Часть II.
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Раздел 10. ПОДГРУППА
АЗОТА
§ 10.1. Общая характеристика
подгруппы азота
Подгруппу азота составляют пять
элементов: азот, фосфор, стибій, мышьяк и висмут. Это р-элементы V группы
периодической системы Д. И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне их
атомы имеют по пять электронов ns2 nр3 (п. 2, табл. 10.1). Поэтому высший
степень окисления этих элементов равна +5, самый низкий -3, характерен также
+3.
Таблица
10.1. Свойства элементов подгруппы азота
|
Свойства
|
N
|
Г
|
As
|
Sb
|
Ви
|
|
1.
Порядковый номер
|
7
|
15
|
33
|
51
|
83
|
|
2.
Валентные электроны
|
2s22p3
|
3s23p3
|
4s24p3
|
5s25p3
|
6s26p3
|
|
3.
Энергия ионизации атома, эв
|
14,5
|
10,5
|
9,8
|
8,6
|
7,3
|
|
4.
Относительная негативность электро
|
3,07
|
2,1
|
2,2
|
1,82
|
1,67
|
|
5.
Степень окисления в соединениях
|
+5,+4,
+3,+2, +1,-3, -2,-1
|
+5,+4,
+3,+ 1, -3,-2
|
+5,+3,
-3
|
+5,+3,
-3
|
+5,+3,
-3
|
|
6. Радиус
атома, нм
|
0,071
|
0,13
|
0,15
|
0,16
|
0,18
|
На примере азота и фосфора
рассмотрим валентные состояния элементов. Электронное строение внешних энергетических
уровней их атомов такая:
У атома азота три неспаренных
электроны. Поэтому валентность азота равна трем. Поскольку азот не имеет
на внешнем уровне d-подуровня,
то его электроны розпаровуватись не могут. Однако атом азота может отдать
с 2s-подуровня
один электрон другом електронегативному атома, тогда он вступит заряда (N) и будет иметь четыре неспаренных
электроны, то есть станет четырехвалентен. Это осуществляется, например, в нитратной
кислоте HNO3, где
нитроген четырехвалентное. П'ятивалентним нитроген быть не может (см. § 3.10).
У атомов фосфора и последующих
элементов подгруппы есть свободные орбитали наd-подуровне, а потому, переходя в возбужденное
состояние, будут розпаровуватися 3s-электроны
(указано стрелкой).
Таким образом, в невозбужденном состоянии
все элементы подгруппы азота имеют валентность три, в возбужденном - все, кроме
азота, имеют валентность пять.
С гідрогеном элементы подгруппы азота
образуют соединения типа RH3. Молекулы
RH3 имеют
пирамидальную форму (см. рис. 3.4). В этих соединениях связи элементов с
гідрогеном значительно прочнее, чем в соответствующих соединениях элементов подгруппы
кислорода и особенно подгруппы галогенов. Поэтому водородные соединения элементов подгруппы
азота в водных растворах не образуют ионов водорода.
С оксигеном элементы подгруппы
азота образуют оксиды общей формулы R2O3 и R2O5. Оксидам соответствуют кислоты HRO2 и HRO3 (и ортокислоти H3РО4, кроме азота). В пределах подгруппы
характер оксидов изменяется так: N2O3 - кислотный оксид; Р4О6 - слабкокислотний оксид; AS2O3 - амфотерный оксид с преобладанием
кислотных свойств; SbВ3
- амфотерный оксид с преобладанием основных свойств; Вl2О3 - основной оксид.
Итак, кислотные свойства оксидов состава R2O3 и R2O5 уменьшаются с ростом
порядкового номера элемента (п.1, табл. 10.1).
Как видно из п.З и 6 табл. 10.1, в
подгруппе с ростом порядкового номера неметаллические свойства ослабевают, а металлические
усиливаются. Этим объясняется уменьшение прочности водородных соединений RH3 от NH3 к ВiН3, а также уменьшение
прочности кислородсодержащих соединений в обратном порядке.
Очень разные свойства первого и
последнего элементов подгруппы: азот - неметал (х = 3,07), висмут - металл (х
= 1,67). Однако, как свидетельствуют данные табл. 10.1, переход от первого до последнего
осуществляется закономерно с ростом заряда ядра атома и порядкового номера
элемента.