Загальна характеристика підгрупи нітрогену – ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 10. ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

§ 10.1. Загальна характеристика підгрупи нітрогену

Підгрупу нітрогену складають п’ять елементів: нітроген, фосфор, стибій, арсен і бісмут. Це р-елементи V групи періодичної системи Д. І. Менделєєва. На зовнішньому енергетичному рівні їх атоми мають по п’ять електронів – ns2 nр3 (п. 2, табл. 10.1). Тому найвищий ступінь окиснення цих елементів дорівнює +5, найнижчий -3, характерний також +3.

Таблиця 10.1. Властивості

елементів підгрупи азоту

Властивості

N

Р

As

Sb

Ві

1. Порядковий номер

7

15

33

51

83

2. Валентні електрони

2s22p3

3s23p3

4s24p3

5s25p3

6s26p3

3. Енергія іонізації атома, еВ

14,5

10,5

9,8

8,6

7,3

4.

Відносна електро негативність

3,07

2,1

2,2

1,82

1,67

5. Ступінь окиснення у сполуках

+5,+4, +3,+2, +1,-3, -2,-1

+5,+4, +3,+ 1, -3,-2

+5,+3,

-3

+5,+3,

-3

+5,+3,

-3

6. Радіус атома, нм

0,071

0,13

0,15

0,16

0,18

На прикладі нітрогену і фосфору розглянемо валентні стани елементів. Електронна будова зовнішніх енергетичних рівнів їх атомів така:

 Загальна характеристика підгрупи нітрогену   ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

У атома нітрогену є три неспарених електрони. Тому валентність нітрогену дорівнює трьом. Оскільки нітроген не має на зовнішньому рівні d-підрівня, то його електрони розпаровуватись не можуть. Однак атом нітрогену може віддати із 2s-підрівня один електрон іншому електронегативному атому, тоді він набуде заряду (N) і матиме чотири неспарених електрони, тобто стане чотиривалентним. Це здійснюється, наприклад, в нітратній кислоті HNO3, де нітроген чотиривалентний. П’ятивалентним нітроген бути не може (див. § 3.10).

У атомів фосфору і наступних елементів підгрупи є вільні орбіталі на Зd-підрівні, а тому, переходячи у збуджений стан, будуть розпаровуватися 3s-електрони (вказано стрілкою).

Таким чином, у незбудженому стані всі елементи підгрупи нітрогену мають валентність три, у збудженому – всі, крім нітрогену, мають валентність п’ять.

З гідрогеном елементи підгрупи нітрогену утворюють сполуки типу RH3. Молекули RH3 мають пірамідальну форму (див. рис. 3.4). У цих сполуках зв’язки елементів з гідрогеном значно міцніші, ніж у відповідних сполуках елементів підгрупи оксигену і особливо підгрупи галогенів. Тому водневі сполуки елементів підгрупи нітрогену у водних розчинах не утворюють іонів гідрогену.

З оксигеном елементи підгрупи нітрогену утворюють оксиди загальної формули R2O3 і R2O5. Оксидам відповідають кислоти HRO2 та HRO3 (і ортокислоти H3RO4, крім нітрогену). В межах підгрупи характер оксидів змінюється так: N2O3 – кислотний оксид; Р4О6 – слабкокислотний оксид; AS2O3 – амфотерний оксид з переважанням кислотних властивостей; SbО3 – амфотерний оксид з переважанням основних властивостей; Вl2О3 – основний оксид. Отже, кислотні властивості оксидів складу R2O3 та R2O5 зменшуються зі зростанням порядкового номера елемента (п.1, табл. 10.1).

Як видно з п. З і 6 табл. 10.1, у підгрупі зі зростанням порядкового номера неметалічні властивості слабшають, а металічні посилюються. Цим пояснюється зменшення міцності водневих сполук RH3 від NH3 до ВiН3, а також зменшення міцності кисневмісних сполук у зворотному порядку.

Дуже різні властивості першого та останнього елементів підгрупи: нітроген – неметал (х = 3,07), бісмут – метал (х = 1,67). Проте, як свідчать дані табл. 10.1, перехід від першого до останнього здійснюється закономірно зі зростанням заряду ядра атома і порядкового номера елемента.




Загальна характеристика підгрупи нітрогену – ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ