Il fosfuro di alluminio è un composto covalente binario formato da alluminio e fosforo in uguale proporzione, la cui formula minima è quindi AlP, o anche AlIIIP−III.

È un materiale semiconduttore del gruppo III-V ad ampio band-gap, adatto pertanto per applicazioni in dispositivi ad alta temperatura ed alte frequenze. È l'omologo superiore, nel gruppo 13, del fosfuro di boro BP, che è anch'esso un materiale semiconduttore del tipo III-V.

In condizioni normali appare come un solido di colore variabile da grigio scuro a giallo-verde scuro. Reagisce con acqua e umidità rilasciando fosfina, un gas fortemente tossico, oltre che infiammabile. Viene usato principalmente in insetticidi e rodenticidi.

Storia Il primo a osservare che fosforo e alluminio reagivano tra loro fu Friedrich Wöhler nel 1827, senza stabilire la stechiometria del prodotto. Successivamente, Léon Franck trovò che esistevano vari fosfuri di alluminio, con stechiometria Al3P7, Al3P5, Al3P e AlP. Nel 1926 Victor Moritz Goldschmidt determinò che AlP cristallizza con la struttura di ZnS. Nel 1944 fu stabilito che esisteva un solo fosfuro di alluminio, AlP, e che le altre stechiometrie determinate in precedenza erano presumibilmente dovute a contaminazione di AlP con alluminio metallico o ossido di alluminio.

Sintesi Il fosfuro di alluminio è ottenibile per sintesi diretta dagli elementi: si prepara a partire da una miscela di polvere di alluminio e fosforo rosso, cui viene aggiunto un pezzetto di nastro di magnesio. Accendendo il magnesio, si innesca la reazione fortemente esotermica tra alluminio e fosforo: 4 Al + P4   →   4 AlP       [ ΔHr° = -328 kJ/mol ] Per ottenere un prodotto ad alta purezza occorre operare in atmosfera di idrogeno.

Struttura e proprietà Il fosfuro di alluminio altamente puro è un solido cristallino incolore, in campioni commerciali ha colori che variano dal giallo-verde al grigio scuro per impurezze non facilmente eliminabili.

AlP è un composto termodinamicamente stabile, ΔHƒ° = -167 kJ/mol, molto meno stabile del nitruro AlN (-318 kJ/mol), ma un po' più stabile dell'arseniuro AlAs (-147 kJ/mol). Tuttavia, è piuttosto reattivo e basta la presenza di umidità atmosferica per causarne l'idrolisi, che comporta sviluppo di fosfina dal tipico odore. In contatto con acqua la decomposizione è veloce. Anche l'acido cloridrico gassoso secco provoca il rilascio di fosfina: AlP + 3 H2O   →   Al(OH)3 + PH3 AlP + 3 H+   →   Al3+ + PH3 Queste reazioni che producono fosfina sono alla base della sua tossicità. Inoltre, AlP reagisce facilmente con forti ossidanti ed è combustibile; riscaldato in ossigeno, la reazione produce ossido di alluminio e anidride fosforosa, con grande sviluppo di calore: 4 AlP + 3 O2   →   2 Al2O3 + P4O6       [ ΔHr = -2.150 kJ/mol ]

Configurazione elettronica e struttura cristallina Il fosfuro di alluminio è un composto cristallino non molecolare, formato dall'unione 1:1 dell'alluminio, avente 3 elettroni esterni (3s2 3p1), con il fosforo, avente 5 elettroni esterni (3s2 3p3), a dare un reticolo cristallino in cui vi sono 8 elettroni di valenza per ciascun atomo (Al o P), come accade anche per i reticoli cristallini dell'arseniuro di alluminio (AlAs) e dell'antimoniuro di alluminio (AlSb), e come pure in quello del silicio (Si) o del diamante (C), che sono tutti isoelettronici di valenza e isostrutturali.

Il suo indice di rifrazione, un importante parametro per i semiconduttori, è di 2,750.

Dato che il fosforo è più elettronegativo (2,19) dell'alluminio (1,61), i legami Al−P sono covalenti polari, ma si trova che sono un po' più polari dei corrispondenti legami Ga−P nell'analogo e isostrutturale fosfuro di gallio, nonostante che il gallio sia sotto l'alluminio nel gruppo 13.

La struttura cristallina è cubica, del tipo della sfalerite (o blenda di zinco, ZnS), gruppo spaziale F(-4)3m (N° 216) e Z = 4 (4 unità formula nella cella elementare), dove sia l'alluminio che il fosforo sono tetracoordinati e tetraedrici, in accordo con un'ibridazione sp3 di entrambi. La costante di reticolo è e la distanza Al–P risulta , un valore appena inferiore alla somma dei raggi covalenti di Al e P, pari a 240 pm.

Proprietà elettroniche Il fosfuro di alluminio è un materiale semiconduttore avente un primo band-gap piuttosto ampio, pari a 2,45 eV, che è indiretto e che corrisponde all'energia di un fotone nel verde (λ = 506 nm), ma ha anche un secondo band-gap diretto ancora più ampio (3,62 eV), corrispondente all'energia di un fotone nel vicino ultravioletto (λ = 342 nm).

Il fosfuro di alluminio di grado superconduttore può essere ottenuto con il metodo di crescita epitassiale da fase gassosa e può essere drogato di tipo n con silicio (1 e in più di Al) e di tipo p con berillio (1 e in meno di Al).

Applicazioni Il fosfuro di alluminio è l'ingrediente attivo di vari insetticidi e rodenticidi. L'azione si basa sul rilascio di fosfina, gas fortemente tossico. Nel caso di roditori AlP è miscelato con cibo formando compresse. Una volta che queste vengono ingerite l'acido contenuto nello stomaco del roditore provoca il rilascio di fosfina, che entra nel flusso sanguigno provocando insufficienza cardiaca e danni agli organi interni. Il fosfuro di alluminio può essere inoltre usato come fumigante se si desidera trattare strutture come navi, aerei e silos, o strutture che si possono racchiudere con pellicole a tenuta di gas. Composti analoghi usati come disinfestanti sono Mg3P2, Ca3P2 e Zn3P2.

Tossicità / Indicazioni di sicurezza Il fosfuro di alluminio rilascia fosfina per contatto con acqua o acidi. Risulta quindi fortemente tossico, e può essere fatale per ingestione e inalazione. Il composto risulta pericoloso anche per gli organismi acquatici.

Note

Bibliografia

Pagina del fosfuro di alluminio nel data base GESTIS.

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