Структура и физические свойства

Азот (в отличие от кислорода) не имеет аллотропных форм, ибо слишком прочна тройная связь в N₂. Из-за жесткости этой связи частицы N₂ слабо поляризуются. Как следствие:

– незначительна растворимость азота (как и Н₂) и в неполярных жидкостях, и в воде (около 15 мл N₂ в 1 л Н₂О при об.у., что в два раза меньше чем в случае О₂);

– очень низки его т.пл. (–210 ⁰С) и т.кип. (–196 ⁰С), поэтому N₂ широко используется в качестве эффективного и дешевого охладителя;

– азот не имеет цвета, запаха, вкуса, и в других отношениях биологически достаточно пассивен.

Это отражено и в его названии, которое несет смысл: «не поддерживающий жизни»[21]. (Ибо при исследовании свойств азота выяснилось, что в его атмосфере животные быстро погибают).

В отличие от азота фосфор, каждый атом которого образует по три -связи с соседними, имеет больше вариантов их объединения между собой, поэтому дает несколько аллотропных форм. Из них на практике чаще всего используются т.н. белый фосфор и красный (рис. 3).

Однако в тетраэдрах p-орбитали расположены друг к другу под углом 60⁰, что значительно отличается от естественного угла между ними (90⁰). Поэтому связи напряжены и со временем одна из них в каждой молекуле разрывается.

Благодаря появляющимся при этом неспаренным электронам (на p-орбиталях) тетраэдры связываются друг с другом. (Теперь они уже искажены, ибо в них углы между p-орбиталями гораздо ближе к 90⁰, а значит, состояние фосфора становится более устойчивым). Так получаются цепи Р_n (из искаженных тетраэдров – см. рис. 3 б), т.е. формируется волокнистая структура – это красный фосфор (порошок фиолетово-кирпичного цвета).

По описанному механизму Р₄ при хранении без доступа воздуха при об.у. медленно переходит в Р_n, быстрее при нагревании (но не выше 240 ⁰С). Обратный переход (красного фосфора в белый) осуществляется выше 240 ⁰С, но тоже в отсутствии О₂.

Частицы Р_n значительно превосходят молекулы Р₄ по числу атомов и, как следствие, по величине М_r. Потому и свойства этих аллотропных форм резко различаются. Так, белый фосфор (в отличие от красного) летуч, имеет запах (чесночный), растворим в неполярных жидкостях. Его т.пл. (44, 8 ⁰С) намного ниже, чем у красного (600 ⁰С). И если Р_n биологически достаточно пассивен, то Р₄ – ядовит, а также вызывает долго не заживающие ожоги при попадании на кожу.