Azoto e fosforo a confronto: composti, forza dei legami

L’azoto e il fosforo sono elementi del Gruppo 15 della Tavola Periodica ed hanno configurazione elettronica rispettivamente 1s2,2s2,2p3 e 1s2,2s2,2p6, 3s2,3p3.
Pur avendo entrambi gli elementi tre elettroni spaiati nel livello p mentre l’azoto è un gas inerte, il fosforo brucia all’aria.

I numeri di ossidazione del fosforo sono -3,+3,+5,+4 mentre quelli dell’azoto sono  -3,+3,+5,+4 e +2.
Il fosforo forma composti con gli stessi numeri di ossidazione dell’azoto ma con formule diverse come si può rilevare dalla seguente tabella:

Numero di ossidazione Composti con l’azoto Composti con il fosforo
0 N2 P4
+3 HNO2 (acido nitroso) H3PO3 (acido fosforoso)
+3 N2O3 P4O6
+5 HNO3 (acido nitrico) H3PO4 (acido fosforico)
+5 NaNO3 (nitrato di sodio) Na3PO4 (fosfato di sodio)
+5 N2O5 P4O10

Differenze

Le differenze sono dovute ai seguenti fattori:

1)      il triplo legame tra i due atomi di azoto è molto più forte rispetto a quello fosforo-fosforo

2)      il legame semplice fosforo-fosforo è più forte rispetto a quello tra i due atomi di azoto

3)      il fosforo è meno elettronegativo dell’azoto

4)      il fosforo, contrariamente all’azoto, può espandere il suo guscio di valenza

Forza dei legami

Il triplo legame tra i due atomi di azoto è molto più forte rispetto a quello fosforo-fosforo a causa alle dimensioni dei rispettivi raggi atomici: il rapporto tra i raggi atomici dei due elementi è dato da: raggio del fosforo/ raggio dell’azoto = 0.110 nm/ 0.070 nm= 1.57

Ciò implica che gli atomi di fosforo sono troppo grandi per trovarsi così vicini da formare un triplo legame contrariamente all’azoto che, nella molecola biatomica N2 in cui è presente un triplo legame, ha l’ottetto completo. Il fosforo, invece che non forma con sé stesso legami multipli si presenta come P4 noto come fosforo bianco in cui gli atomi si dispongono secondo i vertici di un tetraedro come in figura

P4

L’angolo di legame P-P-P in tale molecola è di 60° con conseguente tensione al punto che il tetraedro tende ad aprirsi per dare altri allotropi.

Quando il fosforo bianco è riscaldato a 300°C si rompe un legame P-P e si forma una struttura polimerica detta fosforo rosso che costituisce un’altra forma allotropica del fosforo:

fosforo rosso

Le dimensioni dell’atomo di fosforo contribuiscono a limitare la possibilità di formazione di doppi legami come avviene per altri elementi  pertanto il fosforo tende a formare legami semplici con l’ossigeno come ad esempio nello ione fosfato  mentre l’azoto tende a formare legami doppi come ad esempio nello ione nitrato.

 

 

                  fosfatoazoto nitrato

 

 

A causa della differenza di elettronegatività il fosforo quest’ultimo tende a presentare preferenzialmente numeri di ossidazione positivi.

Inoltre poiché l’azoto non può espandere il suo ottetto forma con il fluoro il composto NF3 mentre il fosforo, avendo un orbitale d vuoto può espandere il suo guscio di valenza e dare sia PF3 che PF5 o formare lo ione PF6

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