O principal fator que determina se um elemento existe como gás, líquido ou sólido à temperatura ambiente são suas forças intermoleculares. As forças intermoleculares são as forças atrativas ou repulsivas que atuam entre moléculas ou átomos. A intensidade e o tipo dessas forças influenciam o estado físico de um elemento.
No caso do nitrogênio e do fósforo, a diferença em seus estados físicos à temperatura ambiente pode ser atribuída às diferentes intensidades de suas forças intermoleculares.
Azoto:
O nitrogênio existe como gás à temperatura ambiente devido às suas fracas forças intermoleculares. As moléculas de nitrogênio são compostas por dois átomos de nitrogênio ligados covalentemente. Essas moléculas são apolares, o que significa que não apresentam um desequilíbrio significativo de carga elétrica. Como resultado, as forças intermoleculares entre as moléculas de nitrogênio são forças fracas de van der Waals, que incluem as forças de dispersão de London. Essas forças são relativamente fracas e facilmente superadas à temperatura ambiente, permitindo que as moléculas de nitrogênio se movam livremente umas sobre as outras e permaneçam no estado gasoso.
Fósforo:
O fósforo, por outro lado, existe como sólido à temperatura ambiente devido às suas forças intermoleculares mais fortes. Os átomos de fósforo podem formar ligações covalentes entre si para criar vários alótropos, incluindo fósforo branco e fósforo vermelho. Esses alótropos têm estruturas e propriedades diferentes, mas todos exibem forças intermoleculares mais fortes em comparação com o nitrogênio.
No caso do fósforo branco, as moléculas consistem em quatro átomos de fósforo dispostos em forma tetraédrica. A estrutura tetraédrica cria polaridade na molécula, resultando em interações dipolo-dipolo. As forças dipolo-dipolo são mais fortes que as forças de van der Waals, exigindo mais energia para serem superadas. Além disso, o fósforo branco também apresenta algum grau de ligação de hidrogénio, o que fortalece ainda mais as forças intermoleculares dentro do sólido.
O fósforo vermelho, outro alótropo do fósforo, tem uma estrutura polimérica com anéis enrugados de átomos de fósforo. As ligações covalentes dentro destes anéis criam uma estrutura rígida e estável, levando a forças intermoleculares ainda mais fortes. O aumento da intensidade dessas forças requer uma temperatura mais elevada para superá-las, razão pela qual o fósforo vermelho permanece sólido à temperatura ambiente.
Em resumo, a diferença nas forças intermoleculares entre o nitrogênio e o fósforo resulta em seus diferentes estados físicos à temperatura ambiente. As fracas forças de van der Waals do nitrogênio permitem que ele permaneça em um estado gasoso, enquanto as interações dipolo-dipolo mais fortes do fósforo e as ligações de hidrogênio no fósforo branco e a estrutura polimérica no fósforo vermelho fazem com que ele exista como um sólido.
