viene usato per ottenere alcuni tipi di diodi tra cui i diodi laser e quelli LED.