Общая характеристика p-элементов 5 группы

В главную подгруппу V-ой группы входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. Азот, фосфор и мышьяк являются неметаллами, сурьма и висмут – металлы. Согласно строению внешнего электронного слоя атомов  это типичные р-элементы:

N [He]2s²2p³,

P [Ne]3s²3p³3d⁰,

As [Ar]3d¹⁰4s²4p³4d⁰,

Sb [Kr]4d¹⁰5s²5p³5d⁰,

Bi [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p³6d⁰.

Полными электронными аналогами являются As, Sb и Bi  их атомы имеют одинаковую электронную конфигурацию внешнего n слоя и предыдущей (n-1)d оболочки. Однако потенциалы ионизации I₅ столь велики, что простые ионы Э⁵⁺ для всех элементов главной подгруппы V-ой группы не существуют. Поэтому химические свойства Р, As, Sb и Bi определяются только строением внешнего электронного слоя. Три неспаренных электрона в основном и пять  в валентно-возбуждённом состояниях позволяют этим элементам проявлять валентности III и V. Благодаря ns²-электронной паре и вакантному nd-подуровню валентность элементов может быть также IV и VI. У сурьмы и висмута в комплексных соединениях в виду больших размеров их атомов валентность может достигать VII и VIII, например, во фторидных комплексах K₂[SbF₇] и K₃[BiF₈].

Из-за отсутствия d-подуровня атом азота не может иметь возбуждённого состояния с пятью неспаренными электронами, поэтому его валентность в соединениях не превышает IV. Химические свойства азота очень сильно отличаются от свойств других элементов группы. Его малые по размеру валентные s- и p-орбитали способны образовывать гибридные sp³-, sp²- и sp-орбитали с высокой электронной плотностью. При этом, незадействованные в гибридизации р-орбитали, как и в случае атома углерода, могут участвовать в создании прочных -связей с атомами лёгких элементов (B, C, O, N), т.е. двойных и тройных связей. В ряде соединений -связи упрочняются за счёт почти полного перехода одного из s-электронов атома азота на соседний атом. Такое состояние азота с четырьмя неспаренными электронами можно обозначить как N⁺. Азот N⁺ способен образовывать четыре двухэлектронные связи по обменному механизму с атомами O, C и N, например, в НNO₃, HN₃, HCNO и др., где степень окисления азота формально +5. Соединения азота(+5) отличаются по химическим свойствам от аналогичных соединений фосфора и мышьяка.

Высокие значения электроотрицательности элементов (табл.1) позволяют объяснить отрицательные степени окисления в соединениях с более электроположительными элементами, и положительные степени окисления в соединениях с более электроотрицательными элементами:

N 3, 2,1, 0, +1, +2, +3, +4, +5;

P 3, 2, 0, +1, +3, (+4), +5;

As 3, 0, +3, +5;

Sb, Bi 3, 0, +3, (+4), +5.

Устойчивость соединений в низших степенях окисления падает в группе от азота к висмуту, а устойчивость соединений в степени окисления +5 уменьшается при переходе от фосфора, как к азоту, так и к висмуту. Соединения азота(+5) и висмута(+5)  сильные окислители.

Т а б л и ц а 1: Некоторые свойства р-элементов V группы

Свойство	N	P	As	Sb	Bi
Атомный радиус, нм	0,074	0,110	0,121	0,140	0,146
Ионный радиус Э3–, нм	0,146	0,184	0,198	0,221
Потенциал ионизации I1, эВ	14,58	10,49	9,82	8,64	12,25
Сродство к электрону, эВ	–0,20	0,80	1,07	0,94	0,95
Электроотрицательность (по Полингу)	3,07	2,06	2,20	1,82	1,67
Температура плавления, 0С	–210	44,2 белый	815	630,5	271
Температура кипения, 0С	–195,8	281	613	1637	1560
Плотность, г/см3	0,879 жидк.	1,82 белый	5,72	6,69	9,79
Содержание в земной коре, масс.%	0,023	0,04	1,0∙10–4	510–6	510–6
Массовые числа природных изотопов	14,15	32,33,34,35	74,76,77,78,80,82	120,122, 123,124 125,126, 128,130	208,209, 210

АЗОТ

Основная масса азота в природе находится в земной атмосфере (78 об.%) в виде простого вещества N₂ . В связанном виде азот входит в состав белков всех растительных и животных организмов. Редко встречаются минералы азота: чилийская селитра  NaNO₃ и индийская селитра  KNO₃, которые имеют биогенное происхождение.

Простое вещество  азот (диазот) N₂, бесцветный газ (t_кип=195,8⁰С, t_пл.=210⁰С), без запаха и вкуса, малорастворимый в воде (23 мл в 1 л холодной воды). Молекула азота двухатомная. Кратность связи в молекуле N₂ равна . Энтальпия тройной связи составляет 940,5 кДж/моль. Это одна из самых прочных молекул. Жидкий и твёрдый азот также построен из молекул N₂, связанных силами Ван-дер-Ваальса.

Прочность и неполярность молекулы N₂, близость энтальпии ионизации молекулы (1402 кДж/моль) к энтальпии ионизации аргона объясняют её химическую инертность по отношению к многим веществам. В обычных условиях азот используют для создания инертной атмосферы вместо более дорогих благородных газов. Азот проявляет очень слабые восстановительные и окислительные свойства (энергия сродства к электрону 3,6 эВ). При комнатной температуре он реагирует только с литием. В случае инициирования реакций нагреванием, электрическим разрядом или ионизирующими излучениями, а также в присутствии катализаторов, азот взаимодействует с сильными окислителями и восстановителями:

N₂ + O₂  2NO (в электрическом разряде),

N₂ + 6Li  2Li₃N (при обычной температуре),

N₂ + 2Ti  2TiN (при t=1200⁰С),

N₂ + 3H₂ 2NH₃ (при 400500⁰С, катализатор).

Соединения азота в отрицательных степенях окисления. Основными соединениями азота, в которых он проявляет отрицательные степени окисления, являются

3 2 1