Γιατί το άζωτο είναι ένα αέριο και το φωσφόρο σε θερμοκρασία δωματίου;

Ο πρωταρχικός παράγοντας που καθορίζει εάν ένα στοιχείο υπάρχει ως αέριο, υγρό ή στερεό σε θερμοκρασία δωματίου είναι οι διαμοριακές δυνάμεις του. Οι ενδομοριακές δυνάμεις είναι οι ελκυστικές ή απωθητικές δυνάμεις που δρουν μεταξύ μορίων ή ατόμων. Η δύναμη και ο τύπος αυτών των δυνάμεων επηρεάζουν τη φυσική κατάσταση ενός στοιχείου.

Στην περίπτωση του αζώτου και του φωσφόρου, η διαφορά στις φυσικές τους καταστάσεις σε θερμοκρασία δωματίου μπορεί να αποδοθεί στα διαφορετικά πλεονεκτήματα των διαμοριακών δυνάμεών τους.

Αζωτο:

Το άζωτο υπάρχει ως αέριο σε θερμοκρασία δωματίου λόγω των αδύναμων διαμοριακών δυνάμεων του. Τα μόρια αζώτου αποτελούνται από δύο άτομα αζώτου που συνδέονται ομοιοπολικά. Αυτά τα μόρια είναι μη πολικά, που σημαίνει ότι δεν έχουν σημαντική ανισορροπία ηλεκτρικού φορτίου. Ως αποτέλεσμα, οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των μορίων αζώτου είναι αδύναμες δυνάμεις van der Waals, οι οποίες περιλαμβάνουν δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Αυτές οι δυνάμεις είναι σχετικά αδύναμες και εύκολα ξεπεραστούν σε θερμοκρασία δωματίου, επιτρέποντας στα μόρια αζώτου να κινούνται ελεύθερα μεταξύ τους και να παραμένουν σε αέρια κατάσταση.

Φώσφορος:

Ο φωσφόρος, από την άλλη πλευρά, υπάρχει ως στερεός σε θερμοκρασία δωματίου λόγω των ισχυρότερων διαμοριακών δυνάμεων του. Τα άτομα φωσφόρου μπορούν να σχηματίσουν ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τους για να δημιουργήσουν διάφορα αλλοτρόπια, συμπεριλαμβανομένου του λευκού φωσφόρου και του κόκκινου φωσφόρου. Αυτοί οι αλλοτροποί έχουν διαφορετικές δομές και ιδιότητες, αλλά όλα παρουσιάζουν ισχυρότερες ενδομοριακές δυνάμεις σε σύγκριση με το άζωτο.

Στην περίπτωση του λευκού φωσφόρου, τα μόρια αποτελούνται από τέσσερα άτομα φωσφόρου διατεταγμένα σε τετραεδρικό σχήμα. Η τετραεδρική δομή δημιουργεί πολικότητα στο μόριο, με αποτέλεσμα τις αλληλεπιδράσεις διπολικής-δίπολης. Οι δυνάμεις διπόλης-διπολικών είναι ισχυρότερες από τις δυνάμεις van der Waals, απαιτώντας περισσότερη ενέργεια για να ξεπεραστεί. Επιπλέον, ο λευκός φωσφόρος παρουσιάζει επίσης κάποιο βαθμό σύνδεσης υδρογόνου, γεγονός που ενισχύει περαιτέρω τις διαμοριακές δυνάμεις μέσα στο στερεό.

Ο κόκκινος φωσφόρος, ένας άλλος αλλοτέρνας του φωσφόρου, έχει πολυμερή δομή με δακτυλίους ατόμων φωσφόρου. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί μέσα σε αυτούς τους δακτυλίους δημιουργούν μια άκαμπτη και σταθερή δομή, οδηγώντας σε ακόμα ισχυρότερες ενδομοριακές δυνάμεις. Η αυξημένη αντοχή αυτών των δυνάμεων απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία για να τους ξεπεράσει, γι 'αυτό και ο κόκκινος φωσφόρος παραμένει σταθερός σε θερμοκρασία δωματίου.

Συνοπτικά, η διαφορά στις διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ αζώτου και φωσφόρου έχει ως αποτέλεσμα τις διαφορετικές φυσικές καταστάσεις τους σε θερμοκρασία δωματίου. Οι αδύναμες δυνάμεις van der waals του αζώτου επιτρέπουν να παραμείνει σε αέρια κατάσταση, ενώ οι ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις διπολικής διπόλης του φωσφόρου και η δέσμευση υδρογόνου σε λευκό φωσφόρο και η πολυμερή δομή στο κόκκινο φωσφόρο προκαλούν την ύπαρξή του ως στερεό.