磷的同素異形體

同一種元素可以以截然不同的形態出現，磷就是那個戲劇性的例子。「同素異形體」是一種元素不同的結構形態，純磷就有好幾種：一種像蠟、會發光、危險地活潑的白磷；一種暗啞、穩定、可安全拿取的紅磷；還有一種片狀、像石墨的黑磷。它們全都只是磷原子，只是排布不同，而這排布改變了它們行為的一切。

白磷由一個個分立的 P4 分子構成——四個磷原子位於一個小四面體的角上，以 P-P 單鍵相連。那些鍵張力很大（四面體內 60 度的角遠離磷偏好的鍵角），這使白磷高度活潑：它在空氣中驟然著火，在黑暗中因緩慢氧化而微微發光（「磷光」一詞的最初來源），且毒性很強，因此儲存在水下。在隔絕空氣下加熱白磷會把它變成紅磷，其中 P4 四面體已打開並連成長鏈——一種聚合固體，張力小得多、穩定得多，只是適度活潑。在高壓下製得的黑磷是所有形態中最穩定的：層狀的、起伏褶皺的磷片，結構上類似石墨，是當前研究熱點的一種半導體。

這些同素異形體說明了一個深刻的道理：即便分子式相同，結構也決定性質。白磷那些張力很大的小籠子讓它成為活潑、危險的形態，歷史上用於火柴和燃燒彈；紅磷穩定安全，塗在安全火柴盒的擦條上；黑磷的二維層狀結構使它成為可調的半導體。同樣的道理在整個 p 區反覆出現——碳的金剛石對石墨、氧的 O2 對臭氧——但磷以在危險性和行為上格外鮮明的差別把它展現了出來。