ingenieria quimica

Tema 5

Elementos del Grupo 15

Bibliografía recomendada: Housecroft, C.E. y Sharpe, A.G. “Inorganic Chemistry” 2.ed. Pearson Higher
Education. Harlow, 2005 . Traducida: “Química Inorgánica”. 2.ed. Pearson–Prentice Hall. 2006.

1. Introducción
 Los elementos de este grupo presentan la configuración electrónica externa ns2p1+1+1.
 La ausencia de orbitales “d” en el nitrógeno junto conel pequeño tamaño de este
elemento determina un comportamiento de este elemento diferente al resto del grupo
(como sucede con F y O). Así es el único capaz de saturar su valencia formando una
molécula diatómica con triple enlace entre sus átomos.

N≡N

 A medida que descendemos en el grupo aumenta el carácter metálico y la estabilidad
de los estados de oxidación más bajos:
No metales: N,P
Semimetales:As
Metales: Sb, Bi
 El Bi es un metal y su estado de oxidación más estable es el +3. Esto es lo que se
conoce como efecto del par inerte.
 En los elementos restantes, la falta de estabilidad de los enlaces p-p, es lo que
determina la preferencia a saturar sus tres valencias mediante la formación de sistemas
poliatómicos. Esto junto con el aumento del carácter metálico aldescender en el grupo
hace que todos los demás elementos presenten dos variedades alotrópicas, a
excepción del Bi que sólo se presenta en una forma metálica.

2. Alotropía

P (gas)
‐1700ºC
Calentando a baja presión

P2 (gas)
‐900ºC

Reversible a baja presión

P4(gas)
calentando

‐76,9ºC

enfriando

α‐blanco
(cúbico)

β‐blanco
(hexagonal)

300ºC
o  hv

p.f.44,1ºCP4 (líquido)
200ºC/12Kbar

P
P

p.f.‐600ºC
Calor a 125ºC

500 ºC

P rojo

P4 blanco

P

Rojo 
(amorfo)

P

P
P

P

P negro

P

P

96
º
102º

P

P

P
P

P

P

200º/12Kbar
P

Negro 
(amorfo)
200ºC /15Kbar

cristalizando

Hittorf
Calentar 
a 540ºC Rojo 

a.
e
bl ic
ta ám
es in
as mod
m er
T

romboédrico

Calentar
a 500ºCRojo
triclínico

Negro
ortorrómbico
Reversible a 
50‐10 Kbar
Reversible a 
Negro 
Negro cúbico 110 Kbar

tetragonal

Calentar
A 600ºC

Rojo
cúbico

(1kbar = 987.2 atm)

‐76,9ºC

enfriando

P4
calentando

α‐blanco
cúbico

β‐blanco
hexagonal

•

Cristaliza en el sistema cúbico y tiene aspecto ceroso. Tanto en fase sólida como en
líquida la molécula es tetraédrica.•

Muy inestable debido a la tensión angular de su estructura. Cada átomo de P esta
unido a otros 3 átomos (P4)
Ángulos de 60º. Por lo que es muy reactivo y toxico.

•

•
•

Es insoluble en agua y muy soluble en CS2. De hecho se guarda en agua, ya que:
Arde de manera espontánea cuando se expone al aire:
P4(s) + 5 O2(g)  P4O10(s)

Rojo 
tetragonal

P4 liquido
•

300ºC o hvp.f.600ºC

Rojo 
amorfo

Rojo triclínico
Rojo cúbico

P rojo amorfo. Es polimérico. Menos reactivo que el blanco (60º →101º)

FOSFORO VIOLETA
Un caso curioso, aunque no muy importante es el P de Hittorf (violeta)
Estructura consistente en grupos de P8 y P9 unidos
alternativamente por pares de átomos de P
para formar tubos pentagonales

200ºC/12Kbar

α blanco

200ºC /15KbarNegro
ortorrómbico

Negro amorfo

Reversible a
50‐10Kbar

Reversible  a
~110 Kbar

Negro 
romboédrico

Negro
cúbico

200ºC/12Kbar

•

Termodinámicamente, el más estable, pero el mas difícil de conseguir. Más
polimérico. Semiconductor.

•

Ortorrómbico

96
º
102º

•

Romboédrico

•

Cúbico

213pm

Enfriando 
rápidamente

As4(gas)
Enfriando lentamente

γ‐As

Q o 
hv

α‐ As

β‐ As

.
•

•

El As4 y Sb4 amarillos son aun más inestables. Sólo se conservan
a baja temperatura y se transforman fácilmente en las variedades
metálicas más estables: As amarillo [hu]  As gris.
Las formas alotrópicas gris del As, Sb y del Bi son parecidas al al
fósforo negro romboédrico. Se puede observar un creciente
carácter metálico y...