De belangrijkste factor die bepaalt of een element bij kamertemperatuur als gas, vloeistof of vaste stof bestaat, zijn de intermoleculaire krachten. Intermoleculaire krachten zijn de aantrekkende of afstotende krachten die tussen moleculen of atomen werken. De sterkte en het type van deze krachten beïnvloeden de fysieke toestand van een element.

In het geval van stikstof en fosfor kan het verschil in hun fysieke toestand bij kamertemperatuur worden toegeschreven aan de verschillende sterkten van hun intermoleculaire krachten.

Stikstof:

Stikstof bestaat als gas bij kamertemperatuur vanwege de zwakke intermoleculaire krachten. Stikstofmoleculen zijn samengesteld uit twee stikstofatomen die covalent aan elkaar zijn gebonden. Deze moleculen zijn niet-polair, wat betekent dat ze geen significante onbalans in de elektrische lading hebben. Als gevolg hiervan zijn de intermoleculaire krachten tussen stikstofmoleculen zwakke van der Waals-krachten, waaronder de Londense dispersiekrachten. Deze krachten zijn relatief zwak en gemakkelijk te overwinnen bij kamertemperatuur, waardoor stikstofmoleculen vrij langs elkaar kunnen bewegen en in een gasvormige toestand kunnen blijven.

Fosfor:

Fosfor daarentegen bestaat als een vaste stof bij kamertemperatuur vanwege zijn sterkere intermoleculaire krachten. Fosforatomen kunnen covalente bindingen met elkaar vormen om verschillende allotropen te creëren, waaronder witte fosfor en rode fosfor. Deze allotropen hebben verschillende structuren en eigenschappen, maar ze vertonen allemaal sterkere intermoleculaire krachten vergeleken met stikstof.

In het geval van witte fosfor bestaan ​​de moleculen uit vier fosforatomen die in een tetraëdrische vorm zijn gerangschikt. De tetraëdrische structuur creëert polariteit in het molecuul, wat resulteert in dipool-dipoolinteracties. Dipool-dipoolkrachten zijn sterker dan van der Waals-krachten en vereisen meer energie om te overwinnen. Bovendien vertoont witte fosfor ook een zekere mate van waterstofbinding, wat de intermoleculaire krachten in de vaste stof verder versterkt.

Rode fosfor, een andere allotroop van fosfor, heeft een polymere structuur met gebobbelde ringen van fosforatomen. De covalente bindingen binnen deze ringen creëren een stijve en stabiele structuur, wat leidt tot nog sterkere intermoleculaire krachten. De grotere sterkte van deze krachten vereist een hogere temperatuur om ze te overwinnen. Daarom blijft rode fosfor vast bij kamertemperatuur.

Samenvattend resulteert het verschil in intermoleculaire krachten tussen stikstof en fosfor in hun verschillende fysieke toestanden bij kamertemperatuur. De zwakke van der Waals-krachten van stikstof zorgen ervoor dat het in een gasvormige toestand kan blijven, terwijl de sterkere dipool-dipoolinteracties van fosfor en de waterstofbinding in witte fosfor en de polymere structuur in rode fosfor ervoor zorgen dat het als een vaste stof bestaat.