15. група хемијских елемената
15. група хемијских елемената или пниктоген[1] је једна од 18 група у периодном систему елемената. Ова група је такође позната и као породица азота. Састоји се од елемената азот (N), фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb), бизмут (Bi) и можда хемијски некарактерисани синтетички елемент московијум (Mc). У овој групи се налазе два неметала два металоида и два слабa метала. Сви елементи ове групе се јављају у природи сем унунпентијума који је вештачки добијен. У овој групи сви елементи су у чврстом агрегатном стању. Атомске масе ових елемената крећу се између 14,01 и 288. Ова група носи називе: азотова група хемијских елемената и VА група хемијских елемената.
| Пниктогени | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
| ↓ Периода | |||||||||||
| 2 |  7 Других неметала | ||||||||||
| 3 |  15 Других неметала | ||||||||||
| 4 |  33 Металоид | ||||||||||
| 5 |  51 Металоид | ||||||||||
| 6 |  83 Других метала | ||||||||||
| 7 | Московијум (Mc) 115 други метал | ||||||||||
|
Легенда
| |||||||||||
| Група | 15 |
| Периода | |
| 2 | 7 N |
| 3 | 15 P |
| 4 | 33 As |
| 5 | 51 Sb |
| 6 | 83 Bi |
| 7 | 115 Uup |
У савременој IUPAC нотацији назива се Група 15. У CAS и старом IUPAC систему то је називано Група VA, односно Група VB (изговара се „група пет А“ и „група пет Б“, „V“ за римски број 5).[2] У области физике полупроводника, она се и даље обично назива Група V.[3] „Петица“ („V“) у историјским именима потиче од „пентаваленције“ азота, која се огледа у стехиометрији једињења као што је N2O5. Такође су се звана пентели.
СвојстваУреди
Хемијска својстваУреди
Попут осталих група, и чланови ове групе показују сличности у својствима, попут броја валентних елекрона, што значи да се слично понашају.
| Z | Елемент | Електрона по љусци |
|---|---|---|
| 7 | азот | 2, 5 |
| 15 | фосфор | 2, 8, 5 |
| 33 | арсеник | 2, 8, 18, 5 |
| 51 | антимон | 2, 8, 18, 18, 5 |
| 83 | бизмут | 2, 8, 18, 32, 18, 5 |
| 115 | московијум | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
(предвиђено)
|
Сви елементи имају 5 електрона у валентним љускама: 2 електрона у s подљусци и 3 неспарена електрона у p подљусци. Потребна су им 3 електрона како би достигли правило октета у валентној љусци, те су стога претежно тровалентни. најважнији елементи ове групе су азот (N), који је, као двоатомни молекул, главни састојак ваздуха, и fosfor (P), koji, uz азот, ima ključnu ulogu za sav život na planetu.
ЈедињењаУреди
Једињења елемената азотове групе понекад имају егзотична својства (дијамагнетизам или чак парамагнетизам на собној температури, прозирност, и стварање електричне струје при загрејавању. Једињења облика REaMbPnc; где је RE ретки земни метал (сви лантаноиди, скандијум и итријум); M је елемент угљеникове или борове групе; а Pn је елемент азотне групе осим азота; имају необична везна својства између јонских и ковалентних.[4]
Елементи азотне гупе изузетно су стабилни у једињењима, јер због своје електронске конфигурације, стварају двоструке и троструке ковалентне везе. Управо ово својство заслужно је за њихову потенцијалну токсичност, најочитију у једињењима фосфора, арсена или антимона. Кад њихова једињења реагују с разним једињењима унутар људског тела, стварају се слободни радикали које јетра не може лако да разгради, па се тамо накупљају.
Прва три елемента азотне групе: азот, фосфор, и арсен имају оксидацијски број −3. Антимон и бизмут могу имати оксидацијски број +3 (чиме губе електроне p-подљуске) или +5 (чиме губе електроне p- и s-подљуске).[5]
Елементи азотне групе могу реаговати с водоником, при чему стварају хидриде (попут азотних хидрида одн. амонијака).
Физичка својстваУреди
Азотна група састоји се од два неметала (један гасовити, други чврст), два полуметала, и једног метала. Сви су елементи чврстог агрегатног стања при собној температури осим гасовитог азота. Азот и бизмут, иако су у истој групи, имају изражено различита физичка својства. На собној температури, на пример, азот је прозиран неметални плин, док је бизмут сребрна чврста материја изражених металних својстава.[6]
Густине елемената повећавају се повећањем периоде[6], према табели[7]:
| Елемент | Густина при СТП | Топљење/°C | Врење/°C | Кристална структура |
|---|---|---|---|---|
| Азот | 0,001251 g/cm3 | -210 | -196 | шестоугаона |
| Фосфор | 1,82 g/cm3 | 44 | 280 | кубна |
| Арсен | 5,72 g/cm3 | 603 (сублимира) | Ромбоидни паралелпипед | |
| Антимон | 6,68 g/cm3 | 631 | 1587 | |
| Бизмут | 9.79 g/cm3 | 271 | 1564 | |
ДобијањеУреди
АзотУреди
Азот[8] се добија фракцијском дестилацијом ваздуха.[8]
ФосфорУреди
Фосфор се добија редукцијом фосфата уз присутство угљеника у електролучној пећи.[9]
АрсенУреди
Арсен се добија загревањем минерала арсенопирита уз присутство кисеоника. Ово ствара As4O6, из којег се угљеничном редукцијом добија арсен. Метални арсен је могуће добити и загрејавањем арсенопирита на 650 до 700 °C без кисеоника.[10]
АнтимонУреди
Код сулфидних руда, начин на који се производи антимон зависи од количине антимона у сировој руди. Ако руда садржи 25% до 45% антимона по маси, тада се сирови антимон производи топљењем руде у високој пећи. Ако руда садржи 45% до 60% тежински антимона, антимон се добија загревањем руде, што је такође познато као ликвидација. Руде са више од 60 % мас. антимона хемијски се премештају гвозденим струготинама из растопљене руде, што резултира нечистим металом.
Ако оксидна руда антимона садржи мање од 30 % мас. aнтимона, руда се редукује у високој пећи. Ако руда садржи приближно 50 % мас. aнтимона, руда се уместо тога редукује у ревербераторној пећи.
Руде антимона са мешаним сулфидима и оксидима се топе у високој пећи.[11]
БизмутУреди
Минерали бизмута се јављају у природи, посебно у облику сулфида и оксида, али је економичније произвести бизмут као нуспродукт топљења руда олова или, као у Кини, руда волфрама и цинка.[12]
МосковијумУреди
Може се произвести неколико атома московијума појединачном применом акцелератора честица испаљивањем снопа јона калцијума-48 на америциум док се језгра не стопе.[13]
ПрименаУреди
- Течни азот користи се као криогена течност.[6]
- Азот, главни састојак амонијака, кључан је за живот биљака.[6]
- Фосфор се користи за израду шибица и експлозива.[6]
- Фосфатна ђубрива су кључан део узгоја биљака.[6]
- Арсен се у прошлости користио за израду зелене боје, али открићем његове токсичности, престао се користити за израду боје.[6]
- Арсен се у органским једињењима понекад користи у храни за кокошке.[6]
- Легуре антимона и олова користе се у изради неких метака.[6]
- Prosečni čovek (70 kg) у телу садржи 1,8 kg азота, 480 грама фосфора, 7 mg арсена, 2 mg антимона и мање од 500 микрограма бизмута.[14]
ОтровностУреди
Азот није отрован, али удисање чистог азота узрокује гушење.[15] Мехурићи азота у крви узрокују декомпресијску болест. Многа једињења азота, попут азотног цијанида или разних експлозива веома су опасна.[14]
Бели фосфор, алотропска модификација фосфора, веома је отрован, смртна доза је 1 милиграм по килограму телесне тежине.[6] Бели је фосфор веома запаљив. Нека органска једињења фосфора могу блокирати одређене ензиме људског тела, што може довести до смрти.[14]
Елементарни арсен је отрован, као и многа његова неорганска једињења; међутим, нека органска једињења арсена могу убрзати раст кокошака.[6] Смртна доза арсена за одраслог човека је 200 милиграма.[14]
Антимон је благо токсичан.[15] У већим дозама, антимон узрокује повраћање,[6] након чега се жртва привидно опорави, али умре након пар дана. Антимон се веже на ензиме, и тешко га је уклонити из тела. Стибин, SbH3 је знатно токсичнији од чистог антимона.[14]
Бизмут није токсичан, али превелика конзумација може оштетити јетру.[14] Конзумција топљивих бизмутових соли може зацрнити зубно месо.[6]
РеференцеУреди
- ^ Connelly, NG; Damhus, T, ур. (2005). „section IR-3.5: Elements in the periodic table” (PDF). Nomenclature of Inorganic Chemistry: IUPAC Recommendations 2005. Cambridge, United Kingdom: RSC Publishing. стр. 51. ISBN 978-0-85404-438-2. Архивирано из оригинала (PDF) 19. 04. 2018. г. Приступљено 05. 06. 2021.
- ^ Fluck, E (1988). „New notations in the periodic table” (PDF). Pure and Applied Chemistry. 60 (3): 431—6. S2CID 96704008. doi:10.1351/pac198860030431.
- ^ Adachi, S., ур. (2005). Properties of Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors. Wiley Series in Materials for Electronic & Optoelectronic Applications. 15. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. Bibcode:2005pgii.book.....A. ISBN 978-0470090329.
- ^ "Pnicogen – Molecule of the Month". University of Bristol
- ^ Boudreaux, Kevin A. "Group 5A — The Pnictogens". Department of Chemistry, Angelo State University, Texas
- ^ а б в г д ђ е ж з и ј к л Gray, Theodore (2010). The Elements.
- ^ Jackson, Mark (2001), Periodic Table Advanced, ISBN 1572225424
- ^ а б Sanderson, R. Thomas (1. 2. 2019). „Nitrogen: chemical element”. Encyclopædia Britannica.
- ^ „Phosphorus: chemical element”. Encyclopædia Britannica. 11. 10. 2019.
- ^ "arsenic (As) | chemical element". Encyclopædia Britannica.
- ^ Butterman, C.; Carlin, Jr., J.F. (2003). Mineral Commodity Profiles: Antimony. United States Geological Survey.
- ^ Bell, Terence. „Metal Profile: Bismuth”. About.com. Архивирано из оригинала 5. 7. 2012. г.
- ^ Oganessian, Yu Ts; Utyonkov, V K (9. 3. 2015). „Superheavy Element Research”. Reports on Progress in Physics. 78 (3): 3. PMID 25746203. doi:10.1088/0034-4885/78/3/036301.
- ^ а б в г д ђ Emsley, John (2011), Nature's Building Blocks, ISBN 978-0-19-960563-7
- ^ а б Kean, Sam (2011), The Disappearing Spoon