Nitruro di fosforo
| Nitruro di fosforo | |
|---|---|
 | |
  | |
| Nome IUPAC | |
| Azanilidinfosfano[1][2] | |
| Nomi alternativi | |
| Mononitruro di fosforo Nitrilofosfina | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | PN |
| Massa molecolare (u) | 44.98[3] |
| Aspetto | Polimero incolore. |
| Numero CAS | Immagine_3D |
| PubChem | 117441 |
| SMILES | N#P |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol−1) | 104.78[4] |
| S0m(J·K−1mol−1) | 211.14[4] |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Frasi H | --- [5] |
| Consigli P | ---[5] |
Il nitruro di fosforo o nitruro di fosforo(III) è un composto inorganico binario di fosforo e azoto, la cui formula molecolare è PN[6][7] ed è il più semplice dei nitruri di fosforo. La struttura di Lewis per una molecola come questa prevede un triplo legame tra P e N e una coppia solitaria su ciscuno di essi (:P≡N:). La molecola è pertanto isoelettronica di valenza con N2 e P2, ma anche con CO, SiO, NO+ e CN−; in essa il fosforo è allo stato di ossidazione +3.[8]
È stato il primo composto del fosforo ad essere stato scoperto nel mezzo interstellare.[9] Questa molecola è stata inoltre rivelata nelle atmosfere di Giove e Saturno.[10][11]
Proprietà e struttura
Data la differenza di elettronegatività (Δχ = 0,9) tra i due elementi, il legame è di tipo covalente polare, con l'atomo N parzialmente negativo e quello di fosforo parzialmente positivo e quindi con una percentuale di carattere ionico nel legame covalente. Questo comporta per la molecola (simmetria C∞v) un momento di dipolo che risulta essere molto alto, μ = 2,751 D (1,86 D per H2O).[12] La lunghezza del legame P-N nella molecola è 149,1 pm e corrisponde al valore calcolato per un triplo legame tra P e N (150 pm).[13]
Questa molecola è di per sé molto poco stabile termodinamicamente, la sua formazione dagli elementi è alquanto endotermica: ΔHƒ° = +104,78 kJ/mol.[14] Oltre questo, è estremamente instabile cineticamente in quanto in condizioni ambiente tende a polimerizzare velocemente e per questo il nitruro di fosforo si presenta in forma di polimeri (-PN-)x, che risultano incolori. La forma polimera è probabilmente costituita da lunghe catene, i cui orientamenti spaziali non si conoscono. Sono noti anche polimeri contenenti un eccesso di azoto, di colori che vanno da giallo a marrone, con formule minime intermedie tra PN e P3N5.[15]
La forma monomera esiste in quantità macroscopiche solo a temperature elevate oppure in forma gassosa molto diluita, dispersa in matrici di argon o kripton a bassisima temperatura, nelle quali è stata trovata intorno a 10 K (−263,1 °C).[16]
Sintesi, esperimenti e teoria
Per la sua energia di dissociazione bassa (rispetto a N2) il nitruro di fosforo reagisce più facilmente con altre molecole.
Il pentanitruro di trifosforo si decompone intorno a 800 °C in PN ed N2.[13][8]
![{\displaystyle {\mathrm {P} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}3\,\mathrm {PN} }}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/5324a942353cffd022f3a898f5e2c3af14ac1165.svg)
Il monomero PN è metastabile e può subire una disproporzione in P2 e N2:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {PN} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {P} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}196\,\mathrm {kJ} }}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/466572cf918eb67e377bedac84c1290c148c3435.svg)
Diverse reazioni sono state condotte in laboratorio tra cui riportiamo le due seguenti:[17][18]
![{\displaystyle {\mathrm {P} \,{\cdot }\,{}+{}\,{\cdot }\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {PN} }}](./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/45bd0e8e6b353ea7470c46847d09480dd39221c9.svg)
Inoltre, recentemente è stato condotto un ampio studio di riferimento sulle proprietà strutturali, elettroniche e spettrali secondo calcoli quantomeccanici ai livelli HF, DFT ed anche CCSD.[19]
Note
- ↑ (EN) Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). 6ed, Cambridge (UK), RSC/IUPAC (2005). ISBN 0-85404-438-8. Versione elettronica.
- ↑ (EN) PubChem Compound, Phosphorous nitride - Compound Summary, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov, National Center for Biotechnology Information, 8 Agosto 2005. URL consultato il 3 Marzo 2020.
- ↑ (EN) IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights., Atomic weights of the elements 2017, su Queen Mary University of London.
- 1 2 (EN) Chase, M.W., Jr., NIST-JANAF Themochemical Tables 4°ed, in J. Phys. Chem. Ref. Data, Monografie 9, 1998, pp. 1-1951.
- 1 2 (IT) Questa sostanza non è stata ancora classificata in termini di pericolosità o una fonte attendibile e stimabile non esiste.
- ↑ (EN) PubChem, Phosphorous nitride, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 10 gennaio 2026.
- ↑ (EN) Nitrilophosphine, su www.chemspider.com. URL consultato il 19 luglio 2026.
- 1 2 Nils Wiberg, Egon Wiberg e Arnold Frederik Holleman, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2017, p. 930, ISBN 978-3-11-026932-1.
- ↑ (EN) Turner B. E.; John Bally, Detection of interstellar PN - The first identified phosphorus compound in the interstellar medium, in Astrophys. J., vol. 321, n. 1, 1987, pp. L75-L79, Bibcode:1987ApJ...321L..75T, DOI:10.1086/185009.
- ↑ (EN) Viana Rommel B.; Priscila S.S. Pereira, A quantum chemical study on the formation of phosphorus mononitride, in Chem. Phys., vol. 363, n. 1-3, 2009, pp. 46-58, Bibcode:2009CP....363...49V, DOI:10.1016/j.chemphys.2009.07.008.
- ↑ Yuk L Yung e William B DeMore, Origins, Oxford University Press, 11 marzo 1999, DOI:10.1093/oso/9780195105018.003.0007, ISBN 978-0-19-510501-8. URL consultato il 20 luglio 2026.
- ↑ Experimental data for PN (Phosphorus mononitride), su Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase. URL consultato il 20 luglio 2026.
- 1 2 (EN) A. F. Holleman E. Wiberg, Inorganic Chemistry, a cura di N. Wiberg, traduzione di M. Eagleson e W. Brewer, San Diego/Berlino, Academic Press/De Gruyter, 2001, ISBN 0-12-352651-5.
- ↑ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato il 20 luglio 2026.
- ↑ (DE) Meyer, R.J., Phosphor: Teil C. Die Verbindungen des Phosphors, in Gmelin Handbook of Inorganic and Organometallic Chemistry, 8ª ed., Berlin, Heidelberg, Springer, 2013, ISBN 9783662115510.
- ↑ Robert M. Atkins e Peter L. Timms, The matrix infrared spectrum of PN and SiS, in Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy, vol. 33, n. 9, 1º gennaio 1977, pp. 853–857, DOI:10.1016/0584-8539(77)80083-4. URL consultato il 20 luglio 2026.
- ↑ (EN) Henshaw, T.L.; MacDonald, M.A.; Stedman, D.H.; Coombe, R.D., The P(4Su) + N3(2πg) reaction: Chemical generation of a new metastable state of PN, in J. Phys. Chem., vol. 91, n. 11, 1987, pp. 2838-2842, DOI:10.1021/j100295a037.
- ↑ (EN) Clyne, Michael A. A.; Ono, Yoko, Kinetic studies of ground-state phosphorus atom, in J. Chem. Soc., vol. 78, n. 8, 1982, pp. 1149-1164, DOI:10.1039/F29827801149.
- ↑ (EN) Kupka, Teobald; Leszczyńska, Małgorzata; Ejsmont, Krzysztof; Mnich, Adrianna; Broda, Małgorzata; Thangavel, Karthick; Kaminský, Jakub, Phosphorus mononitride: A difficult case for theory, in Int. J. Quantum Chem., vol. 119, n. 24, 2019, DOI:10.1002/qua.26032.
Voci correlate
- Pentanitruro di trifosforo
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