Je leest:

Wit fosfor blijft stabiel in moleculaire kooi

Wit fosfor blijft stabiel in moleculaire kooi

Auteur: | 26 juni 2009

Wit fosfor is dankzij de brandbaarheid en de grote rookontwikkeling tijdens oxidatie zeer in trek bij wapenfabrikanten. Het molecuul ontbrandt namelijk spontaan bij kamertemperatuur aan de lucht. Maar deze eigenschap maakt het goedje ook levensgevaarlijk. Vrijdag 26 juni verscheen in Science een manier om wit fosfor veilig op te bergen: sluit het op in een supramoleculaire kooi.

Wit fosfor is het hoofdbestanddeel van brand- en rookbommen vanwege een hele handige eigenschap: de chemische stof ontbrandt bij kamertemperatuur aan de lucht. Er komt geen lastig onstekingsmechanisme aan te pas om de boel aan te steken, zodat de rookgranaatjes lekker compact blijven. Maar diezelfde eigenschap maakt het voor de fabrikanten ook lastig omdat de stof niet voortijdig met lucht in aanraking mag komen. Wit fosfor wordt dan ook alleen in vloeistoffen bewaard zodat de zuurstof er niet bij kan.

Toch blijven die potten vloeistof lastig. Stel, er breekt een pot. Hoe snel kan je de fosfor weer onderdompelen voordat de vlam erin slaat? Britse en Finse wetenschappers hebben nu een alternatief gevonden voor dit onpraktische systeem. In het vakblad Science publiceren zij over een tetraëdische (pyramidevormige) supramoleculaire kooi. Sluit het fosfor hierin op, en het kan niet meer ontbranden.

De kooi wordt gevormd uit simpele organische verbindingen en ijzer(II)ionen. Het molecuul is pyramide-vormig, net als de witte fosfor (P4) moleculen (oranje in de tekening). De kooi vormt uit zichzelf in een waterige oplossing en sluit de fosfor-moleculen automatisch op in het midden. Zo wordt fosfor stabiel aan de lucht.
Science

In 2008 publiceerden de onderzoekers in het vakblad Angewandte Chemie International Edition over de bouw van dit supramolecuul dat is samengesteld uit 24 benzeenringen, 4 op elke lijn van de pyramide. Op de vier punten van de kooi liggen ijzer(II)atomen. Het in elkaar zetten vergt weinig laboratoriumwerk – in een waterige tetramethyloplossing vormt de kooistructuur vanzelf uit losse moleculen met één of twee benzeenringen.

Een molecuul fosfor pentoxide (P2O5).
Wikimedia Commons

De moleculaire kooi stabiliseert het fosfor niet door het zuurstof erbuiten te houden. Het O2-molecuul is immers klein genoeg om bijna overal tussendoor te dringen. In plaats daarvan zorgt de kooi dat er geen ruimte is voor de producten van de ontbrandingsreactie (fosfor pentoxide, P2O5). Zo kan wit fosfor worden vervoerd zonder risico op brand.

Om het fosfor weer uit de kooi te krijgen, hebben de wetenschappers een simpele truc bedacht: dompel de kooistructuur onder in benzeen (cyclohexaan werkt ook). P4 en de ringvormige moleculen zijn ongeveer even groot. Benzeen ‘duwt’ het fosfor simpelweg de kooi uit. Laat vervolgens zuurstof door de oplossing lopen, en het fosfor reageert tot (relatief) ongevaarlijk fosforzuur.

In drie stappen wordt fosfor vervangen door benzeen en omgezet in fosforzuur.
Science

Grotere kooien

Joost Reek, professor op de UvA en expert in supramoleculaire chemie, is geïntrigeerd door het onderzoek. “Het is erg ongebruikelijk om een reactieve stof als wit fosfor op zo’n manier te stabiliseren”, zegt Reek in een reactie voor het vakblad Chemical & Engineering News. Eén toepassing van de kooi ligt volgens hem bij het reguleren van de reactiviteit van P4 voor de synthese van nuttige stoffen als fosfine.

Zelf zien de onderzoekers toepassingen voor de fosforkooi in het vervoeren van fosfor en het opruimen van gevaarlijke lekken. Maar dat is niet alles – waarom zouden ze het immers bij fosfor houden? De wetenschappers zijn nu bezig met het bouwen van kooien waarin ze moleculen willen opbergen die nog groter, complexer en wellicht ook gevaarlijker zijn dan wit fosfor.

Bron: White phosphorus is air-stable within a self-assembled tetrahedral capsule, P. Mal, B. Breiner, K. Rissanen, J.R. Nitschke, Science 324, 26-06-09

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 26 juni 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.