Nitrogéncsoport

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
A nitrogéncsoport elemei

A nitrogéncsoport (más néven pniktogének) a periódusos rendszer egyik csoportja, melyben a nitrogén (N), foszfor (P), arzén (As), antimon (Sb), bizmut (Bi) és moszkóvium (Mc) található.[1] A modern IUPAC-jelölés szerint ez a 15. csoport, régebbi elnevezése V. főcsoport.

Jellemzőik[szerkesztés]

Szerkezetük[szerkesztés]

A csoportnak két nemfém, két metalloid, egy másodfajú fém és egy nagyrészt ismeretlen tulajdonságokkal rendelkező elem a tagja. A csoport elemei tehát széles skálán mozognak, analóg vegyületeik mégis nagy hasonlóságot mutatnak, ami külső elektronhéjuk hasonló elrendeződésével függ össze. A csoportban az összes elemnek öt elektron van a külső elektronhéján, amelyből kettő az s-alhéjon, három pedig a p-alhéjon helyezkedik el. Az oktettszabály értelmében tehát három elektron hiányzik, hogy elérjék a nemesgázszerkezetet, azaz 3 vegyértékük van. Ez alól a hipervalens foszfor kivételt képez, amely rendelkezhet kibővített oktettel is.

Fizikai tulajdonságaik[szerkesztés]

Közönséges körülmények között csak a sorozat első tagja, a nitrogén légnemű, a többi szilárd halmazállapotú. A sűrűség, az olvadáspont és a forráspont az atomtömeg növekedésével fokozatosan emelkedik. A sorozat legutolsó tagja a bizmut, melynek olvadáspontja nem illik bele a sorba. A csoport elemei a nemfémestől a fémesig változnak. A foszfor három (fehér, vörös és fémes), az arzén kettő (sárga és szürke) allotrop módosulattal rendelkezik.

Kémiai tulajdonságaik[szerkesztés]

A csoport elemeinek fizikai és kémiai sajátságai az atomtömeg növekedésével fokozatosan változnak. A kémiai sajátosságok közül a negatív jellem az atomtömeg növekedésével egyre kevésbé határozott. A nitrogén és a foszfor még határozottan negatív jellemű, az arzén és az antimon tipikus félfém, az utolsó tag, a bizmut pedig már csaknem minden tekintetben fémként viselkedik. Ennek megfelelően hidrogénvegyületeik állandósága is az említett sorrendben csökken. A fokozatos átmenet az elemek külsején is jól észlelhető: míg a nitrogén és a foszfor tipikusan nemfémes külsejű, az arzénnek és az antimonnak már fémfényű módosulatai is ismeretesek, amelyek a hőt és az elektromosságot is jól vezetik, de nem nyújthatók, a bizmutnak pedig már csak fémes módosulata van. Mindegyik elem inkább kovalens vegyületeket alkot. A nitrogén egyatomos állapotban igen reakcióképes, a kétatomos molekula azonban rendkívül stabil. A foszfor módosulatai aktivitásukban is eltérnek, a finom eloszlású fehérfoszfor szobahőmérsékleten meg is gyulladhat, a vörösfoszfor inaktívabb, csak 400°C-on gyullad meg. A nitrogénnek és a foszfornak létezik összetett kationja (NH4+ és PH4+), a többi elemnek azonban nincs ilyen kationja. Sokkal gyakoribbak az összetett anionok (NO3-, PO43- stb.).

Oxidációs számaik[szerkesztés]

A pniktogének oxidációs száma -3 és +5 között változhat. Oxidált vagy ionizált állapotban az oxidációs számuk általában +3 (leadva mindhárom elektronjukat a p-alhéjról) vagy +5 (leadva mind az öt elektronjukat a p- és az s-alhéjról). A könnyebb pniktogének általában -3 oxidációs számot vesznek fel, amikor redukálva vannak. A nehezebb pniktogének gyakrabban vesznek fel +3 oxidációs számot, mint a könnyebbek, mert az s-alhéj elektronjai stabilabbá válnak a rendszám növekedésével.[2]

Vegyületeik[szerkesztés]

Hidridek[szerkesztés]

  • Hidrogénvegyületeik képlete valamennyi esetben XH3. E vegyületek állandósága a nitrogéntől a bizmutig csökken.
  • NH3 ammónia, PH3 foszfin, AsH3 arzin, SbH3 sztibin, BiH3 bizmutin
  • Haber-Bosch-eljárás: nagy nyomáson (>10 MPa) és magas hőmérsékleten (400-500 °C), katalizátor jelenlétében ammónia keletkezik. N2 + 3H2 -> 2NH3[3]
  • NH4Cl + NaOH -> NaCl + H2O + NH3
  • Marsh-próba: Sb és As kimutatására szolgál. Zn, HCl-es közegben való redukáláskor AsH3 és SbH3 gázok keletkeznek, amik magas hőmérsékleten bomlanak, és üvegen tükörszerű réteget képeznek.

Interpniktogének[szerkesztés]

Az interpniktogének a nitrogéncsoport elemeinek egymással alkotott vegyületei. Pl.:

  • Foszfor-nitrid (PN)
  • Arzén-nitrid (AsN)
  • Arzén-foszfid (AsP3)
  • Antimon-nitrid (SbN)
  • Antimon-foszfid (SbP)
  • Bizmut-nitrid (BiN)
  • Bizmut-antimonid (BiSb)

Halogenidek[szerkesztés]

  • Halogénekkel közvetlenül reagálnak.
  • EX3 összetételú halogenidje mindegyik elemnek van, EX5 csak a foszforra és az antimonra jellemző (kivéve PI5).
  • A PCl3 és a PCl5 jó klórozószerek. RCOOH + PCl5 -> RCOCl + POCl3 + HCl
  • A PI3 erős redukálószer, jódozásra használják.
  • A SbF5 egy Lewis-sav, HF-dal szupersavat képez, ami a szénhidrogének protonálására is képes. HF + SbF5 -> H[SbF6]

Egyéb vegyületeik[szerkesztés]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. section IR-3.5: Elements in the periodic table, Nomenclature of Inorganic Chemistry: IUPAC Recommendations 2005. Cambridge, United Kingdom: RSC Publishing, 51. o. (2005). ISBN 978-0-85404-438-2 
  2. Boudreaux, Kevin A. "Group 5A — The Pnictogens". Department of Chemistry, Angelo State University, Texas
  3. Ullmann Vegyipari Enciklopédia

Fordítás[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Pnictogen című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.