ChemicalEdit
Net als andere groepen vertonen de leden van deze familie vergelijkbare patronen in elektronenconfiguratie, vooral in de buitenste schillen, wat resulteert in trends in chemisch gedrag.
Deze groep heeft de bepalende eigenschap dat alle samenstellende elementen 5 elektronen in hun buitenste schil hebben, dat wil zeggen 2 elektronen in de s-subschaal en 3 ongepaarde elektronen in de p-subschaal. Ze komen dus 3 elektronen tekort om hun buitenste elektronenschil in hun niet-geïoniseerde toestand te vullen. De term Russell-Saunders symbool van de grondtoestand in alle elementen in de groep is 4S 3⁄2.
De belangrijkste elementen van deze groep zijn stikstof (N), dat in zijn diatomische vorm de hoofdbestanddeel van lucht, en fosfor (P), dat, net als stikstof, essentieel is voor alle bekende vormen van leven.
CompoundsEdit
Binaire verbindingen van de groep kunnen gezamenlijk worden genoemd als pnictides. Pnictideverbindingen zijn meestal exotisch. Verschillende eigenschappen die sommige pnictiden hebben, zijn onder meer diamagnetisch en paramagnetisch zijn bij kamertemperatuur, transparant zijn en elektriciteit opwekken bij verhitting. Andere pnictiden omvatten de ternaire zeldzame aardmetalen hoofdgroepvariant van pnictiden. Deze hebben de vorm van REaMbPnc, waarbij M een koolstofgroep of boorgroepelement is en Pn elk willekeurig pnictogeen is behalve stikstof. Deze verbindingen bevinden zich tussen ionische en covalente verbindingen en hebben dus ongebruikelijke bindingseigenschappen.
Deze elementen staan ook bekend om hun stabiliteit in verbindingen vanwege hun neiging om dubbele en drievoudige covalente bindingen te vormen. Dit is de eigenschap van deze elementen die leidt tot hun potentiële toxiciteit, het duidelijkst in fosfor, arseen en antimoon. Wanneer deze stoffen reageren met verschillende chemicaliën van het lichaam, creëren ze sterke vrije radicalen die niet gemakkelijk door de lever kunnen worden verwerkt, waar ze zich ophopen. Paradoxaal genoeg is het deze sterke binding die de verminderde toxiciteit van stikstof en bismuth veroorzaakt (indien in moleculen), aangezien deze sterke bindingen vormen met andere atomen die moeilijk te splitsen zijn, waardoor zeer niet-reactieve moleculen ontstaan. Bijvoorbeeld N2, de diatomische vorm van stikstof, wordt gebruikt als een inert gas in situaties waarin het gebruik van argon of een ander edelgas te duur zou zijn.
Vorming van meerdere bindingen wordt vergemakkelijkt door hun vijf valentie-elektronen, terwijl de octetregel een pnictogeen toestaat voor het accepteren van drie elektronen op covalente binding. Omdat 5 > 3, laat het twee elektronen in een eenzaam paar ongebruikt, tenzij er een positieve lading in de buurt is (zoals in NH +
4). Wanneer een pnictogeen vormt slechts drie enkele bindingen, resulteren effecten van het eenzame paar typisch in trigonale piramidale moleculaire geometrie.
Oxidatietoestanden Bewerken
De lichte pnictogenen (stikstof, fosfor en arseen) hebben de neiging om te vormen – 3 ladingen wanneer ze worden verlaagd, waardoor hun octet wordt voltooid d of geïoniseerd, nemen pnictogenen meestal een oxidatietoestand aan van +3 (door alle drie de p-schilelektronen in de valentieschil te verliezen) of +5 (door alle drie de p-schil en beide s-schilelektronen in de valentieschil te verliezen). Het is echter waarschijnlijker dat zwaardere pnictogenen de +3 oxidatietoestand vormen dan lichtere omdat de s-schilelektronen meer gestabiliseerd worden.
−3 oxidatietoestandEdit
Pnictogenen kunnen reageren met waterstof om pnictogene hydriden zoals ammoniak te vormen. Als we de groep afdalen, naar fosfaan (fosfine), arsaan (arsine), stibaan (stibine) en tenslotte bismutaan (bismutine), wordt elk pnictogeenhydride geleidelijk minder stabiel / instabieler, giftiger en heeft een kleinere waterstof-waterstofhoek (van 107,8 ° in ammoniak tot 90,48 ° in bismutaan). (Technisch gezien hebben alleen ammoniak en fosfaan het pnictogeen in de −3 oxidatietoestand omdat het pnictogeen overigens minder elektronegatief is dan waterstof.)
Kristalvaste stoffen met volledig gereduceerde pnictogenen omvatten yttriumnitride, calciumfosfide, natriumarsenide, indiumantimonide en zelfs dubbele zouten zoals aluminium gallium indiumfosfide. Deze omvatten III-V-halfgeleiders, waaronder galliumarsenide, de op een na meest gebruikte halfgeleider na silicium.
+3 oxidatietoestand Bewerken
Stikstof vormt een beperkt aantal stabiele III-verbindingen. Stikstof (III) oxide kan alleen bij lage temperaturen worden geïsoleerd en salpeterigzuur is onstabiel. Stikstoftrifluoride is het enige stabiele stikstoftrihalogenide, waarbij stikstoftrichloride, stikstoftribromide en stikstoftrifluoride explosief zijn – stikstoftrifluoride is zo schokgevoelig dat de aanraking van een veer het tot ontploffing brengt. Fosfor vormt een + III oxide dat stabiel is bij kamertemperatuur, fosforzuur en verschillende trihalogeniden, hoewel het trijodide onstabiel is. Arseen vormt + III verbindingen met zuurstof als arsenieten, arseenzuur en arseen (III) oxide, en het vormt alle vier de trihalogeniden.Antimoon vormt antimoon (III) oxide en antimoniet, maar geen oxyzuren. De trihalogeniden, antimoontrifluoride, antimoontrichloride, antimoontribromide en antimoontrijodide hebben, net als alle pnictogene trihalogeniden, elk een trigonale piramidale moleculaire geometrie.
De +3 oxidatietoestand is de meest voorkomende oxidatietoestand van bismuth, omdat het het vermogen om de oxidatietoestand +5 te vormen wordt belemmerd door relativistische eigenschappen op zwaardere elementen, effecten die nog meer uitgesproken zijn met betrekking tot moscovium. Bismut (III) vormt een oxide, een oxychloride, een oxynitraat en een sulfide. Moscovium (III) wordt voorspeld zich op dezelfde manier gedragen als bismut (III). Er wordt voorspeld dat Moscovium alle vier de trihalogeniden vormt, waarvan wordt voorspeld dat alles behalve het trifluoride oplosbaar is in water. Er wordt ook voorspeld dat het een oxychloride en oxybromide vormt in de oxidatietoestand + III. / p>
+5 oxidatietoestand Bewerken
Voor stikstof dient de +5-toestand doorgaans alleen als een formele verklaring van moleculen zoals N2O5, zoals de hoge elektronegativiteit van stikstof zorgt ervoor dat de elektronen vrijwel gelijkmatig worden verdeeld. Pnictogene verbindingen met coördinatienummer 5 zijn hypervalent. Stikstof (V) fluoride is slechts theoretisch en is niet gesynthetiseerd. De echte +5 toestand komt vaker voor voor de in wezen niet-relativistische typische pnictogenen fosfor, arseen en antimoon, zoals blijkt uit hun oxiden, fosfor (V) oxide, arseen (V) oxide en antimoon (V) oxide, en hun fluoriden, fosfor (V) fluoride, arseen (V) fluoride, antimoon (V) fluoride. Ten minste twee vormen ook verwante fluoride-anionen, hexafluorfosfaat en hexafluorantimonaat, die functioneren als niet-coördinerende anionen. Fosfor vormt zelfs gemengde oxide-halogeniden, bekend als oxyhalogeniden, zoals fosforoxychloride, en gemengde pentahaliden, zoals fosfortrifluordichloride. Pentamethylpnictogen (V) -verbindingen bestaan voor arseen, antimoon en bismut. Voor bismut wordt de oxidatietoestand +5 echter zeldzaam vanwege de relativistische stabilisatie van de 6s-orbitalen die bekend staan als het inerte paareffect, zodat de 6s-elektronen terughoudend zijn om chemisch te binden. Dit zorgt ervoor dat bismut (V) oxide onstabiel is en bismut (V) fluoride reactiever is dan de andere pnictogeen pentafluoriden, waardoor het een extreem krachtig fluoreringsmiddel is. Dit effect is zelfs nog meer uitgesproken voor moscovium, waardoor het geen oxidatietoestand van +5 kan bereiken.
Andere oxidatietoestanden Bewerken
- Stikstof vormt een verscheidenheid aan verbindingen met zuurstof waarin de stikstof kan verschillende oxidatietoestanden aannemen, waaronder + II, + IV, en zelfs sommige verbindingen met gemengde valentie en een zeer onstabiele oxidatietoestand van + VI.
- In hydrazine, difosfaan en organische derivaten van de twee hebben de stikstof / fosforatomen de −2 oxidatietoestand. Evenzo heeft diimide, dat twee stikstofatomen dubbel aan elkaar gebonden heeft, en zijn organische derivaten stikstof in de oxidatietoestand van -1.
- Evenzo heeft realgar arseen-arseenbindingen, dus het arseen s oxidatietoestand is + II.
- Een overeenkomstige verbinding voor antimoon is Sb2 (C6H5) 4, waarbij de oxidatietoestand van het antimoon + II is.
- Fosfor heeft de +1 oxidatietoestand in hypofosforzuur en de +4 oxidatietoestand in hypofosforzuur.
- Antimoontetroxide is een gemengde valentie-verbinding, waarbij de helft van de antimoonatomen zich in de +3 oxidatietoestand bevinden , en de andere helft bevindt zich in de oxidatietoestand +5.
- Verwacht wordt dat moscovium een inert paareffect zal hebben voor zowel de 7s als de 7p1 / 2 elektronen, aangezien de bindingsenergie van de eenzame 7p3 / 2 elektron is merkbaar lager dan dat van de 7p1 / 2 elektronen. Verwacht wordt dat dit ervoor zorgt dat + I een veel voorkomende oxidatietoestand is voor moscovium, hoewel het ook in mindere mate voorkomt voor bismut en stikstof.
PhysicalEdit
De pnictogenen bestaan uit twee niet-metalen (één gas, één vast), twee metalloïden, één metaal en één element met onbekende chemische eigenschappen. Alle elementen in de groep zijn bij kamertemperatuur vaste stoffen, behalve stikstof, dat gasvormig is bij kamertemperatuur. Stikstof en bismut zijn, ondanks dat ze beide pnictogenen zijn, heel verschillend in hun fysische eigenschappen. Bij STP is stikstof bijvoorbeeld een transparant niet-metallisch gas, terwijl bismut een zilverwit metaal is.
Het smeltpunt van stikstof is −210 ° C en het kookpunt is −196 ° C. Fosfor heeft een smeltpunt van 44 ° C en een kookpunt van 280 ° C. Arseen is een van de slechts twee elementen die bij standaarddruk sublimeren; het doet dit bij 603 ° C. Het smeltpunt van antimoon is 631 ° C en kookpunt is 1587 ° C. Het smeltpunt van bismuth is 271 ° C en het kookpunt is 1564 ° C.
De kristalstructuur van stikstof is hexagonaal. De kristalstructuur van fosfor is kubisch. Arseen, antimoon en bismut hebben allemaal rhombohedrale kristalstructuren.