ChemicalEdit
Podobnie jak inne grupy, członkowie tej rodziny wykazują podobne wzorce w konfiguracji elektronów, szczególnie w zewnętrznych powłokach, co skutkuje trendami w zachowaniu chemicznym.
Cechą charakterystyczną tej grupy jest to, że wszystkie elementy składowe mają 5 elektronów w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce, czyli 2 elektrony w podpowłoce s i 3 niesparowane elektrony w podpowłoce p. Dlatego brakuje im 3 elektronów do wypełnienia swojej najbardziej zewnętrznej powłoki elektronowej w stanie niezjonizowanym. Symbolem Russella-Saundersa stanu podstawowego we wszystkich pierwiastkach w grupie jest 4S 3⁄2.
Najważniejszymi pierwiastkami z tej grupy jest azot (N), który w postaci dwuatomowej jest główny składnik powietrza i fosfor (P), który podobnie jak azot jest niezbędny dla wszystkich znanych form życia.
CompoundsEdit
Związki binarne z tej grupy można określać zbiorczo jako pnictides. Związki pnictide wydają się być egzotyczne. Różne właściwości, które mają niektóre pniktydy, obejmują bycie diamagnetycznym i paramagnetycznym w temperaturze pokojowej, przezroczystość i wytwarzanie energii elektrycznej po podgrzaniu. Inne pnictydy obejmują trójskładnikową odmianę pnictides z głównej grupy ziem rzadkich. Występują one w postaci REaMbPnc, gdzie M to grupa węglowa lub pierwiastek z grupy boru, a Pn to dowolny piktogen oprócz azotu. Związki te znajdują się między związkami jonowymi i kowalencyjnymi, a zatem mają niezwykłe właściwości wiązania.
Te pierwiastki są również znane ze swojej trwałości w związkach ze względu na ich tendencję do tworzenia podwójnych i potrójnych wiązań kowalencyjnych. Jest to właściwość tych pierwiastków, która prowadzi do ich potencjalnej toksyczności, najbardziej widocznej w fosforze, arsenie i antymonie. Gdy te substancje reagują z różnymi chemikaliami organizmu, tworzą silne, trudne do przetworzenia przez wątrobę, wolne rodniki, w których się gromadzą. Paradoksalnie to właśnie to silne wiązanie powoduje zmniejszoną toksyczność azotu i bizmutu (gdy są w cząsteczkach), ponieważ tworzą one silne wiązania z innymi atomami, które są trudne do rozerwania, tworząc bardzo niereaktywne cząsteczki. Na przykład N2, dwuatomowa postać azot, jest używany jako gaz obojętny w sytuacjach, gdy użycie argonu lub innego gazu szlachetnego byłoby zbyt drogie.
Tworzenie wiązań wielokrotnych jest ułatwione przez ich pięć elektronów walencyjnych, podczas gdy reguła oktetu pozwala piktogenowi przyjmować trzy elektrony na wiązaniu kowalencyjnym. Ponieważ 5 > 3, pozostawia niewykorzystane dwa elektrony w samotnej parze, chyba że wokół jest ładunek dodatni (jak w NH +
4). Kiedy piktogen tworzy tylko trzy pojedyncze wiązania, efekty samotnej pary zwykle skutkują trójkątną piramidalną geometrią molekularną.
Stany utlenianiaEdytuj
Lekkie piktogeny (azot, fosfor i arsen) mają tendencję do tworzenia Zmniejszone 3 ładunki uzupełniają oktet Po utlenieniu d lub zjonizowane, piktogeny zazwyczaj przyjmują stopień utlenienia +3 (tracąc wszystkie trzy elektrony powłoki p w powłoce walencyjnej) lub +5 (tracąc wszystkie trzy powłoki p i oba elektrony powłoki s w powłoce walencyjnej). Jednak cięższe piktogeny z większym prawdopodobieństwem utworzą stopień utlenienia +3 niż lżejsze, ponieważ elektrony powłoki s są bardziej ustabilizowane.
-3 stopień utlenieniaEdytuj
Pnictogeny mogą reagować z wodorem, tworząc wodorki piktogenów, takie jak amoniak. Idąc w dół grupy, do fosfanu (fosfiny), arsanu (arsanu), stibanu (stibiny) i wreszcie bizmutanu (bizmutanu), każdy wodorek piktogenu staje się stopniowo mniej stabilny / bardziej niestabilny, bardziej toksyczny i ma mniejszy kąt wodór-wodór (od 107,8 ° w amoniaku do 90,48 ° w bizmutanie). (Również technicznie tylko amoniak i fosfan mają piktogen na -3 stopniu utlenienia, ponieważ w pozostałych przypadkach piktogen jest mniej elektroujemny niż wodór).
Kryształy zawierające całkowicie zredukowane piktogeny obejmują azotek itru, fosforek wapnia, arsenek sodu, antymonek indu, a nawet sole podwójne, takie jak fosforek glinowo-galu i indu. Należą do nich półprzewodniki III-V, w tym arsenek galu, drugi najpowszechniej stosowany półprzewodnik po krzemie.
+3 stopień utlenieniaEdytuj
Azot tworzy ograniczoną liczbę stabilnych związków III. Tlenek azotu (III) można wyodrębnić tylko w niskich temperaturach, a kwas azotowy jest niestabilny. Trifluorek azotu jest jedynym stabilnym trójhalogenkiem azotu, przy czym trójchlorek azotu, tribromek i trójjodek azotu są wybuchowe – trójjodek azotu jest tak wrażliwy na wstrząsy, że zdetonuje go dotyk pióra. Fosfor tworzy tlenek + III, który jest stabilny w temperaturze pokojowej, kwas fosforawy i kilka trihalogenków, chociaż trójjodek jest niestabilny. Arsen tworzy związki + III z tlenem jako arseniny, kwas arsenowy i tlenek arsenu (III) i tworzy wszystkie cztery trihalogenki.Antymon tworzy tlenek antymonu (III) i antymonit, ale nie kwasy tlenowe. Jego trihalogenki, trifluorek antymonu, trichlorek antymonu, tribromek antymonu i trijodek antymonu, podobnie jak wszystkie trihalogenki pniktogenu, mają geometrię molekularną piramidalnej trójkątnej piramidy. Zdolność do tworzenia stopnia utlenienia +5 jest utrudniona przez relatywistyczne właściwości cięższych pierwiastków, efekty, które są jeszcze bardziej wyraźne w przypadku moskowa. Bizmut (III) tworzy tlenek, tlenochlorek, tlenoazotan i siarczek. Przewiduje się moskow (III) zachowywać się podobnie do bizmutu (III). Przewiduje się, że Moscovium utworzy wszystkie cztery trihalogenki, z których wszystkie oprócz trifluorku mają być rozpuszczalne w wodzie. Przewiduje się również, że utworzy tlenochlorek i oksybromek w + III stopniu utlenienia.
+5 stopień utlenieniaEdytuj
W przypadku azotu stan +5 służy zwykle jako formalne wyjaśnienie cząsteczek takich jak N2O5, jak wysoka elektroujemność azotu powoduje, że elektrony dzielą się prawie równomiernie. Związki Pnictogen o numerze koordynacyjnym 5 są hiperwalentne. Fluorek azotu (V) jest tylko teoretyczny i nie został zsyntetyzowany. „Prawdziwy” stan +5 jest bardziej powszechny dla zasadniczo nierelatywistycznych typowych piktogenów fosforu, arsenu i antymonu, jak pokazano w ich tlenkach, tlenku fosforu (V), tlenku arsenu (V) i tlenku antymonu (V), i ich fluorki, fluorek fosforu (V), fluorek arsenu (V), fluorek antymonu (V). Co najmniej dwa również tworzą pokrewne aniony fluorkowe, heksafluorofosforan i heksafluoroantymonian, które działają jako niekoordynujące aniony. Fosfor tworzy nawet mieszane halogenki tlenków, znane jako oksyhalogenki, takie jak tlenochlorek fosforu, i mieszane pentahalogenki, takie jak trifluorodichlorek fosforu. Związki pentametylopniktogenu (V) istnieją dla arsenu, antymonu i bizmutu. Jednak w przypadku bizmutu stopień utlenienia +5 staje się rzadki ze względu na relatywistyczną stabilizację orbitali 6s, znaną jako efekt pary obojętnej, tak że elektrony 6s są niechętne do wiązania chemicznego. Powoduje to, że tlenek bizmutu (V) jest niestabilny, a fluorek bizmutu (V) jest bardziej reaktywny niż inne pentafluorki pniktogenu, co czyni go niezwykle silnym środkiem fluorującym. Efekt ten jest jeszcze wyraźniejszy w przypadku moskovium, uniemożliwiając mu osiągnięcie stopnia utlenienia +5.
Inne stopnie utlenieniaEdytuj
- Azot tworzy z tlenem różnorodne związki, w których azot może przyjmować różne stopnie utlenienia, w tym + II, + IV, a nawet niektóre związki o mieszanej wartościowości i bardzo niestabilny stopień utlenienia + VI.
- W hydrazynie, difosfanie i organicznych pochodnych tych dwóch , atomy azotu / fosforu mają stopień utlenienia -2. Podobnie diimid, który ma dwa podwójnie związane ze sobą atomy azotu, a jego organiczne pochodne mają azot na stopniu utlenienia -1.
- Podobnie, realgar ma wiązania arsenowo-arsenowe, więc arsen „s stopień utlenienia + II.
- Odpowiednim związkiem dla antymonu jest Sb2 (C6H5) 4, gdzie stopień utlenienia antymonu wynosi + II.
- Fosfor ma stopień utlenienia +1 w kwasie podfosforawym i stopień utlenienia +4 w kwasie podfosforowym.
- Tetratlenek antymonu jest związkiem o mieszanej walencyjności, w którym połowa atomów antymonu znajduje się na +3 stopniu utlenienia , a druga połowa jest na +5 stopniu utlenienia.
- Oczekuje się, że moskovium będzie miało efekt obojętnej pary zarówno dla elektronów 7s, jak i 7p1 / 2, jako energia wiązania samotnego 7p3 / 2 elektron jest zauważalnie niższy niż elektronów 7p1 / 2. Przewiduje się, że spowoduje to + I, które będzie powszechnym stanem utlenienia moskwy, chociaż występuje również w mniejszym stopniu w przypadku bizmutu i azotu.
PhysicalEdit
Piktogeny składają się z dwóch niemetali (jednego gazu, jednego ciała stałego), dwóch metaloidów, jednego metalu i jednego pierwiastka o nieznanych właściwościach chemicznych. Wszystkie pierwiastki w tej grupie są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej, z wyjątkiem azotu, który jest gazowy w temperaturze pokojowej. Azot i bizmut, mimo że są pniktogenami, bardzo różnią się pod względem właściwości fizycznych. Na przykład w STP azot jest przezroczystym niemetalicznym gazem, podczas gdy bizmut jest srebrzystobiałym metalem.
Temperatura topnienia azotu wynosi -210 ° C, a jego temperatura wrzenia to -196 ° C. Fosfor ma temperaturę topnienia 44 ° C i temperaturę wrzenia 280 ° C.Arsen jest jednym z tylko dwóch pierwiastków, które sublimują przy standardowym ciśnieniu; robi to w 603 ° C.Temperatura topnienia antymonu wynosi 631 ° C, a jego temperatura wrzenia 1587 ° C. Temperatura topnienia bizmutu wynosi 271 ° C, a jego temperatura wrzenia 1564 ° C.
Struktura krystaliczna azotu jest heksagonalna. Struktura krystaliczna fosforu jest sześcienna. Arsen, antymon i bizmut mają romboedryczne struktury krystaliczne.