磷的同素异形体

同一种元素可以以截然不同的形态出现，磷就是那个戏剧性的例子。「同素异形体」是一种元素不同的结构形态，纯磷就有好几种：一种像蜡、会发光、危险地活泼的白磷；一种暗哑、稳定、可安全拿取的红磷；还有一种片状、像石墨的黑磷。它们全都只是磷原子，只是排布不同，而这排布改变了它们行为的一切。

白磷由一个个分立的 P4 分子构成——四个磷原子位于一个小四面体的角上，以 P-P 单键相连。那些键张力很大（四面体内 60 度的角远离磷偏好的键角），这使白磷高度活泼：它在空气中骤然着火，在黑暗中因缓慢氧化而微微发光（「磷光」一词的最初来源），且毒性很强，因此储存在水下。在隔绝空气下加热白磷会把它变成红磷，其中 P4 四面体已打开并连成长链——一种聚合固体，张力小得多、稳定得多，只是适度活泼。在高压下制得的黑磷是所有形态中最稳定的：层状的、起伏褶皱的磷片，结构上类似石墨，是当前研究热点的一种半导体。

这些同素异形体说明了一个深刻的道理：即便分子式相同，结构也决定性质。白磷那些张力很大的小笼子让它成为活泼、危险的形态，历史上用于火柴和燃烧弹；红磷稳定安全，涂在安全火柴盒的擦条上；黑磷的二维层状结构使它成为可调的半导体。同样的道理在整个 p 区反复出现——碳的金刚石对石墨、氧的 O2 对臭氧——但磷以在危险性和行为上格外鲜明的差别把它展现了出来。