Elementi V grupe PSE

Elementi pete grupe, ili kako se još nazivaju, elementi azotove grupe (pnitogeni) međusobno se znatnije razlikuju po osobinama. Azot i fosfor su nemetali koji pokazuju ponekad i blag metalni karakter. Arsen je metaloid ili nemetal, a sličan njemu je i antimon, mada više teži metalima, nego nemetalima. Bizmut je amfoteran element ili slab metal.

Azot

• atomski broj: 7
• A_r: 14,0067
• grupa: 5
• perioda: L
• blok: p
• osobine: nemetal
• agregatno stanje: gasovito
• T.K: 77,36 K
• T.T: 63,15 K
• gustina: 0,00125g/cm³
• elektronegativnost: 3,0
• otkriće: D.Rutherford, 1772.
• lat. naziv: nitrogenium
• oksidaciona stanja: -3, +5, +3, +2, +4, +1, -2, -1
• raspored elektrona po nivoima:2, 5
• elektronska konfiguracija: [He]2s²2p³
• atomski poluprečnik: 65 pm
• brzina zvuka (m/s): 353
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • N-H, 390
  • N-N, 160
  • N=N, 415
  • N-Cl, 193
  • C-N, 268
  • NN, 946
• izotopi:
  1. N-14
     • zastupljenost u prirodi: 99,65%
     • raspad: stabilan
  2. N-15
     • zastupljenost u prirodi: 0,35%
     • raspad: stabilan
  3. Sintetisan je izotop azota - 13.

Fosfor

• atomski broj: 15
• A_r: 30,97
• grupa: 5
• perioda: M
• blok: p
• osobine: nemetal (metaloid)
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 550 K
• T.T: 317 K
• gustina: 1,82(beli), 2,34(crveni) - 2,69 (crni)g/cm³
• elektronegativnost: 2,1
• otkriće: H. Brand, 1669.
• lat. naziv: phosphorus
• oksidaciona stanja: +5, -3, +3
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 5
• elektronska konfiguracija: [Ne]3s²3p³
• atomski poluprečnik: 100 pm
• alotropske modifikacije:
  • beli, tetragonalni P₄, reaktivan
  • crveni,tetragonalni, P_n, zagrevanjem belog na 300⁰C bez vazduha, manje reaktivan
  • crni, iz belog pod jakim pritiskom, nerastvoran u većini rastvarača, metalni sjaj poput grafita
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • P-H, 328
  • P-O, 407
  • P-P, 209
  • P-Cl, 419
  • P=O, 560
• izotopi:
  1. P-31
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Sintetisani su izotopi fosfora atomskih masa 32 i 33.

Arsen

• atomski broj: 33
• A_r: 74,92
• grupa: 5
• perioda: N
• blok: p
• osobine: nemetal (metaloid)
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 887 K
• T.T: 1090 K
• gustina: 5,73g/cm³
• elektronegativnost: 2,0
• otkriće:  A. Magna, 1250.
• lat. naziv: arsenicum
• oksidaciona stanja: +3, -3, +5
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 5
• elektronska konfiguracija: [Ar]4s²3d¹⁰4p³
• atomski poluprečnik: 115 pm
• alotropske modifikacije:
  • sivi (alfa), ima metalni sjaj, do 800⁰C As₄, As₂ preko 1700, reaktivan
  • žuti (beta),heksagonalni (As₆), dobija se hlađenjem arsenvodonika, nestabilan na sobnoj temperaturi (prelazi u sivi), nema metalni sjaj, manje reaktivan
  • crni (amformi), dobija se sublimacijom arsena bez prisustva vazduha, iznad 360⁰ prelazi u stabilniji sivi
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • As-H, 245
  • As-O, 477
  • As-As, 348
  • As-Cl, 293
  • As-C, 200
• izotopi:
  1. As-75
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Sintetisani su izotopi arsena atomskih masa 73 i 74.

Antimon

• atomski broj: 51
• A_r: 121,75
• grupa: 5
• perioda: O
• blok: p
• osobine: amforan element (slab metal)
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1860 K
• T.T: 904 K
• gustina: 6,7g/cm³
• elektronegativnost: 1,9
• otkriće: poznat od davnina
• lat. naziv: stibium
• oksidaciona stanja: +3, +5 (ponekad -3)
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 18, 5
• elektronska konfiguracija: [Kr]5s²4d¹⁰5p³
• atomski poluprečnik: 145 pm
• alotropske modifikacije:
  • Alotropske modifikacije antimona su slične arsenovim. Siva ima metalni sjaj i stabilna je, a žuta je nestabilna.
• izotopi:
  1. Sb-121
     • zastupljenost u prirodi: 57%
     • raspad: stabilan
  2. Sb-123
     • zastupljenost u prirodi: 43%
     • raspad: stabilan
  3. Sintetisan je izotop antimona atomske mase 125.

Bizmut

• atomski broj: 83
• A_r: 208,98
• grupa: 5
• perioda: P
• blok: p
• osobine: metal (amfoteran element)
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1873 K
• T.T: 545 K
• gustina: 9,8g/cm³
• elektronegativnost: 2,0
• otkriće: poznat od davnina
• lat. naziv: bismuthum
• oksidaciona stanja: +1 do +5
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 32, 18, 5
• elektronska konfiguracija: [Xe]6s²4f¹⁴5d¹⁰6p³
• atomski poluprečnik: 160 pm
• izotopi:
  1. Bi-209
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: alfa
     • vreme poluraspada: 1,9 * 10¹⁹ godina
     • raspada se na: Tl-205
  2. Sintetisani su izotopi bizmuta atomskih masa 207 i 208.

Ununpentijum

• atomski broj: 115
• A_r: 288
• grupa: 5
• perioda: P
• blok: p
• osobine: metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: Dubna, 2004.
• lat. naziv: ununpentijum
• oksidaciona stanja: ?
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
• elektronska konfiguracija: [Rn]7s²5f¹⁴6d¹⁰7p³
• atomski poluprečnik: ? pm
• izotopi:
  1. Poznat je samo jedan izotop elementa 115 koji je nastao u nuklearnoj reakciji kalcijuma i americijuma i odmah se alfa raspadom raspao na izotop elementa 113.

Dobijanje

Elementi pete grupe osim Uup dobro su zastupljeni u prirodi.

Azot ima sopstveni ciklus kruženja u prirodi. Najviše ga ima u atmoferi (78%). Dobija se destilacijom tečnog vazduha.

Fosfor se u prirodi zbog reaktivnosti ne nalazi u slobodnom stanju. Dobija se iz minerala fosforita čija su najveća nalazišta u severnoj africi, zagrevanjem u prisustvu koksa i kvarcnog peska na 1300-1500⁰C.

Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C -> P₄ + 6CaSiO₃ + 10CO

Arsen dolazi u obliku oksida i sulfida (As₂O₃, As₂S₃, As₂S₂) kao i u obliku arsenopirita iz kog se i dobija zagrevanjem bez prisustva vazduha, a zatim sublimacijom.

4FeAsS -> 4FeS + As₄

Antimon se dobija redukcijom stibita gvožđem ili prženjem stibita, pa zatim redukcijom pomoću koksa.

Sb₂S₃ + 3Fe -> 3FeS + 2Sb

Sb₂S₃ + 5O₂ -> Sb₂O₄ + 3SO₂

Sb₂O₄ + 4C -> 2Sb + 4CO

Rude bizmuta su sulfid, bizmutinit (Bi₂S₃) i oksid, bizmutit (Bi₂O₃) iz kojih se dobija već opisanim procesima redukcije.

Reakcije

Elementi pete grupe pokazuju znatne razlike u osobinama. Azot je pri normalnim uslovima inertan gas i s kiseonikom reaguje tek pri udaru groma. Fosfor, posebno beli je znatno reaktivniji. S kiseonikom gradi fosfor(V)oksid ili pažljivim odabiranjem uslova fosfor(III)oksid. Reaguje i sa svim halogenima (gradi trovalentna jedinjenja). Fosforu je veoma sličan arsen, koji reaguje gotovo identično s tim da u reakciji s fluorom može biti i petovalentan.

Antimon i bizmut se znatno razlikuju od fosfora i arsena. Ta razlika se ogleda već u reakciji sa vodom.

2Sb + 3H₂O -> Sb₂O₃ + 3H₂

Reaguju sa halogenima i kiseonikom gradeći trovalentna jedinjenja, a bizmut često i petovalentna. U koncentrovanoj sumpornoj kiselini se "rastvaraju" uz izdvajanje SO₂ i azotnoj kiselini, a u hlorovodoničnoj uz prisustvo vazduha.

4Bi + 12HCl + 3O₂ -> 4BiCl₃ + 6H₂O

2Bi + 6H₂SO₄ -> Bi₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Bizmut i antimon imaju veoma zanimljivu osobinu - slično vodi, oni se pri očvršćavanju rastežu.

Primena

Azot se koristi za dobijanje amonijaka, koji je polazna sirovina za mnoga jedinjenja. Fosfor se koristi za proizvodnju šibica. Arsen se koristi kao otrov, dodaje se olovu u puščanoj sačmi da bi se stvrdnulo. Antimon ulazi u sastv legura od kojih je vrlo zanimljiva "štamparska" (82% Pb, 15%Sb, 3%Sn). Bizmut se uoptrebljava za proizvodnju lako topljivih legura poput Wood-ovog metala (50%Bi, 25%Pb, 12,5%Sn, 12,5%Cd) koji se topi na samo 60⁰C. Jedinjenja ovih elemenata imaju znatno širu primenu.

Jedinjenja

Petovalentni oksidi (N₂O₅, P₂O₅...) su anhidridi kiselina - azotne, fosforne...  Azotna kiselina je izuzetno jaka, fosforna slaba, a kiseline bizmuta i antimona su već amfoterne.

Hidridi ( NH₃, PH₃...) porastom atomske mase elementa postaju sve nestabilniji i postepeno gube bazni karakter, koji je izražen kod amonijaka, a kod arsina je već skoro potpuno nestao.

Trovalenti oksidi su takođe anhidridi kiselina, odnosno amfoternih jedinjenja, ili čak slabih baza (bizmut).

Soli ovih elemenata mogu biti soli njihovih kiselina (sve soli azota, fosfora i arsena, soli bizmutove i antimonove kiseline) i soli sa drugim kiselinama (soli antimona i bizmuta sa sumpornom, azotnom hlorovodoničnom kiselinom, organskim kiselinama...).

Literatura:

• PSE sa Sveta Hemije
• Mini Periodic Table