18

Общая характеристика элементов главной подгруппы V группы (подгруппы азота)

 

Таблица. Электронное строение и физические свойства

 

Поряд- ковый №	Элемент	Относит. атомная масса	Электронная конфигурация	Атомный радиус, нм	ПИ эВ	ЭО	Степени окисления	tпл. С	tкип. С	 г/см3
7	Азот (N)	14,01	[He] 2s22p3	0,075	14,5	3,0	-3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5	-210	-196
15	Фосфор (P)	30,97	[Ne] 3s23p3	0,110	10,5	2,1	-3, +1, +3,  +5	44,1	280	1,83
33	Мышьяк (As)	74,92	[Ar] 3d104s24p3	0,121	9,8	2,0	-3, +3, +5	613		5,7
51	Сурьма (Sb)	121,75	[Kr] 4d105s25p3	0,141	8,6	1,9	-3, +3, +4, +5	630,7	1750	6,68
83	Висмут (Bi)	208,98	[Xe] 4f145d106s26p3	0,152	7,8	1,9	+3, +5	271,3	1560	9,78

 

В ряду  –N – P – As – Sb – Bi ® увеличиваются размеры атомов, ослабляется притяжение валентных электронов к ядру, ослабляются неметаллические свойства, возрастают металлические свойства, ЭО уменьшается.

 

N, P - типичные неметаллы

As, Sb - проявляют неметаллические и металлические свойства

Bi - типичный металл

P, As и Bi существуют в твердом состоянии в нескольких модификациях.

 

Химические свойства

 

1.      Основной характер оксидов R₂O₅ увеличивается, а кислотный – ослабевает с увеличением порядкового номера.

2.      Гидроксиды всех элементов в пятивалентном состоянии имеют кислотный характер.

3.      Основной характер гидроксидов R(OH)₃ увеличивается, а кислотный – ослабевает с увеличением порядкого номера.

 

RO₃^3- + 3H⁺ « R(OH)₃ « R³⁺ + 3OH^- (R – элемент)

 

4.      As, Sb, и Bi плохо растворимы в воде.

5.      Восстановительные свойства водородных соединений RH₃ усиливаются, а устойчивость уменьшается с увеличением порядкого номера.

Азот-открыт в 1772 шотландским ученым Д. Резерфордом в составе продуктов сжигания угля, серы и фосфора как газ, непригодный для дыхания и горения («удушливый воздух») Азот – жизненно важный элемент. Без белка нет жизни, а без азота нет белка.

4. Химические свойства азота

 

N – окислитель ( 0 → -3)	N – восстановитель (0 → +5)
1. С металлами образуютсянитриды MxNy - при нагревании с Mg и щелочно-земельными и щелочными:  3Сa + N2 = Ca3N2 (при t) - c Li при к t комнатной Нитриды разлагаются водой Са3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3 2. С водородом 3H2+N2  ↔ 2NH3  (условия - T, p, kat)	N2 + O2  ↔ 2 NO – Q   (при t= 2000 C)   Азот не реагирует с серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами.

 

5. Получение:

В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (–195,8°C), чем другого компонента воздуха — кислорода (–182,9°C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара.

В лаборатории чистый («химический») азот получают добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH₄Cl к твердому нитриту натрия NaNO₂:

NaNO₂ + NH₄Cl = NaCl + N₂ + 2H₂O.

Можно также нагревать твердый нитрит аммония:

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O.

Физические свойства аммиака

При нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это мы и воспринимаем как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды.

3. Получение аммиака

В лаборатории	В промышленности
Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония: NH4Cl + NaOH = NH3↑ + NaCl + H2O (NH4)2SO4 + Ca(OH)2 = 2NH3↑ + CaSO4+ 2H2O Внимание! Гидроксид аммония неустойчивое основание, разлагается:NH4OH ↔ NH3↑ + H2O При получении аммиака держите пробирку - приёмник дном кверху, так как аммиак легче воздуха:	Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота: N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + 45,9  кДж Условия: катализатор – пористое железо температура – 450 – 500 ˚С давление – 25 – 30 МПа Это так называемый процесс Габера (немецкий физик, разработал физико-химические основы метода).