Principales diferencias entre el nitrgeno y el fsforo

La comparacin entre el nitrgeno y el fsforo es paralela a la que se har entre el oxgeno y el azufre. En general, las diferencias entre el nitrgeno y el fsforo pueden atribuirse a las siguientes caractersticas

Pequeo tamao del nitrgeno

Menor electronegatividad del fsforo (3.1) que la del nitrgeno (2.1).

Presencia de orbitales d de baja energa en la capa de valencia del P

Efecto de la diferencia de tamao entre N y P: alotropa del fsforo

La relacin de tamao entre el fsforo y el nitrgeno es la misma que existe entre el azufre y el oxgeno, dentro del error experimental. As, el fsforo es un 60% mayor que el nitrgeno. En consecuencia, los enlaces triple fsforo-fsforo son ms dbiles que los enlaces triples nitrgeno-nitrgeno, por la misma razn que los enlaces doble S=S son ms dbiles que los enlaces dobles O=O, esto es el tamao del fsforo es demasiado grande para que sus tomos se acerquen lo suficiente para formar enlaces mltiples fuertes. En este sentido, el tomo de nitrgeno completa su octeto compartiendo tres pares de electrones con un tomo vecino. No tiene ms que una forma alotrpica conocida, N2. Debido a que el fsforo no puede formar enlaces mltiple fuertes consigo mismo, el fsforo elemental (fsforo blanco) consiste en molculas tetradricas de composicin P4, en la que cada tomo de fsforo forma un enlace sencillo con tres tomos vecinos, como se muestra en la figura:

Las unidades bsicas estructurales del fsforo blanco son molculas de P4, en las que los enlaces fsforo-fsforo implican el solapamiento de orbitales 3p casi exclusivamente. Este solapamiento, normalmente, conduce a ngulos de 90, pero en el P4, los ngulos de enlace son de 60. Se dice que estos ngulos estn en tensin, y como cabra esperar, las especies con enlaces en tensin son reactivas.

Cuando el fsforo blanco se calienta hasta una temperatura de 300 C, en ausencia de aire, se transforma en el fsforo rojo. Lo que parece suceder es que se rompe un enlace P-P por cada molcula de P4 y los fragmentos resultantes se unen formando largas cadenas:

El fsforo rojo es menos reactivo que el blanco y ambos constituyen las dos formas alotrpicas ms comunes de este elemento. A pesar de que el fsforo blanco es la forma obtenida al condensar el P4(g) y que la transformacin de P blanco en P rojo es un proceso muy lento a la temperatura ambiente, el P rojo es la forma termodinmicamente ms estable a 298.15 K. Al P blanco se le asignan los valores de Hf y Gf de cero mientras que para el P rojo dichos valores son negativos.

El tamao del fsforo tambin interviene en su habilidad para formar enlaces dobles con otros elementos qumicos como el oxgeno, el nitrgeno y el azufre. En este sentido, el fsforo tiende a formar compuestos que contienen dos enlaces sencillos PO mientras que en nitrgeno tiende a formar enlaces dobles N=O. As por ejemplo, el nitrgeno forma el ion nitrato, NO3-, en el que tiene nmero de oxidacin +5.

Ion nitrato:

Cuando el fsforo forma un ion en el mismo estado de oxidacin, el ion fosfato, PO43- presenta la estructura que se muestra en la figura:

Ion fosfato:

De forma anloga en cido ntrico HNO3 contiene un doble enlace N=O mientras que el cido fosfrico, H3PO4, contiene 4 enlaces sencillos P-O.

Efecto de la diferencia de electronegatividad entre el N y el P

La diferencia de electronegatividad entre el N y el P (0.85) es la misma que existe entre el O y el S (0.86), dentro del error experimental. Debido a que el fsforo es menos electronegativo que el N, es ms dado a exhibir estados de oxidacin positivos. Mientras que para el nitrgeno se conocen todos los estados de oxidacin comprendidos entre el 3 y el +5 (tabla 2), los

estados de oxidacin ms frecuentes para el fsforo son el +3 y el +5 (y el negativo 3)

Tabla 2. Estados de oxidacin comunes para el N

Nmero de oxidacin EjemplosNmero de oxidacin Ejemplos

-3NH3, NH4+ +1N2O

-2N2H4+2NO

-1NH2OH+3N2O3, HNO2

-1/3NaAN3+4N2O4, NO2

0N2+5N2O5, HNO3

Efecto de la diferencia en la expansin de la capa de valencia en el fsforo.

La reaccin qumica entre el amoniaco y el flor se detiene en la formacin del compuesto NF3(g) porque el nitrgeno emplea sus orbitales de valencia 2px 2py y 2pz para formar los enlaces con el flor (3 mximo) y completar su octeto. El fsforo, en cambio, tiene orbitales 3d vacos en su capa de valencia que pueden ser empleados para expandir la capa de valencia de este elemento albergando hasta 10 electrones o ms. Cuando el fsforo reacciona con el flor se forman los compuestos PF3 y PF5. Incluso el fsforo puede formar el ion PF6- en el que el tomo central est rodeado de 12 electrones en su capa de valencia.

Facultad de Enologa-Qca Gral e Inorgnica II-Prof. PelegrinaPgina 3