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Elemento Nitrógeno Fósforo

Símbolo N P

Número atómico 7 15

AbundanciaC.Terrestre (ppm) 25 1000Agua mar (ppm)Atmosfera (ppm)

0,2780900

0,032

Configuración electrónica [He]2s22p3 [Ne]2s22p3

Radio atómico (pm) 71 Blanco: 93Rojo: 15

Temperatura de fusión (K) 63,29 Blanco: 317,3Rojo: 683 (A P)

Temperatura de ebullición (K) 77,4 553

electronegatividad 3,04 2,19g , ,

Estados de oxidación -3, -2, -1, 0, +1, +2,+3, +4, +5

Energía de ionización (KJ/mol)I1

I2

I3

I4

I5

1402,32856,14578,07474,99440,0

1011,71903,2291249566273

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a) A partir del aire: por una simple eliminación del oxígeno.

Ej: En el laboratorio se hace pasar una corriente de airesobre cobre calentado al rojo, el cual se apodera deloxígeno para formar óxido cúprico sólido, CuO.

Si se quema fósforo en una campana invertida sobre agua,se forma un sólido pentóxido de fósforo P O que sese forma un sólido, pentóxido de fósforo, P2O5, que sedisuelve en agua, y queda un residuo que en su mayorparte es nitrógeno.

b) A ti d t id ió d lb) A partir de sus compuestos: por oxidación delamoníaco, para lo cual se hace pasar este gas sobre óxidode cobre al rojo.

2NH3 + 3CuO 3H2O + N2 + 3Cu

Por descomposición del nitrito amónico (NH4NO2).Este compuesto es muy inestable y se descomponeá ófácilmente en agua y nitrógeno. Cuando se calienta

suavemente una disolución que contiene una mezcla decloruro de amonio y nitrito sódico, se desprende nitrógeno.

NO2- + NH4

+ 2H2O + N2

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Primeramente se obtuvo calentando orina con sal común y tratando el producto resultante con álcalis. El gas así obtenido se denomino espirita volátil.

El amoníaco se produce en la naturaleza por la acción de lasbacterias de la putrefacción y de formación de amoníaco sobre lamateria orgánica del suelo. Por este motivo se percibe olor aate a o gá ca de sue o o este ot o se pe c be o o aamoníaco en establos y corrales, donde esta acción tiene lugar.

a)Método de laboratorio: el amoníaco se obtiene generalmente enel laboratorio calentando una sal amónica con cal apagada o conhidróxido sódico sólido.

NH4+ + OH- NH3 + H2O

Para obtener una corriente de amoníaco se hace gotear unadisolución concentrada de amoníaco sobre hidróxido sódicodisolución concentrada de amoníaco sobre hidróxido sódicosólido. El amoníaco puede recolectarse por desplazamientodel aire en un frasco invertido.

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a) Amoníaco sintético: el amoníaco se obtiene por unióndirecta de nitrógeno e hidrógeno, según el proceso Haber:

N2 + 3H2 2NH3

b) Amoníaco como subproducto en la fabricación del coque y elgas de alumbrado.

c) Proceso de la cianamidaCaO + 3C CaC2 + CO

CaC2 + N2 Ca(CN)2 + CCa(CN)2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3

•Es un gas incoloro, picante, que se percibe y reconoce fácilmentepor su olor familiar.

•Es el único gas líquido común que es básico, y se disuelve confacilidad en agua.

•El nombre más exacto de la solución es “amoniaco acuoso”,pero se le suele describir como “hidróxido de amonio”.

•El amoníaco es un gas reactivo que arde en el aire si se enciendeg qpara dar agua y nitrógeno gaseoso.

•Actúa como un agente reductor en sus reacciones con el cloro.

•Reacciona con los ácidos en solución para dar su ácidoconjugado, el ión amonio.

•Reacciona en fase gaseosa con el cloruro de hidrógeno y formahumos blancos de cloruro de amonio.

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Las sales amónicas se preparan de dos maneras, por unión directadel amoníaco gaseoso con los ácidos, y por la reacción de éstoscon el hidróxido amónico.

Cuando se calientan, muchas sales de amoníaco se descomponenen el ácido y en amoníaco, siendo la reacción reversible.

No obstante las sales amónicas de ácidos oxidantes, tales como elnitrito, nitrato y dicromato, no dan amoníaco al calentarlas sinonitrógeno, y a veces óxidos de nitrógeno, por oxidación delamoníaco.

Nitrógeno

N2 forma elemental, energía de enlace similar al CO (945 kJ mol‐1), bastante inerte, cuestiones termodinámicas (todos los óxidos ΔG0 positivos) ytermodinámicas (todos los óxidos ΔG f positivos) y cinéticas (reacción lenta).

½ N2(g) + 3/2 H2(g)  ==  NH3(g) ΔG0f = ‐16,48 kJmol‐1

K = 7,7 x 102

Reacción exotérmica disminuye K con aumento de TReacción exotérmica, disminuye K con aumento de T.

La síntesis de NH3 se resuelve trabajando a altas T y Ptotal que no cambia K pero hay más porcentaje de conversión.

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NHNH3 3 gas incoloro, olor irritante, se condensa gas incoloro, olor irritante, se condensa en líquido, Ten líquido, Teb eb normalmente alta por enlace normalmente alta por enlace puente hidrógeno.puente hidrógeno.

Disuelve sales, pero menos que el agua, Disuelve sales, pero menos que el agua, soluciones conductoras. Analogía con soluciones conductoras. Analogía con comportamiento anfótero.comportamiento anfótero.pp

Metales alcalinos, soluciones azul profundo.Metales alcalinos, soluciones azul profundo.

N2O: gas incoloro, el menos reactivo, anestésico, isoelectrónico con CO2.

NH4NO3 N2O + H2O

NO: gas incoloroNO + NO + 3 H SO == 2 NO+ + 3 HSO ‐ + H O+NO + NO2 + 3 H2SO4 == 2 NO+ + 3 HSO4 + H3O+

también se lo aísla en redes iónicas (HSO4‐, ClO4

‐ y BF4‐).2 NO + O2 == 2 NO2

N2O3: sólido azul a bajas temperaturas, en forma líquida o gaseosa:q g

N2O3(g) == NO(g) + NO2(g)

La mezcla en soluciones de álcalis da NO2‐.

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NO2 y N2O4: gases en equilibrio mutuo:

N2O4 (incoloro) == 2 NO2 (pardo)

N2O5:4 HNO3(g) + P4O5(s) 4 HPO3(s) + 2 N2O5(g)

Se descompone a velocidad moderada:N O 2 NO + ½ O ΔG0 = -12 4 kJ/molN2O5(g) 2 NO2(g) + ½ O2 ΔG0 = -12,4 kJ/mol

En fase gaseosa N2O5, en fase sólida NO2+ y

NO3-.

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OxidosOxidos

Todos los óxidos de +1 a +5 están bienTodos los óxidos de +1 a +5 están bienTodos los óxidos de +1 a +5 están bien Todos los óxidos de +1 a +5 están bien caracterizados.caracterizados.

Oxiácidos

HNO3: soluciones concentradas agente oxidante fuerte:

8H+ + 2 NO3‐ + 3 Cu  3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O

10 H+ + NO3‐ + 4 Zn  4 Zn2+ + NH4

+ + 3 H2O

en soluciones mas diluidas (> 2 M) menor fuerza oxidante, reacciona el protón para dar H2.

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HNO2: acidificación de NO2-, ácido débil

HNO2(ac) == H+(ac) + NO2

- K = 7,1 x 10-4

fase gaseosa

2 HNO2(g) == NO(g) + NO2(g) + H2O(g) K = 0,59

Sales inestablesSales inestables

3 HNO2(ac) H+ + NO3- + H2O(l)

Medio ácido

Medio básico

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Medio ácido

Medio básico

Nitruros

N2 reacciona directamente con algunos metales (Li3N, Mg3N2). A temperaturas altas con B, Al, Si y metales de transición.t a s c ó .

Iónicos: Li, metales alcalino térreos, Zn y Cd

Li3N + 3 H2O  3 Li+ + 3 OH‐ + NH3

Covalentes: elementos grupos 13, 14 y 15 (Ej. BN, Si3N4P N )y P3N4)

Intersticiales: metales de transición finamente divididos (W2N, TiN, Mo2N) muy duros, puntos de fusión altos, conductores eléctricos, no estequiométricos y químicamente inertes., 

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Haluros y oxihalurosNF3: gas inerte, geometría similar a NH3, no es base de Lewis.

N2F2: isomería cis‐trans, hibridación sp2.

N2F4: parcialmente disociado en NF2FNNF == 2 NF2 ΔH0 = 93,3 kJ/mol

También NCl3.Oxihaluros: a) haluros de nitrosilo (XNO, F‐, Br‐ y Cl‐bien conocidos); b) XNO2 solo F‐ y Cl‐.

El trióxido de dinitrógeno, N203, se forma como un líquido azul

3) Trióxido de dinitrógeno, N2O3

El trióxido de dinitrógeno, N203, se forma como un líquido azulcuando se enfría a - 20°C una mezcla equimolecular de óxidonítrico y dióxido de nitrógeno:

NO(g) + NO2(g) N2O3(l)

El compuesto es inestable a temperatura ambiente y sedescompone en NO y NO2. Ambos, NO y NO2, son moléculasimpares; el N 0 se forma por apareamiento de electrones yimpares; el N203 se forma por apareamiento de electrones, yse cree que la molécula del N2O3 contienen un enlace N-N. Eltrióxido de dinitrógeno es el anhídrido del ácido nitroso, HN02,y se disuelve en soluciones acuosas alcalinas para producir elión nitrito, NO2

-.

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El trióxido de dinitrógeno, N203, se forma como un líquido azul

3) Trióxido de dinitrógeno, N2O3

El trióxido de dinitrógeno, N203, se forma como un líquido azulcuando se enfría a - 20°C una mezcla equimolecular de óxidonítrico y dióxido de nitrógeno:

NO(g) + NO2(g) N2O3(l)

El compuesto es inestable a temperatura ambiente y sedescompone en NO y NO2. Ambos, NO y NO2, son moléculasimpares; el N 0 se forma por apareamiento de electrones yimpares; el N203 se forma por apareamiento de electrones, yse cree que la molécula del N2O3 contienen un enlace N-N. Eltrióxido de dinitrógeno es el anhídrido del ácido nitroso, HN02,y se disuelve en soluciones acuosas alcalinas para producir elión nitrito, NO2

-.

El dióxido de nitrógeno, N02, y tetróxido de dinitrógeno, N204,

4) Dióxido de nitrógeno, NO2 y tetróxido de dinitrógeno, N2O4

g , 2, y g , 2 4,existen en equilibrio:

2 NO2 N2O4

El dióxido de nitrógeno consiste en moléculas impares; esparamagnético y de color café. El dímero, en el cual loselectrones están apareados, es diamagnético e incoloro. En elestado sólido el óxido es incoloro y consiste en N 0 puro Elestado sólido, el óxido es incoloro y consiste en N204 puro. Ellíquido es amarillo y consiste en una solución diluida de NO2en N204. A medida que se aumenta la temperatura, el gascontiene más y más N02 y se vuelve más y más color caféoscuro. A 135°C, aproximadamente el 99% de la mezcla esNO2.

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Las moléculas del dióxido de nitrógeno son angulares:

4) Dióxido de nitrógeno, NO2 y tetróxido de dinitrógeno, N2O4

Las moléculas del dióxido de nitrógeno son angulares:

Se cree que la estructura del N2O4 es plana, con dos unidadesdel NO2 unidas por un enlace N-N

•N

OO

•N

OO

NOO

NOO

El pentóxido de dinítrógeno N O es el anhídrido ácido del

5) Pentóxido de dinitrógeno, N2O5

El pentóxido de dinítrógeno N2O5, es el anhídrido ácido delácido nítrico; puede prepararse N2O5 de este ácido pordeshidratación, utilizando óxido de fósforo (V):

El compuesto es un material cristalino incoloro, que se sublimaa 32.5°C. El vapor consiste en moléculas de N2O5, las cualesse cree que son planas con los dos átomos de nitrógeno

4HNO3(g) + P4O10(s) 4HPO3(s) + 2N2O5(g)N

O

OON

O

O

unidos a través de un átomo de oxígeno (O2NONO2).

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1) Ácido nitroso, HNO2

El ácido nitroso es un ácido débil e inestable excepto en soluciónEl ácido nitroso es un ácido débil e inestable, excepto en solución.

El compuesto es inestable hacia la desproporción, particularmente cuando se calienta:

3HNO2 H+ + NO3- + 2NO + H2O

Se prepara mezclando un nitrito metálico con una solución de ácido diluido a 0 ºC en una reacción de doble desplazamiento.

Ba(NO2)2 + H2SO4 2HNO2 + BaSO4

También se pueden preparar adicionando una mezcla equimolar de NO y NO2 al agua

NO + NO2 + H2O 2HNO2

2) Ácido nítrico, HNO3

El ácido nítrico puro es incoloro que hierve a 83 ºCEl ácido nítrico puro es incoloro que hierve a 83 C.

Es un agente oxidante muy fuerte y por tanto es un peligro potencial en presencia de cualquier material oxidable.

NaNO3 + H2SO4 HNO3 + NaHSO4

Se prepara en el laboratorio calentando nitrato de sodio con ácido sulfúrico concentrado:

En las oxidaciones con ácido nítrico, casi nunca se obtienehidrógeno; por el contrario, se producen varios compuestos quecontienen nitrógeno, en los cuales, el nitrógeno se encuentra enestado de oxidación más bajo.

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2) Ácido nítrico, HNO3

La primera síntesis industrial de ácido nítricoLa primera síntesis industrial de ácido nítricoconsistía en la combinación de dinitrógeno,dioxígeno y agua utilizando un horno de arcoeléctrico.

1/2N2 + 5/4O2 + 1/2H2O Δ HNO3

Proceso Ostwald para la síntesis de ácido nítrico. Este proceso consume gran parte del amoníaco que se produce en el proceso HaberHaber.

1. Se hace pasar una corriente de amoníaco y dioxígeno sobre una malla de platino metálico

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

2. Se agrega más oxígeno para oxidar el monóxido de nitrógeno a dióxido de nitrógeno.

2NO + O 2NO2NO + O2 2NO2

3. El dióxido de nitrógeno se mezcla con agua para dar una solución de ácido nítrico:

3NO2 + H2O HNO3 + NO

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En este grupo, el del Nitrógeno, coexisten dos elementos no metálicosmuy diferentes: el reactivo fósforo P4 frente al inerte N2. La diferencia dereactividad está relacionada con las muy diferentes energías de enlacereactividad está relacionada con las muy diferentes energías de enlace.

Energías de enlace (kJmol-1)N≡N : 942P≡P : 481N=N : 418P=P : 310N-N : 158P-P : 200

La energía de enlace triple N º N es aproximadamente 6 veces mayor quela del enlace sencillo, mientras que para el fósforo apenas si llega a ser2.5 veces superior. Esta diferencia es relevante en relación con el númeroy tipo de compuestos con enlaces P-P que se forman. Por ello, lay tipo de compuestos con enlaces P P que se forman. Por ello, lacatenación vuelve a ser más importante para el elemento del tercerperíodo, P, que para el del segundo, N, al igual que ocurría en el grupo 16.Mientras el N no presenta ningún alótropo, el P presenta variosNPForma enlaces pπ-pπ fuertesNo forma enlaces pπ-pπNo expande suoctetoSi que expande su octetoEnlace pπ-dπ es raroFormafrecuentemente enlaces pπ-dπ débiles o moderado

Los principales minerales que lo contienen son los apatitos: éstos tienen unacomposición intermedia entre el Ca4(PO4)2X2 y el Ca5(PO4)3X, donde X= F, Cl,p 4( 4)2 2 y 5( 4)3 , , ,OH, 1/2CO3 [fluoro, cloro, hidroxo, carbonatoapatitos).

El fósforo es un componente esencial de los huesos y dientes de losanimales. Los huesos están formados en su mayoría por fosfato de calcioCa3(PO4)2.

Su nombre deriva de las palabras griegas phos (luz) y phorus (portador); elfósforo es el portador de luz.

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Los más conocidos son el fósforo blanco (también conocido como fósforo amarillo); el otro común es el fósforo rojo

El fósforo blanco

•Es una sustancia blanca y muy tóxica.

•Es una molécula tetraatómica con los átomos de fósforo en losvértices de un tetraedro.

•Es una sustancia muy reactiva.

•Arde de manera vigorosa en el aire para dar decaóxido detetrafósforo.

•El nombre fósforo proviene del resplandor fosforescente queemite el fósforo blanco cuando se expone al aire en la oscuridad.

•Por ser tan reactivo al oxígeno, se guarda sumergido en agua.

El fósforo blanco

El fósforo rojo

•Es un polímero con enlaces menos tensionados que los delalótropo blanco

g , g g g

•Aunque es insoluble en disolventes que forman puentes dehidrógeno, como el agua, el fósforo blanco es muy soluble endisolventes orgánicos no polares como el disulfuro de carbono.

alótropo blanco

•Es estable al aire y solo reacciona con el dioxígeno del aire porencima de los 400 ºC.

•Su punto de fusión es de alrededor de 600 ºC.

•Es insoluble en todos los solventes.

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Por ser un elemento muy reactivo es preciso recurrir a métodos extremos para extraerlo de sus compuestos.

En este proceso electrotérmico el horno se llena con una mezcla de fosfatode calcio, silice y coque, y se aplica una corriente de unos 180000 A entrelos electrodos.

2Ca3(PO4)2 + 10CO CaO + 10CO2 + P4

CO2 + C 2COCaO + SiO2 CaSiO32 3

2CO + O2 2CO2

Los dos óxidos importantes del fósforo contienen fósforo en los estados de oxidación 3+ (P4O6) y 5+ (P4O10).

El óxido de fósforo (III) P4O6 se llama frecuentemente trióxido de fósforo.Es una sustancia incolora que funde a 23,9 ºC y es el producto principalcuando el fósforo blanco se quema en cantidad limitada de aire.

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Los dos óxidos importantes del fósforo contienen fósforo en los estados de oxidación 3+ (P4O6) y 5+ (P4O10).

El óxido de fósforo (V) P O se llama frecuentemente pentóxido deEl óxido de fósforo (V) P4O10 se llama frecuentemente pentóxido defósforo. Es una polvo blanco que sublima a 360 ºC. Tiene una gran afinidadpor el agua y es muy eficaz como agente secante.Se obtiene por combustión del fósforo blanco en exceso de oxígeno.

1. Ácido ortofosfórico (ácido fosfórico)

Se obtiene a partir del fosfato cálcico, por tratamiento con ácidoSe obtiene a partir del fosfato cálcico, por tratamiento con ácidosulfúrico:

Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 2 H3PO4 + 3 CaSO4

Debido a las impurezas del mineral, el fosfórico obtenido es bastanteimpuro. El sulfato cálcico generado puede constituir un problema yaque su producción excede el consumo y terminan generándoseinmensos depósitos del mismo.

Método alternativo para obtenerlo con una mayor pureza:

P4 P4O10 H3PO4

P4 + O2 P4O10

P4O10 + 6 H2O 4 H3PO4

H2Oaire

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Características del Ácido ortofosfórico (ácido fosfórico)

El ácido puro es un sólido cristalino Es muy estable y no manifiestaEl ácido puro es un sólido cristalino. Es muy estable y no manifiestapropiedades oxidantes.

Es fuertemente higroscópico y muy soluble en agua (se disuelve enagua sin gran desprendimiento de calor). Las fuertes interacciones porpuente de hidrógeno dan a sus disoluciones un aspecto siruposo(aceitoso).

En disolución acuosa el H3PO4 se comporta como un ácido3 4moderadamente fuerte en la disociación del primer protón. Lassiguientes constantes son menores.

H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4- pK1=2.15

H2PO4- + H2O H3O+ + HPO4

2- pK2=7.20

HPO42- + H2O H3O+ + PO4

3- pK3=12.3

2. Ácidos fosfóricos condensadosPresentan más de un átomo de fósforo por molécula. Los ácidospolifosfóricos siguen la formula general Hn+2PnO3n+1 donde n= 2 a 10.

Presentan más de un átomo de fósforo por molécula. Los ácidosmetafosfóricos siguen la formula general HnPnO3n donde n= 3 a 7.

Pueden obtenerse mediante la adición controlada de agua al P4O10.

3. Ácidos metafosfóricos condensados

g 4 10

P4O10 + 4H2O 2H4P2O7 (ácido difosfórico)

P4O10 + 2H2O 2H4P4O7 (ácido tetrametafosfórico)

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4. Ácido ortofosforoso (ácido fosforoso)

Según la nomenclatura IUPAC se nombra como ácido fosfónico y susSegún la nomenclatura IUPAC se nombra como ácido fosfónico y sussales como fosfonatos. Como el fosfórico es un sólido blanco(P.f.=70.1 ºC). Es un ácido débil diprótico.

Se obtiene por hidrólisis de PCl3 o P4O6.

PCl3 + 2H2O 3HCl + HPO(OH)2

P4O6 + 6H2O 4HPO(OH)2P4O6 6H2O 4HPO(OH)2

El fósforo forma una serie de hidruros de fórmula general PnHn+2 de los cuales sólo la fosfina PH3 es estable.

Fosfina

La diferencia entre el N y P se refleja en las propiedades de sushidruros más sencillos: el amoníaco y la fosfina. Todos estamosfamiliarizados con el amoníaco y reconocemos su característico olorpicante, el de la fosfina recuerda al del pescado podrido. La fosfina esun gas extremadamente venenoso.

Los dos hidruros, NH3 y PH3, mantienen una cierta analogía estructural(el ángulo H–E-H es menor en la fosfina) pero difieren en cuanto a suspropiedades. El enlace P–H es apolar debido a que P y H tienen lamisma electronegatividad. A pesar que el amoníaco presenta unosenlaces de hidrógeno bastante débiles ayudan a que sea 2500 vecesmás soluble en agua que la fosfina.

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Obtención de Fosfina

Hidrólisis del fosfuro cálcicoHidrólisis del fosfuro cálcicoCa3P2 + 6H2O 2PH3 + 3Ca(OH)2

Reducción con hidrurosPCl3 + 3LiH PH3 + 3LiCl

Hidrólisis alcalina de P4P4 + 3KOH + 3H2O PH3 + 3KH2PO2

En la síntesis se puede producir trazas de P2H4, análogo a la hidracina.