47) Общая характеристика элементов va группы. Свойства простых веществ. Аллотропия фосфора. Круговорот азота и фосфора в природе.

V A группа включает пять элементов: типичные p-элементы азот N, фосфор P, а также сходные с ними элементы больших периодов мышьяк As, сурьму Sb, и висмут Bi. Они имеют общее название пниктогены. Атомы этих элементов имеют на внешнем уровне по 5 электронов (конфигурация пs2 пp3).

В соединениях элементы проявляют степень окисления от -3 до 5. Наиболее характерны степени +3 и +5. Для висмута более характерна степень окисления +3.

При переходе от N к Bi радиус атома закономерно возрастает. С увеличением размеров атомов уменьшается энергия ионизации. Это значит, что связь электронов наружного энергетического уровня с ядром у атомов ослабевает, что приводит к ослаблению неметаллических и усилению металлических свойств в ряду от азота к Bi.

Азот и фосфор – типичные неметаллы, т.е. кислотообразователи. У мышьяка сильнее выражены неметаллические свойства. У сурьмы неметаллические и металлические свойства проявляются приближенно в одинаковой степени. Для висмута характерно преобладание металлических свойств.

АзотАзот — газ, фосфор и все остальные элементы — твердые вещества. Это объясняется тем, что начиная с третьего периода (фосфор) элементы объединяются в большие полимерные молекулы. Такое изменение молекулярной структуры при переходе от азота к фосфору и вызывает резкое изменение агрегатных состояний веществ.

Фосфор — неметалл, в чистом виде имеет 4 аллотропные модификации:

1. Белый фосфор — самая химически активная модификация фосфора. Имеет молекулярное строение; формула P4, форма молекулы — тетраэдр. По внешнему виду белый фосфор очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Чрезвычайно химически активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение), ядовит.

2. Красный фосфор — представляет собой полимер со сложной структурой. Имеет формулу Pn. В зависимости от способа получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, но самовоспламеняется при трении или ударе. Это свойство используется при изготовлении спичек, ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого.

3.Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора, чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не растворимо в воде и органических растворителях, проводит электрический ток и, аналогично кремнию, имеет свойства полупроводника.

4. Металлический фосфор - имеет плотную и инертную металлическую структуру, очень хорошо проводит электрический ток.

Мышьяк - представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета, существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях и при нагревании металлический или серый мышьяк, который обладает металлической электрической проводимостью.

Сурьма - полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы и три аморфные модификации (жёлтая, чёрная и взрывчатая сурьма). Сурьму добавляют в некоторые сплавы для придания им твердости (типографский металл). Соединения сурьмы похожи по химическим свойствам на соединения мышьяка, но отличаются более выраженными металлическими свойствами.

Висмут — тяжёлый серебристо-белый металл с розоватым оттенком. Со временем покрывается тёмно-серой оксидной плёнкой. Наряду со свинцом и оловом входит в состав большинства легкоплавких припоев и сплавов.

Круговорот азота в природе.

Азот входит в состав белков, нуклеиновых кислот. Это один из важнейших биогенных элементов. Несмотря на то, что азота в атмосфере около 80%, тем не менее, растения не могут усваивать атмосферный азот.

Все начинается с поглощения атмосферного азота свободноживущими бактериями (хемотрофами): клубеньковыми, азотфиксирующими бактериями и цианобактериями. Они обеспечивают образование сложных соединений азотной и азотистой кислот – нитратов и нитритов.

После гибели этих микроорганизмов соединения азота используются растениями, затем животными, грибами, другими бактериями - потребителями.

После гибели этих микроорганизмов соединения азота используются растениями, затем животными, грибами, другими бактериями - потребителями.

В результате жизнедеятельности этих живых организмов происходит постоянное выведение из организма продуктов азотного обмена — аммиака, мочевины, мочевой кислоты и других веществ.

При разложении белков аммонифицирующие бактерии образуют аммиак (NH3), а нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов.

Растения усваивая эти нитраты, используя их для синтеза белков.

Далее азот возвращается в атмосферу с помощью денитрифицирующих бактерий, которые в процессе разложения остатков растений и животных превращают эти соединения азота в свободный азот. Круговорот фосфора в природе.

Фосфор в результате выветривания горных пород и минералов попадает в наземные экосистемы.

Растения из почвы поглощают фосфор в виде растворимых солей фосфорной кислоты, а затем включают его в состав нуклеиновых кислот, АТФ, и клеточных мембран.

Животные потребляют органические вещества. В организмах животных фосфор входит в состав костной ткани, дентина. В процессе клеточного дыхания происходит окисление органических соединений, содержащих фосфор, при этом органические фосфаты поступают в окружающую среду в составе экскретов.

Редуценты – микроорганизмы минерализуют органические вещества, содержащие фосфор, опять в фосфаты, которые затем опять могут быть использованы растениями.

После такого неоднократного потребления фосфора организмами на суше и в водной среде, он выводится в осадки дна морей в виде нерастворимых фосфатов. После поднятия таких осадочных пород, соединения фосфора опять попадают в наземные экосистемы.