Nitrogéncsoport

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

Szerkezetük

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

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

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 (NO^3-, PO₄^3- stb.).

Oxidációs számaik

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

Hidridek

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

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

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

NaNO₃ - Chilei salétrom
As₄O₆ - Arzenolit
FeAsS - Arzenopirit
Ca₅(PO₄)₃F - Apatit

Jegyzetek

↑ 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
↑ Boudreaux, Kevin A. "Group 5A — The Pnictogens" Archiválva 2016. augusztus 8-i dátummal a Wayback Machine-ben. Department of Chemistry, Angelo State University, Texas
↑ Ullmann Vegyipari Enciklopédia

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Pnictogen című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[Connelly2005-1] 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

[Boudreaux-2] Boudreaux, Kevin A. "Group 5A — The Pnictogens" Archiválva 2016. augusztus 8-i dátummal a Wayback Machine-ben. Department of Chemistry, Angelo State University, Texas

[Appl-3] Ullmann Vegyipari Enciklopédia

[1]

[2]

[3]