Alice
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Le phosphore

 

1. Introduction

Le phosphore est un élément qui a été découvert en 1669 par Brand, extrait de l'urine humaine. Il tire son nom du grec phos (lumière) et phoron (transporteur) en raison de la propriété luminescente de sa variété blanche.

Particulièrement simple à réaliser, cette expérience nous fait découvrir le phosphore, un composé qui a attiré l'attention de très nombreux chimistes par ses propriétés remarquables. C'est le phosphore rouge qui est utilisée ici, mais la formation de phosphore blanc (toxique) durant l'expérience est probable. Nous réalisons ici une expérience de chimioluminescence.

2. Matériel

  • Bandes marrons (grattoirs) de boîtes d'allumettes
  • Petite cuillère ordinaire en métal inoxydable
  • Briquet
  • Gants en latex

3. Protocole expérimental

  • Récupérer quelques bandes marrons que l'on trouve sur le côté des boîtes d'allumette en essayant de détacher le moins possible de carton.
  • Poser la bande à l'intérieur d'une cuillère, côté marron vers le métal.
  • Avec le briquet, enflammer le papier de la bande par le dessus ; il doit apparaître une faible flamme de couleur bleutée qui consume petit à petit toute la bande. Ne pas respirer la fumée qui se dégage et ne pas chauffer par dessous. Retirer la papier cramé délicatement, sans toucher au dépôt brun qui s'est déposé sur le métal. Recommencer cette opération avec une ou deux autres bandes marrons.
  • Laisser refroidir la cuillère, pendant ce temps enfiler un gant à chaque main.
  • Dans l'obscurité totale, frotter l'intérieur de la cuillère avec les doigts d'une main, frotter les doigts entres eux pour étaler la substance sur le gant. Observer une belle lumière blanche qui peut durer jusqu'à une minute, toujours en frottant les doigts. Ouvrez la main et observez les variations d'intensité lumineuse. De temps en temps, on peut même voir des vapeurs lumineuses qui s'élèvent au dessus de la main.

4. Explications

  • Si les premières allumettes contenaient elles-mêmes du phosphore (et d'autres ingrédients), les allumettes actuelles ont été améliorées par sécurité : le phosphore se trouve maintenant dans cette bande marron qui sert de grattoir et l'allumette elle-même ne contient plus que les autres ingrédients. La bande marron est constituée d'un mélange de phosphore et de poudre de verre très fine déposé sur le carton d'emballage grâce à un liant. De plus il existe deux variétés (allotropes) de phosphore : le phophore blanc, toxique et inflammable, et le phosphore rouge, stable et non toxique. 
  • En brûlant le papier, côté marron vers le métal, le phosphore se sublime et se condense sur le métal froid.
  • On peut interpréter ce phénomène de la manière suivante : en frottant le phosphore déposé sur les doigts, on favorise son oxydation par le dioxygène de l'air. C'est une réaction chimioluminescente du même type que l'expérience des mains lumineuses (qu'il ne faut pas confondre avec la phosphorescence qui est un phénomène physique différent). Le phosphore rouge ne possède pas la propriété de donner une chimioluminescence, seul le phosphore blanc est connu pour cela. Or on observe bien ce phénomène, ce qui conduit à dire qu'une petite partie de phosphore blanc est formé lors que cette expériences, ce qui implique de faire très attention à ne pas s'empoisonner !
  • Remarque : en faisant cette expérience en présence de lumière, on ne voit plus l'émission lumineuse mais on constate qu'une fumée blanche s'élève au dessus des doigts. Il s'agit d'anhydride phosphorique qui se combine avec l'humidité contenue dans l'air pour former l'acide phosphorique (ne pas respirer les vapeurs).

5. Précautions

  • Bien se laver les mains à l'eau et au savon si vous touchez le phosphore, ainsi que la cuillère. Ne pas respirer la fumée dégagée lors de la combustion. Éviter de respirer les vapeurs d'anhydride phosphoreux (P2O3) lors de la démonstration.
  • L'utilisation de phosphore blanc pur serait extrêmement dangereuse car celui-ci, en plus d'être hautement toxique, est spontanément inflammable au dessus de 30°C dans l'air et provoque de graves brûlures, compliquées par la présence d'acide phosphorique (H3PO4).