Nitrogéncsoport

(15. csoportbeli elemek szócikkből átirányítva)
A nitrogéncsoport elemei

A periódusos rendszer V. oszlopának csoportját, a nitrogéncsoportot a nitrogén, foszfor, arzén, antimon és bizmut alkotja. A csoport fizikai és kémiai sajátságai az atomsúly növekedésével fokozatosan változik.

Fizikai tulajdonságaikSzerkesztés

Közönséges körülmények között csak a sorozat első tagja gáz alakú, a többi szilárd halmazállapotú. A sűrűség, az olvadáspont és a forráspont az atomsúly növekedésével fokozatosan emelkedik. A sorozat legutolsó tagja a bizmut, melynek olvadáspontja nem illik bele a sorba. A csoport elemei a nemfémestől a fémesig változnak. A foszfor három (fehér, vörös és fémes), az arzén kettő (sárga és szürke) allotróp módosulattal rendelkezik. Az elemek oxidációs száma -3 és +5 között változhat.

ElőfordulásSzerkesztés

Kémiai tulajdonságaikSzerkesztés

A kémiai sajátosságok közül a negatív jellem az atomsúly növekedésével egyre kevésbé határozott. A nitrogén és a foszfor még határozottan negatív jellemű, az arzén és az antimon tipikus félfém, az utolsó tag, a bizmut pedig már csaknem minden tekintetben fémként viselkedik. Ennek megfelelően hidrogénvegyületeik állandósága is az említett sorrendben csökken. A fokozatos átmenet az elemek külsején is jól észlelhető: míg a nitrogén és a foszfor tipikusan nemfémes külsejű, az arzénnek és az antimonnak már fémfényű módosulatai is ismeretesek, amelynek a hőt és az elektromosságot is jól vezetik, de nem nyújthatók, a bizmutnak pedig már csak fémes módosulata van. Mindegyik elem inkább kovalens vegyületeket alkot. A nitrogén atomos állapotban igen reakcióképes, a kétatomos molekula azonban rendkívül stabil. A foszfor módosulatai aktivitásukban is eltérnek, a finom eloszlású fehér foszfor szobahőmérsékleten meg is gyulladhat, a vörös foszfor inaktívabb, csak 400°C-on gyullad meg. A nitrogénnek és a foszfornak létezik összetett kationja (NH4+ és PH4+), a többi elemnek nincs ilyen kationja. Sokkal gyakoribbak az összetett anionok (NO3-, PO43-, stb.)

HidridekSzerkesztés

  • Hidrogénvegyületeik képlete valamennyi esetben XH3. E vegyületek állandósága a nitrogéntől a bizmutig csökken.
  • NH3 ammónia, PH3 foszfin, AsH3 arzin, SbH3 sztibin, BiH3 bizmutin
  • Haber-Bosch-eljárás: nagy nyomáson és magas hőmérsékleten katalizátor jelenlétében ammónia keletkezik. N2 + 3H2 ->[{450°C}][{Fe}] 2NH3
  • NH4Cl + NaOH -> NaCl + H2O + NH3
  • Marsh-próba: Sb és As kimutatására szolgál. Zn, HCl-es közegben való redukáláskor AsH3 és SbH3 gázok keletkeznek, amik magas hőmérsékleten bomlanak, és üvegen tükörszerű fémréteget képeznek.

HalogenidekSzerkesztés

  • Halogénekkel közvetlenül reagálnak.
  • EX3 összetételú halogenidje mindegyik elemnek van, EX5 csak a foszforra és az antimonra jellemző (kivéve PI5).
  • A PCl3 és a PCl5 jó klórozószerek. RCOOH + PCl5 -> RCOCl + POCl3 + HCl
  • A PI3 erős redukálószer, jódozásra használják.
  • A SbF5 egy Lewis-sav, HF-dal szupersavat képez, ami a szénhidrogének protonálására is képes. HF + SbF5 -> H[SbF6]

SzerkezetükSzerkesztés

A csoport elemei a nemfémektől a félfémeken át a valódi fémekig terjedő széles skálát futnak be, analóg vegyületeik mégis nagy hasonlóságot mutatnak, ami külső elektronhéjuk hasonló elrendeződésével függ össze. A külső elektronhéjon öt elektron foglal helyet, s így ezek az elemek külső héjukat három elektron felvételével nemesgáz-konfigurációra egészíthetik ki, ezért három vegyértékkel szerepelnek.