Элементы VA-группы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут)

1.

Элементы VA-группы

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Название «мышь-яд»

9.

10.

Wismuth – белый металл

11.

Общая характеристика
Э
Кларк
%
Эл. конфиг.
R ат,
I1,
ОЭО
нм
эВ
Полинг
tпл
tкип
φMe3+/
Me
B
N
0,03
[He]2s22p3
0,070
14,5
3,0
-210
-196
-
P
0,09
[Ne]3s23p3
0,110
10,5
2,1
429
593
-
As
5·10-4
[Ar]3d104s24p3
0,121
9,8
2,0
615
817
+0,24
Sb
4·10-5
[Kr]4d105s25p3
0,141
8,6
1,9
630
1634
+0,20
Bi
2·10-5
[Xe]4f145d106s26p3
0,146
7,3
1,8
271
1552
+0,32

12.

13.

У атомов элементов VA-группы на внешнем электронном слое
находится по 5 электронов. Электронная конфигурация их
внешнего электронного слоя ns2np3, например:
азота – 2s2p3, фосфора – 3s23p3.
В химических соединениях атомы азота и фосфора могут
проявлять степени окисления от -3 до +5.

14.

В = III или IV (если есть донорно акцепторная связь)
В = V нет! Т.к. всего 4 валентных орбитали
0 – самая
устойчивая
с.о., т.к. в
N2 прочная
тройная
связь

15.

(As, Sb, Bi)
Валентные возможности = 9
+5 – самая устойчивая с.о. для фосфора
достаточно большой радиус, низкая ЭО, достаточно легко отдает e

16.

Характеристические с.о. = -3, 0, +3 +5
кроме Вi
Увеличивается число электронных слоев,
увеличивается эффект проникновения ns-электронов
к ядру, усиливается их связь с ядром, уменьшается
способность атомов отдавать s-электроны,
уменьшается устойчивость с.о. +5,
увеличивается устойчивость с.о. +3.
Но! Эффект проникновения увеличивается немонотонно.
Он особенно велик, если перед ns-e находятся
кайносимметричные d и f-орбитали (3d, 4f).
Следовательно, он особенно велик для мышьяка
As 1s22s22p63s23p63d104s24p3
N
P
As
Sb
Bi
и висмута. Поэтому для них с.о. +5 наименее устойчива:

17. Устойчивые степени окисления

Для висмута эффект проникновения 6s-электронов к ядру
особенно силен (эффект инертной 6s-электронной пары,
т.к. перед 6s-электронами находится 4fкайносимметричная орбиталь, а также 5d, поэтому эффект
проникновения очень велик. 6s-электроны сильно
притягиваются с ядру и не склонны к образованию связей.
Поэтому с.o. +3 для висмута особенно устойчива, а с.о. +5
– неустойчива.
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p3
Устойчивые степени окисления
N
P
As
Sb
Bi
0
+5
+3
+3, +5
+3

18.

Азот в природе
Т.к. у азота самая устойчивая с.о. = 0, то в природе он
содержится в виде простого вещества (N2).
Азот, в форме двухатомных молекул N2 составляет большую
часть атмосферы, где его содержание составляет 78,084% по
объёму (то есть около 3,87·1015 т).

19.

или при нагревании твердой смеси хлорида аммония и нитрита натрия:
NH4Cl + NaNO2 = N2 + 2H2O + NaCl

20.

21.

Фосфор в природе
Т.к. у фосфора самая устойчивая с.о. +5, то в природе он встречается в
основном в виде фосфатов.
Фосфорит – Са3(PO4)2
Апатит – Са5(PO4)3F
Фосфор содержится во всех частях зелёных растений, ещё больше его
в плодах и семенах.
Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других
важнейших органических соединений (АТФ, ДНК), является
элементом жизни.
Апатит

22. Получение фосфора

23.

As
В положительных с.о. в сульфидах (с.о.= +1… +3)
В отрицательных с.о. в арсенидах (с.о.= -1… -3)

24.

Sb и Bi
+3
+3,+5
+3
+3
+3
В небольшом количестве в
природе встречаются
самородные As, Sb и Bi

25.

26. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА АЗОТ И ФОСФОР

Т.к. на внешней оболочке у
атомов 3 неспаренных
электрона, то возможны
разные способы соединения
атомов, следовательно,
возможна аллотропия.

27.

28.

Простое вещество азот состоит из двухатомных молекул N2.
В молекуле N2 атомы азота связаны между собой тройной
ковалентной неполярной связью. Энергия тройной связи
велика и составляет 946кДж/моль. Поэтому разрыв связей и
образование атомов из молекул азота осуществляется только
при температуре выше 3000˚С. Высокая прочность связи в
молекулах обуславливает химическую инертность азота и тот
факт, что для азота с.о. = 0 – самая устойчивая.

29. Почему для азота характерно образование молекулы с тройной связью, а для фосфора – нет?

У азота маленький радиус, перекрывание орбиталей осуществляется
достаточно глубоко даже при образовании π-связи (боковое
перекрывание), π-связи – прочные. Поэтому выгодно образовать
тройную связь.
Радиус фосфора достаточно велик, поэтому при боговом перекрывании
p-орбиталей электронная плотность в области перекрывания низкая,
прочность π -связей – низкая.
Для фосфора более выгодно образование соединений
с одинарными σ- связями.

30.

Фосфор
В свободном состоянии фосфор образует
несколько аллотропных модификаций, которые
называются белым, красным и черным
фосфором.

31.

В простейшей молекуле Р4 каждый из четырех атомов
фосфора связан ковалентной связью с тремя остальными. Из
таких молекул, имеющих форму тетраэдра, состоит
белый фосфор.
Отливаемый в инертной атмосфере в виде палочек (слитков),
он сохраняется в отсутствие воздуха под слоем воды.

32.

Белый фосфор – белое (светло-желтое) воскообразное вещество.
Легкоплавкое, летучее. Молекула неполярна, поэтому фосфор не
растворим в воде, но растворим в неполярных органических
веществах (сероуглерод).
Химически белый фосфор чрезвычайно активен!
Пары белого фосфора медленно окисляются кислородом воздуха
уже при комнатной температуре, поэтому белый фософор светится
(бледно-зелёное свечение). Белый фосфор весьма ядовит .
Летальная доза 0,05—0,1 г.

33.

Красный фосфор имеет атомную полимерную структуру, в которой
каждый атом фосфора связан с тремя другими атомами ковалентными σсвязями.
Красный фосфор не летуч, не растворим в воде, не ядовит. Он
используется в производстве спичек.
Красный фосфор – самая устойчивая модификация.
На свету и при нагревании до 300˚С без доступа воздуха
белый фосфор превращается в красный фосфор.

34.

При нагревании под давлением примерно в 1200 атм., белый
фосфор переходит в черный фосфор, который имеет атомную
слоистую кристаллическую решетку.
Черный фосфор по своим физическим свойствам похож на металл:
он проводит электрический ток и блестит. Внешне весьма похож на
графит.
В ряду: белый – красный – чёрный фосфор усложняется строение,
уменьшается летучесть, ядовитость, растворимость, химическая
активность. Белый фосфор – самая активная форма.

35.

As

36.

(металлическая модификация)

37. Bi

38. Химические свойства простых веществ элементов VA группы

N
ЭО
3
P
2,1
Электроотрицательность уменьшается,
как и в других группах,
неметаллические свойства ↓,
но химическая активность ↑ от N2 к P.
Причина: прочная тройная связь в молекуле азота,
что делает его чрезвычайно инертным.
У фосфора большой радиус, связь между атомами
одинарная малопрочная, легко рвется.
Поэтому химическая активность фосфора высокая.
Из-за низкой электроотрицательности для фосфора, мышьяка,
сурьмы и висмута более характерны восстановительные
свойства.

39. Взаимодействие с простыми веществами Взаимодействие с галогенами

Азот - не реагирует
2Э + 5F2 = 2ЭF5
Фосфор загорается во фторе и хлоре
(Э = P, As, Sb, Bi)
2P + 5Cl2(изб) = 2PCl5
(Sb)
2P + 3Cl2(нед) = 2PCl3
(Sb)
2As + 3Cl2 = 2AsCl3
(Bi)
2Э + 3Br2 = 2ЭBr3
(Э = P, As, Sb, Bi)
2P + 3I2 = 2PI3
(Э = P, As, Sb, Bi)

40. Взаимодействие с кислородом

N2 + O2 =