Nel caso dell'azoto e del fosforo, la differenza nei loro stati fisici a temperatura ambiente può essere attribuita alla diversa intensità delle loro forze intermolecolari.
Azoto:
L'azoto esiste come gas a temperatura ambiente a causa delle sue deboli forze intermolecolari. Le molecole di azoto sono composte da due atomi di azoto legati insieme covalentemente. Queste molecole sono non polari, nel senso che non hanno uno squilibrio significativo di carica elettrica. Di conseguenza, le forze intermolecolari tra le molecole di azoto sono deboli forze di van der Waals, che includono le forze di dispersione di London. Queste forze sono relativamente deboli e facilmente superabili a temperatura ambiente, consentendo alle molecole di azoto di muoversi liberamente l’una accanto all’altra e rimanere allo stato gassoso.
Fosforo:
Il fosforo, d'altra parte, esiste come solido a temperatura ambiente a causa delle sue forze intermolecolari più forti. Gli atomi di fosforo possono formare legami covalenti tra loro per creare vari allotropi, tra cui fosforo bianco e fosforo rosso. Questi allotropi hanno strutture e proprietà diverse, ma mostrano tutti forze intermolecolari più forti rispetto all'azoto.
Nel caso del fosforo bianco, le molecole sono costituite da quattro atomi di fosforo disposti in forma tetraedrica. La struttura tetraedrica crea polarità nella molecola, risultando in interazioni dipolo-dipolo. Le forze dipolo-dipolo sono più forti delle forze di van der Waals e richiedono più energia per essere superate. Inoltre, il fosforo bianco presenta anche un certo grado di legami idrogeno, che rafforzano ulteriormente le forze intermolecolari all’interno del solido.
Il fosforo rosso, un altro allotropo del fosforo, ha una struttura polimerica con anelli increspati di atomi di fosforo. I legami covalenti all'interno di questi anelli creano una struttura rigida e stabile, portando a forze intermolecolari ancora più forti. La maggiore intensità di queste forze richiede una temperatura più elevata per superarle, motivo per cui il fosforo rosso rimane solido a temperatura ambiente.
In sintesi, la differenza nelle forze intermolecolari tra azoto e fosforo determina i loro diversi stati fisici a temperatura ambiente. Le deboli forze di van der Waals dell'azoto gli consentono di rimanere allo stato gassoso, mentre le interazioni dipolo-dipolo più forti del fosforo e i legami idrogeno nel fosforo bianco e la struttura polimerica nel fosforo rosso lo fanno esistere come solido.
