ЭЛЕМЕНТЫ ГРУППЫ VА - ГРУППА АЗОТА

Изучив содержание главы 20, студенты должны:

знат

  • • положение азота и фосфора в таблице Менделеева, нахождение в природе и практическое применение;
  • • строение атомов, валентность, степени окисления азота и фосфора;
  • • способы получения и свойства простых веществ — азота и красного и белого фосфора;
  • • основные типы соединений азота и фосфора;
  • • особенности элементов подгруппы мышьяка;

уметь

  • • составлять уравнения реакций получения азота и красного и белого фосфора и реакций, характеризующих химические свойства этих веществ;
  • • проводить сопоставление свойств элементов в группе азота;
  • • характеризовать практически важные соединения азота и фосфора;
  • • проводить расчеты по уравнениям реакций, в которых участвуют азот и фосфор;

владеть

• навыками прогнозирования протекания реакций с участием азота, фосфора и их соединений.

Строение атомов. Распространенность в природе

Группа УА таблицы Менделеева состоит из пяти элементов с нечетными атомными номерами: азот N. фосфор Р, мышьяк Аб, сурьма БЬ и висмут В1 (табл. 20.1). Фосфор, мышьяк и висмут имеют по одному устойчивому изотопу. Висмут является последним устойчивым элементом в таблице Менделеева. У азота два изотопа, причем составляет 99,63% и лишь 0,37% — изотоп У N. Сурьма представлена приблизительно поровну двумя устойчивыми изотопами ,||5Ь (57,3%) и (42,7%).

Таблица 20.1

Характеристика элементов группы УА

Свойство

Элемент

N

Р

А.8

БЬ

В1

Порядковый номер

7

15

33

51

83

Радиус г атома (ковалентный), нм

70

110

121

141

152

Содержание в земной коре со, %

2.5-10 3

0,1

1.5• 10"4

2 10 5

4.8• 10-6

Окончание табл. 20.1

Свойство

Элемент

N

Р

А*

БЬ

В1

Содержание в орга-

2,6*

1,1*

2,6• 105

4,1 Ю"4

3,3• 1 о-7

низме человека <о, % Электроотрицатель-

3,0

2,3

2,2

2,1

2,0

ность, х

Тип структуры прос-

Молеку-

Молекуляр-

Ковалент-

Метал-

Метал-

того вещества

лярная

ная и кова-

ная и моле-

лическая

лическая

лентная

кулярная

* Биогенный элемент.

Азот можно считать наиболее легко доступным химическим элементом после кислорода, так как он составляет более 3/4 массы земной атмосферы. Но в земной коре его содержание во много раз меньше, чем содержание кислорода. Фосфор по распространенности несколько превосходит серу. Как азот, так и фосфор являются биогенными элементами, и их значение в химической технологии связано прежде всего с биогенностью. Ежегодно производятся сотни миллионов тонн азотных и фосфорных удобрений для сельскохозяйственных растений. Соответственно, как азот, так и фосфор являются составляющими продукции сельского хозяйства и пищевой промышленности.

Открытие азота официально приписывается Д. Резерфорду (1772) в период быстрого развития пневматической химии. Почти одновременно с ним азот получили Г. Кавендиш, Д. Пристли и К. Шееле. Фосфор открыл гамбургский алхимик-любитель X. Бранд в 1669 г. В последующие годы секрет получения фосфора разгадали и другие химики.

Оставшиеся три элемента группы — мышьяк, сурьму и висмут — рассматривают в качестве подгруппы мышьяка. Эти элементы несколько более распространены в природе, чем находящиеся справа от них элементы подгруппы селена. Мышьяк описывается в трудах Альберта Великого (1250). Его элементарная природа установлена Г. Брандтом (1733). Металлическая сурьма известна с третьего тысячелетия до нашей эры. Висмут упоминается в работах Василия Валентина (1450). Его принимали за разновидность свинца. Латинское название ему дал Г. Агрикола в 1530 г.

В подгруппе мышьяка заметно усиливается металличность по сравнению с подгруппой селена. По химическим свойствам мышьяк можно отнести к неметаллам, но в виде простого вещества он обладает высокой электрической проводимостью, превышающей проводимость следующих элементов группы — сурьмы и висмута. Все три элемента применяются главным образом как добавки в сплавы различного назначения. Мышьяк применяется также в полупроводниковой технике, так как некоторые его соединения с металлами оказываются полупроводниками.

Внешние энергетические уровни атомов группы УА далеки от максимальной заселенности электронами. На внешнем р-подуровне все их электроны неспаренные:

Электронные формулы атомов:

Очевидно, что в основном состоянии элементы группы азота трехвалентны. У всех элементов группы, кроме азота, на внешнем уровне имеется незаполненный ^/-подуровень. В возбужденном состоянии эти элементы становятся пятивалентными. Особенно устойчиво пятивалентное состояние у фосфора. Из электронных формул очевидно, что элементы подгруппы мышьяка имеют 18-электронную подоболочку, подобно элементам подгруппы селена. Этим обусловлен характер изменения свойств и значительное различие между элементами подгрупп (в данном случае подгруппы мышьяка) и элементами 2-го и 3-го периодов — азотом и фосфором.

Элементы группы азота менее электроотрицательны, чем халькогены и галогены. Но азот с относительной электроотрицательностью х = 3,0 все же стоит на третьем месте после фтора и кислорода. Электроотрицательность фосфора значительно ниже (х = 2,3) и лишь незначительно превышает электроотрицательность водорода.

Табличное значение элсктроотрицательности хлора такое же, как и азота. Однако из рассмотрения реакции

можно заключить, что х(М) > х(С1). При этом условии на азоте имеется отрицательный заряд (-5), и при гидролизе с ним соединяется водород с положительным зарядом. Атом хлора с зарядом +6 соединяется с гидроксогруппой.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >