¿Por qué es $\ce{HNO3}$ un agente oxidante más fuerte que $\ce{H3PO4}$ ? $\ce{N}$ y $\ce{P}$ tienen el mismo número de oxidación. ¿Es la diferencia de electronegatividad entre $\ce{N}$ y $\ce{P}$ ?
Permítanme crear primero los antecedentes. Los agentes oxidantes son la sustancia química que ayuda a que otra cosa se oxide y que ella misma se reduzca (reducción de la carga).
$\ce{N}$ en $\ce{HNO3}$ está en el estado de oxidación +5 - ¿cómo lo sabemos? $\ce{H}$ es +1, $\ce{O}$ es -2 y el global $\ce{HNO3}$ tiene una carga neta cero. Lo mismo ocurre con $\ce{H3PO4}$ resultando en un estado de oxidación +5 de $\ce{P}$ .
Que +5 es el estado de oxidación más común para $\ce{N}$ . Si $\ce{N}$ se reduce, por ejemplo, a +4 como en $\ce{NO2}$ o +2 en $\ce{NO}$ se reduce su carga y $\ce{N}$ es por lo tanto un agente oxidante para esa reacción particular
Así que, $\ce{HNO3}$ es un fuerte agente oxidante porque el $\ce{N}$ puede reducirse fácilmente.
Pero $\ce{H3PO4}$ es un pobre agente oxidante. Aquí hay dos razones básicas:
El nitrógeno no posee $d$ -orbitales en la capa de valencia, por lo que su covalencia está limitada a 4. $\ce{N}$ sin embargo, puede alcanzar un estado de oxidación formal de +5 como en el $\ce{NO3-}$ ion. La incapacidad de $\ce{N}$ para desempatar y promover su $2s$ resultados de los electrones en que $\ce{N(+5)}$ es menos estable que $\ce{N(+3)}$ . Sin embargo, $\ce{P(+5)}$ es más estable que $\ce{P(+3)}$ y el ácido fosfórico muestra menos propiedades oxidantes.
La afinidad del fósforo por el oxígeno es mayor que la del nitrógeno; como resultado, el ácido fosfónico ( $\ce{H3PO3}$ ) es un buen agente reductor.
$\ce{H3PO4 + 2H+ + 2e-> H3PO3 + H2O}$ ; $E=-0.276 \ce{V}$
La explicación más sencilla reside en la electronegatividad. El N es más electronegativo que el P. Y una tendencia general es que cuanto más electronegativo es un elemento, más inestable es en estados de oxidación altos. Y como los agentes oxidantes fuertes suelen ser inestables, se puede sospechar que el ácido nítrico es un agente oxidante más fuerte que el ácido fosfórico.
Sin embargo, para responder realmente a su pregunta, habría que considerar la estabilidad relativa del estado oxidado y del estado reducido del agente. Y entonces pueden entrar en juego muchas consideraciones diferentes. Por ejemplo, el ácido nítrico desarrolla gas NO, lo que supone una contribución entrópica que el ácido fosfórico no tiene.
Aunque argumentar con la electronegatividad es sencillo, puede ser útil en muchos casos diferentes. Por ejemplo, los materiales catódicos de alto voltaje para las baterías de iones de litio dependen de metales d electronegativos como el Ni y el Co. Esto se debe a que un buen cátodo de iones de litio debe ser un fuerte oxidante.
En pocas palabras, en la estructura de Lewis del ácido nítrico el átomo de nitrógeno tiene una carga formal de +1 mientras que, en el caso del ácido ortofosfórico, el fósforo no tiene carga formal.
El nitrógeno, al ser un elemento electronegativo, no podría soportar la carga positiva y, por tanto, atrae los electrones de la otra sustancia con la que reacciona.
También hay que tener en cuenta que el nitrógeno del ácido nítrico está hibridado sp2 y el fósforo del ácido ortofosfórico está hibridado sp3, lo que significa que el nitrógeno es más electronegativo (la densidad de carga de atracción de electrones aumenta con la participación de más orbitales s), por lo que, debido a la carga positiva y a la naturaleza híbrida sp2, el HNO3 es un agente oxidante más fuerte que el H3PO4, a pesar de que ambos tienen el mismo número de oxidación. en mi opinión personal, si se dice que el HNO3 es un agente oxidante más fuerte, sólo porque el nitrógeno es más electronegativo que el fósforo, no es una respuesta muy buena, ya que el ácido nitroso (HNO2) no es un agente oxidante más fuerte que el H3PO4, a pesar de que el nitrógeno es más electronegativo que el fósforo; aquí, teniendo en cuenta la estructura de lewis del HNO2, encontramos que el N no tiene carga formal con hibridación sp2, además, muestra un número de oxidación menor que el P del H3PO4. También la presencia de un par solitario de electrones hace que sea una especie de agente reductor (hasta cierto punto) todos estos hechos se extraen para decir que el HNO2 es un agente oxidante más débil que el H3PO4; en pocas palabras, la oxidación y la electro negatividad son propiedades de la masa - uno no puede predecir fácilmente sin dar pensamientos a la masa.
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¿Crees que la electronegatividad del N ayuda? N: 3,04 mientras que P: 2,19.
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Sí, puede ser. Los átomos de N aceptan electrones más fácilmente que los de P, y esto puede afectar a su potencial de reducción. Pero no estoy seguro, la diferencia de electronegatividad no es tan grande como para explicar la enorme diferencia de potenciales de reducción.
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