Глава III. Элементы va группы

1. Общая характеристика элементов va группы

VА группа периодической системы химических элементов (пниктогены, пниктиды) включает в себя неметаллы (азот, фосфор, мышьяк) и металлы (сурьма и висмут).

В данной группе резко изменяются свойства составляющих её элементов: от типичного неметалла до типичного металла. Химия этих элементов очень разнообразна и, учитывая различия в свойствах элементов, при изучении её разбивают на две подгруппы – подгруппу азота и подгруппу мышьяка.

Атомы этих элементов содержат на внешнем энергетическом уровне пять электронов (ns²np³), три из которых не спарены. Поэтому атомы этих элементов в соединениях могут проявлять валентность III. Атомы элементов VА группы (кроме азота) могут переходить в возбужденное состояние и увеличивать число неспаренных электронов до 5 и соответственно в соединениях проявлять высшую валентность, равную номеру группы V.

Атом азота не может переходить в возбужденное состояние, так как на внешней электронной оболочке не имеет свободных атомных орбиталей. Поэтому в соединениях не может проявлять высшую валентность равную номеру группы V. Во многих соединениях азот трехвалентен, максимальная валентность азота в соединениях IV: он образует 3 связи по обменному механизму за счет неспаренных электронов и 1 связь по донорно-акцепторному механизму за счет электронной пары.

Азот в соединениях проявляет степени окисления от –3 до +5. Для остальных элементов данной группы, в основном характерны степени окисления: –3, 0, +1 (для фосфора), +3, +5.

В группе с увеличением порядкового номера сверху вниз окислительные свойства уменьшаются, а восстановительные свойства возрастают в связи с увеличением радиуса атомов. Аналогично уменьшается и значение относительной электроотрицательности атомов элементов (таблица 4).

Как видно из приведенных данных, в ряду N–P–As–Sb–Bi уменьшаются энергии ионизации, увеличиваются размеры атомов и ионов. Это ослабляет неметаллические признаки элементов (окислительную способность) и усиливает металлические признаки (восстановительную способность).

Таблица 4 – Характеристики атомов элементов VA группы

	7N	15|P	33As	51Sb	83Bi
Атомная масса	14,0067	30,9738	74,9216	121,75	208,980
Валентные электроны	2s22p3	3s23p3	4s24p3	5s25p3	6s26p3
Ковалентный радиус атома, Ǻ	0,077	0,110	0121	0,141	–
Металлический радиус атома, Ǻ	0,071	0,13	0,148	0,161	0,182
Условный радиус иона, Э3–, нм	0,148	0,186	0,192	0,208	0,213
Условный радиус иона Э+5, нм	0,015	0.035	0,047	0,062	0,074
Энергия ионизации Э0 – Э+, эв	14,53	10,484	9,81	8,639	7,287
Содержание в земной коре, ат. %		0,03	1,5 10–4	5 10–6	1,7 10–6

При обычных условиях азот N₂ (молекула 2-х атомна, связь ковалентная неполярная, тройная , очень прочная) – газ, без цвета и запаха, мало растворим в воде. Температура кипения (–195,8 °С) и температура плавления (–210 °С) азота очень низкие. Фосфор и мышьяк – твердые вещества-неметаллы, имеют полиморфные модификации. Сурьма и висмут – металлы. В ряду простых веществ от азота к висмуту усиливаются металлические свойства, ослабевают неметаллические, температуры кипения и плавления возрастают.

Соединения элементов с водородом имеют форму ЭН₃. При обычных условиях представляют собой газообразные вещества с характерным запахом, ядовиты. Водные растворы имеют основную среду. Сверху вниз в ряду водородных соединений уменьшается устойчивость и уменьшаются электроннодонорные свойства. Так катион аммония (NH₄⁺) устойчив, катион фосфония (РН₄⁺) неустойчив, а ион арсония (AsН₄⁺) не получен.

Аммиак (NH₃) имеет аномально высокую температуру кипения, чем это следовало бы ожидать исходя из строения молекулы. Такие аномальные свойства аммиака объясняются наличием межмолекулярных связей в жидкой фазе.

Кислородные соединения азота многочисленны и разнообразны: несолеобразующие оксиды (N₂O, NO), кислотные оксиды (N₂O₃, NО₂, N₂O₅). Для остальных элементов характерны оксиды Э₂O₃, Э₂O₅.

С повышением степени окисления кислотные свойства оксидов и соответствующих им кислот возрастают.