ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 10. ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

§ 10.1. Загальна характеристика підгрупи нітрогену

Підгрупу нітрогену складають п'ять елементів: нітроген, фосфор, стибій, арсен і бісмут. Це р-елементи V групи періодичної системи Д. І. Менделєєва. На зовнішньому енергетичному рівні їх атоми мають по п’ять електронів — ns2 nр3 (п. 2, табл. 10.1). Тому найвищий ступінь окиснення цих елементів дорівнює +5, найнижчий —3, характерний також +3.

Таблиця 10.1. Властивості елементів підгрупи азоту

На прикладі нітрогену і фосфору розглянемо валентні стани елементів. Електронна будова зовнішніх енергетичних рівнів їх атомів така:

У атома нітрогену є три неспарених електрони. Тому валентність нітрогену дорівнює трьом. Оскільки нітроген не має на зовнішньому рівні d -підрівня, то його електрони розпаровуватись не можуть. Однак атом нітрогену може віддати із 2s -підрівня один електрон іншому електронегативному атому, тоді він набуде заряду (N) і матиме чотири неспарених електрони, тобто стане чотиривалентним. Це здійснюється, наприклад, в нітратній кислоті HNO₃, де нітроген чотиривалентний. П’ятивалентним нітроген бути не може (див. § 3.10).

У атомів фосфору і наступних елементів підгрупи є вільні орбіталі на Зd -підрівні, а тому, переходячи у збуджений стан, будуть розпаровуватися 3s -електрони (вказано стрілкою).

Таким чином, у незбудженому стані всі елементи підгрупи нітрогену мають валентність три, у збудженому — всі, крім нітрогену, мають валентність п’ять.

З гідрогеном елементи підгрупи нітрогену утворюють сполуки типу RH₃. Молекули RH₃ мають пірамідальну форму (див. рис. 3.4). У цих сполуках зв’язки елементів з гідрогеном значно міцніші, ніж у відповідних сполуках елементів підгрупи оксигену і особливо підгрупи галогенів. Тому водневі сполуки елементів підгрупи нітрогену у водних розчинах не утворюють іонів гідрогену.

З оксигеном елементи підгрупи нітрогену утворюють оксиди загальної формули R₂O₃ і R₂O₅. Оксидам відповідають кислоти HRO₂ та HRO₃ (і ортокислоти H₃RO₄, крім нітрогену). В межах підгрупи характер оксидів змінюється так: N₂O₃ — кислотний оксид; Р₄О₆ — слабкокислотний оксид; AS₂O₃ — амфотерний оксид з переважанням кислотних властивостей; SbО₃ — амфотерний оксид з переважанням основних властивостей; Вl₂О₃ — основний оксид. Отже, кислотні властивості оксидів складу R₂O₃ та R₂O₅ зменшуються зі зростанням порядкового номера елемента (п.1, табл. 10.1).

Як видно з п.З і 6 табл. 10.1, у підгрупі зі зростанням порядкового номера неметалічні властивості слабшають, а металічні посилюються. Цим пояснюється зменшення міцності водневих сполук RH₃ від NH₃ до ВiН₃, а також зменшення міцності кисневмісних сполук у зворотному порядку.

Дуже різні властивості першого та останнього елементів підгрупи: нітроген — неметал (х = 3,07), бісмут — метал (х = 1,67). Проте, як свідчать дані табл. 10.1, перехід від першого до останнього здійснюється закономірно зі зростанням заряду ядра атома і порядкового номера елемента.