Войти
A пниктоген (или ; из Древнегреческий : πνῑ́γω «задушить» и -gen, «генератор») означает любой из химических элементов в группа 15 таблицы Менделеева. Эта группа также известна как семейство азота . Он состоит из элементов азот (N), фосфор (P), мышьяк (As), сурьма (Sb), висмут (Bi) и, возможно, химически не охарактеризованный синтетический элемент московий (Mc).
В современной нотации IUPAC это называется Группа 15 . В CAS и старых системах IUPAC он назывался Группа V Aи Группа V Bсоответственно (произносилось «группа пять A» и «группа пять B», «V "для римской цифры 5). В области физики полупроводников его обычно называют группой V . «Пятерка» («V») в исторических названиях происходит от «пентавалентности » азота, что отражено стехиометрией соединений, таких как N 2O5. Их также называли пентелами .
Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют похожие модели в электронной конфигурации, особенно в самых внешних оболочках, что приводит к тенденциям в химическом поведении.
| Z | Элемент | Электронов на оболочку |
|---|---|---|
| 7 | азота | 2, 5 |
| 15 | фосфор | 2, 8, 5 |
| 33 | мышьяк | 2, 8, 18, 5 |
| 51 | сурьма | 2, 8, 18, 18, 5 |
| 83 | висмут | 2, 8, 18, 32, 18, 5 |
| 115 | московский | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 5 (прогнозируемый) |
Эта группа имеет определяющую характеристику, заключающуюся в том, что все составляющие элементы имеют 5 электроны в их самой внешней оболочке, то есть 2 электрона в подоболочке s и 3 неспаренных электрона в подоболочке p. Следовательно, им не хватает 3 электронов, чтобы заполнить их внешнюю электронную оболочку в не- ионизированном состоянии. Термин-символ Рассела-Сондерса основного состояния во всех элементах в группе - S ⁄2.
. Наиболее важными элементами этой группы являются азот (N), который в своем двухатомном Форма является основным компонентом воздуха, а фосфор (P), который, как и азот, необходим для всех известных форм жизни.
Бинарные соединения группы могут в совокупности называться пниктидами . Пниктидные соединения имеют тенденцию быть. Некоторые пниктиды обладают различными свойствами, в том числе диамагнитными и парамагнитными при комнатной температуре, прозрачностью и генерированием электричества при нагревании. Другие пниктиды включают тройные редкоземельные пниктиды основной группы. Они имеют форму RE aMbPnc, где M представляет собой элемент углеродной группы или элемент группы бора, а Pn представляет собой любой пниктоген, кроме азота. Эти соединения находятся между ионными и ковалентными соединениями и, таким образом, обладают необычными связывающими свойствами.
Эти элементы также известны своей стабильностью в соединениях из-за их склонности к образованию двойных и тройных ковалентных связей. Это свойство этих элементов обуславливает их потенциальную токсичность, наиболее очевидную для фосфора, мышьяка и сурьмы. Когда эти вещества вступают в реакцию с различными химическими веществами организма, они создают сильные свободные радикалы, которые не легко обрабатываются печенью, где они накапливаются. Парадоксально, но именно эта сильная связь вызывает снижение токсичности азота и висмута (когда они находятся в молекулах), поскольку они образуют прочные связи с другими атомами, которые трудно расщепить, создавая очень инертные молекулы. Например, N 2, двухатомная форма азота, используется в качестве инертного газа в ситуациях, когда используется аргон или другой благородный газ Было бы слишком дорого.
Образованию кратных связей способствуют их пять валентных электронов, тогда как правило октетов допускает пниктоген для принятия трех электронов при ковалентной связи. Поскольку 5>3, он оставляет неиспользованными два электрона в неподеленной паре, если вокруг нет положительного заряда (как в NH +. 4 ). Когда пниктоген образует только три одинарных связи, эффекты неподеленной пары обычно приводят к треугольной пирамидальной геометрии молекулы.
Легкие пниктогены (азот, фосфор и мышьяк) имеют тенденцию образовывать -3 заряда при уменьшении, завершая свой октет. При окислении или ионизации пниктогены обычно принимают степень окисления +3 (за счет потери всех трех электронов p-оболочки в валентной оболочке) или +5 (за счет потери всех трех электронов p-оболочки и обоих электронов s-оболочки в валентной оболочке). Однако более тяжелые пниктогены с большей вероятностью образуют степень окисления +3, чем более легкие из-за того, что электроны s-оболочки становятся более стабилизированными.
Пниктогены могут реагировать с водород с образованием гидридов пниктогенов, таких как аммиак. Спускаясь по группе к фосфану (фосфину), арсану (арсину), стибану (стибину) и, наконец, висмутану (висмутин), каждый гидрид пниктогена становится все менее стабильным / более нестабильным, более токсичным и имеет меньший водород-водородный угол (от 107,8 ° в аммиаке до 90,48 ° в висмутане). (Кроме того, технически только аммиак и фосфан имеют пниктоген в степени окисления -3, потому что в остальном пниктоген менее электроотрицателен, чем водород.)
Кристаллические твердые частицы, содержащие полностью восстановленные пниктогены, включают иттрий нитрид, фосфид кальция, арсенид натрия, антимонид индия и даже двойные соли, такие как фосфид алюминия, галлия, индия. К ним относятся полупроводники III-V, в том числе арсенид галлия, второй по распространенности полупроводник после кремния.
Азот образует ограниченное количество стабильных соединений III. Оксид азота (III) можно выделить только при низких температурах, а азотистая кислота нестабильна. Трифторид азота является единственным стабильным тригалогенидом азота, при этом трихлорид азота, трибромид азота и трийодид азота являются взрывоопасными - трииодид азота вызывает такой шок -чувствителен к тому, что прикосновение пера взрывает его. Фосфор образует a + III оксид, который стабилен при комнатной температуре, фосфористую кислоту и несколько тригалогенидов, хотя трииодид нестабилен. Мышьяк образует соединения + III с кислородом в виде арсенитов, мышьяковистой кислоты и оксида мышьяка (III), и он образует все четыре тригалогенида. Сурьма образует оксид сурьмы (III) и антимонит, но не оксикислоты. Его тригалогениды, трифторид сурьмы, трихлорид сурьмы, трибромид сурьмы и трийодид сурьмы, как и все тригалогениды пниктогена, имеют тригонально-пирамидальная молекулярная геометрия.
Степень окисления +3 является наиболее распространенной степенью окисления висмута, поскольку его способности образовывать степень окисления +5 препятствуют релятивистские свойства для более тяжелых элементов, эффекты, которые еще более выражены в отношении московский. Висмут (III) образует оксид, оксихлорид, оксинитрат и сульфид. Согласно прогнозам, московий (III) ведет себя аналогично висмуту (III). Согласно прогнозам, московий образует все четыре тригалогенида, все из которых, кроме трифторида, будут растворимы в воде. Также прогнозируется образование оксихлорида и оксибромида в степени окисления + III.
Для азота состояние +5 обычно служит только формальным объяснением таких молекул, как N2O5, поскольку высокая электроотрицательность азота приводит к разделению электронов почти равномерно. Пниктогенные соединения с координационным числом 5 являются гипервалентными. Фторид азота (V) носит теоретический характер и не синтезировался. «Истинное» состояние +5 более характерно для по существу нерелятивистских типичных пниктогенов фосфор, мышьяк и сурьма, как показано в их оксидах, оксид фосфора (V), оксид мышьяка (V) и оксид сурьмы (V) и их фториды, фторид фосфора (V), фторид мышьяка (V), фторид сурьмы (V). По меньшей мере два также образуют родственные фторид-анионы, гексафторфосфат и гексафторантимонат, которые действуют как некоординирующие анионы. Фосфор даже образует смешанные оксидно-галогениды, известные как оксигалогениды, такие как оксихлорид фосфора, и смешанные пентагалогениды, такие как трифтордихлорид фосфора. Соединения пентаметилпниктогена (V) существуют для мышьяка, сурьмы и висмута. Однако для висмута степень окисления +5 становится редкой из-за релятивистской стабилизации 6s-орбиталей, известной как эффект инертной пары, так что 6s-электроны не хотят связываться химически.. Это делает его нестабильным и фторид висмута (V) становится более реактивным, чем другие пентафториды пниктогена, что делает его чрезвычайно мощным фторирующим агентом. Этот эффект еще более выражен для московия, не позволяя ему достичь степени окисления +5.
Пниктогены состоят из двух неметаллов (один газ, одно твердое тело), два металлоида, один металл и один элемент с неизвестными химическими свойствами. Все элементы в группе представляют собой твердые вещества при комнатной температуре, за исключением азота, который является газообразным при комнатной температуре. Азот и висмут, несмотря на то, что оба являются пниктогенами, очень разные по своим физическим свойствам. Например, в STP азот представляет собой прозрачный неметаллический газ, а висмут - серебристо-белый металл.
плотности пниктогенов возрастают по направлению к более тяжелым пниктогенам. Плотность азота составляет 0,001251 г / см при STP. Плотность фосфора составляет 1,82 г / см при стандартном давлении, мышьяка - 5,72 г / см, сурьмы - 6,68 г / см, висмута - 9,79 г / см.
точка плавления азота составляет -210 ° C и температура кипения -196 ° C. Фосфор имеет температуру плавления 44 ° C и температуру кипения 280 ° C. Мышьяк является одним из двух элементов, которые сублимируют при стандартном давлении; это происходит при 603 ° C. Температура плавления сурьмы составляет 631 ° C, а температура кипения - 1587 ° C. Температура плавления висмута составляет 271 ° C, а температура кипения - 1564 ° C.
Кристаллическая структура азота имеет гексагональную структуру. Кристаллическая структура фосфора кубическая. Мышьяк, сурьма и висмут имеют ромбоэдрическую кристаллическую структуру.
Азотистое соединение соляной аммиак (хлорид аммония) известно с тех пор, как время древних египтян. В 1760-х годах два ученых, Генри Кавендиш и Джозеф Пристли, изолировали азот из воздуха, но ни один из них не осознал присутствие неоткрытого элемента. Лишь несколько лет спустя, в 1772 году, Дэниел Резерфорд понял, что газ действительно был азотом.
алхимик Хенниг Брандт впервые обнаружил фосфор в Гамбурге в 1669 году. Брандт произвел элемент путем нагревания испаренной мочи и конденсации образовавшихся паров фосфора в воде. Первоначально Брандт думал, что открыл Философский камень, но в конце концов понял, что это не так.
Соединения мышьяка известны уже не менее 5000 лет, а древнегреческие Теофраст узнал минералы мышьяка, названные реалгар и orpiment. Элементарный мышьяк был открыт в 13 веке Альбертом Магнусом..
Сурьма была хорошо известна древним. В Лувре есть ваза возрастом 5000 лет, сделанная из почти чистой сурьмы. В вавилонские времена в красителях использовали соединения сурьмы. Минерал сурьмы стибнит, возможно, был компонентом греческого огня.
. Висмут был впервые обнаружен алхимиком в 1400 году. Через 80 лет после открытия висмута он нашел применение в печати и украшали шкатулки. Инки также использовали висмут в ножах к 1500 году. Первоначально считалось, что висмут - это то же самое, что и свинец, но в 1753 году Клод Франсуа Жоффруа доказал, что висмут отличается от свинца. 441>
Московий был успешно произведен в 2003 году путем бомбардировки атомов америция-243 атомами кальция-48.
Термин «пниктоген» (или «пнигоген») происходит от древнегреческого слова πνίγειν (pnígein), означающего «задыхаться», относящегося к удушающим свойствам газообразного азота. Он также может использоваться как мнемоника для двух наиболее распространенных членов, P и N. Термин «пниктоген» был предложен голландским химиком Антоном Эдуардом ван Аркелем в начале 1950-х годов.. Его также пишут «пникоген» или «пнигоген». Термин «пникоген» встречается реже, чем термин «пниктоген», и соотношение академических исследовательских работ, использующих «пниктоген», к тем, которые используют «пникоген», составляет 2,5: 1. Это происходит из греческого корень πνιγ- (задушить, задушить), и, таким образом, слово «пниктоген» также является ссылкой на голландские и немецкие названия азота (stikstof и Stickstoffcode: deu, преобразованные в code: de, соответственно, «удушающее вещество»: т.е. вещество в воздухе, не поддерживающее дыхание). Следовательно, «пниктоген» можно перевести как «создатель удушья». Слово «пниктид» также происходит от того же корня.
Имя pentels (от греч. Πέντε, pénte, пять) также когда-то обозначало эту группу.
Коллекция образцов пниктогена Азот составляет 25 частей на миллион земной коры, в среднем 5 частей на миллион почвы, от 100 до 500 частей на триллион морской воды и 78% сухого воздуха. Большая часть азота на Земле находится в форме газообразного азота, но некоторые нитратные минералы действительно существуют. Азот составляет 2,5% от массы обычного человека.
Фосфор составляет 0,1% от земной коры, что делает его 11-м элементом по распространенности в этой области. Фосфор составляет 0,65 частей на миллион почвы и от 15 до 60 частей на миллиард морской воды. На Земле 200 Мт доступных фосфатов. Фосфор составляет 1,1% от веса обычного человека. Фосфор присутствует в минералах семейства апатит, которые являются основными компонентами фосфатных пород.
Мышьяк составляет 1,5 части на миллион земной коры, что делает его 53-м по содержанию элементом в ней. Почвы содержат от 1 до 10 частей на миллион мышьяка, а морская вода - 1,6 частей на миллиард мышьяка. Мышьяк составляет 100 частей на миллиард веса обычного человека. Некоторое количество мышьяка существует в элементарной форме, но большая часть мышьяка содержится в минералах мышьяка orpiment, realgar, арсенопирит и энаргит.
Сурьма дает составляет 0,2 частей на миллион земной коры, что делает его 63-м по величине элементом в этой области. Почвы содержат в среднем 1 часть на миллион сурьмы, а морская вода - в среднем 300 частей на триллион. Типичный человек содержит 28 частей на миллиард сурьмы по весу. Некоторая элементарная сурьма встречается в месторождениях серебра.
Висмут составляет 48 частей на миллиард земной коры, что делает его 70-м наиболее распространенным элементом там. Почвы содержат примерно 0,25 частей на миллион висмута, а морская вода - 400 частей на триллион висмута. Висмут чаще всего встречается в виде минерала висмутин, но висмут также встречается в элементарной форме или в сульфидных рудах.
Московий производится несколькими атомами одновременно в ускорителях частиц.
Азот можно получить путем фракционной перегонки воздуха.
Основной метод производства фосфора восстановить фосфаты с помощью углерода в дуговой печи.
Большая часть мышьяка получается путем нагревания минерала арсенопирита в присутствии воздуха.. Образуется As4O6, из которого мышьяк может быть извлечен путем восстановления углерода. Однако также можно получить металлический мышьяк путем нагревания арсенопирита при 650-700 ° C без кислорода.
С сульфидными рудами способ производства сурьмы зависит от количества сурьмы в сырой руде. Если руда содержит от 25% до 45% сурьмы по весу, то сырую сурьму получают путем плавки руды в доменной печи . Если руда содержит от 45% до 60% сурьмы по весу, сурьму получают путем нагревания руды, также известного как ликвидация. Руды с содержанием сурьмы более 60% по весу химически замещаются железной стружкой из расплавленной руды, что приводит к образованию нечистого металла.
Если оксидная руда сурьмы содержит менее 30% сурьмы по весу, руда восстанавливается в доменной печи. Если руда содержит около 50% сурьмы по весу, руда восстанавливается в отражательной печи .
Сурьмяные руды со смешанными сульфидами и оксидами плавятся в доменной печи.
Минералы висмута действительно встречаются, в частности, в форме сульфидов и оксидов, но более экономично производить висмут в качестве побочного продукта плавки свинцовых руд или, как в Китае, вольфрамовых и цинковых руд.
Московий производится несколькими атомами одновременно в ускорителях частиц путем запуска пучка ионов кальция-48 на америций до тех пор, пока ядра не сливаются.
Азот - это компонент молекул, жизненно важных для жизни на Земле, таких как ДНК и аминокислоты. Нитраты встречаются в некоторых растениях из-за бактерий, присутствующих в узлах растения. Это наблюдается у бобовых растений, таких как горох, шпинат и салат. Типичный человек массой 70 кг содержит 1,8 кг азота.
Фосфор в форме фосфатов присутствует в соединениях, важных для жизни, таких как ДНК и АТФ. Люди потребляют примерно 1 г фосфора в день. Фосфор содержится в таких продуктах, как рыба, печень, индейка, курица и яйца. Дефицит фосфата - это проблема, известная как гипофосфатемия. Типичный человек весом 70 кг содержит 480 г фосфора.
Мышьяк способствует росту цыплят и крыс и может быть необходим для человека в небольших количествах. Было показано, что мышьяк способствует метаболизму аминокислоты аргинин. Типичный человек весом 70 кг содержит 7 мг мышьяка.
Неизвестно, что сурьма играет биологическую роль. Растения потребляют лишь следовые количества сурьмы. Типичный человек весом 70 кг содержит примерно 2 мг сурьмы.
Неизвестно, что висмут играет биологическую роль. Люди потребляют в среднем менее 20 мкг висмута в день. В типичном человеке массой 70 кг содержится менее 500 мкг висмута.
Газообразный азот полностью нетоксичен, но вдыхание чистого газообразного азота смертельно опасно., потому что это вызывает азотное удушье. Накопление пузырьков азота в крови, например пузырьков, которые могут возникнуть во время подводного плавания с аквалангом, может вызвать состояние, известное как «изгибы» (декомпрессионная болезнь ). Многие соединения азота, такие как цианистый водород и азотсодержащие взрывчатые вещества, также очень опасны.
Белый фосфор, аллотроп фосфора, является токсичен, смертельная доза составляет 1 мг на кг массы тела. Белый фосфор обычно убивает людей в течение недели после приема внутрь, поражая печень. Вдыхание фосфора в газообразной форме может вызвать промышленное заболевание, называемое «фосфорная челюсть », которое разъедает кость челюсти. Белый фосфор также легко воспламеняется. Некоторые фосфорорганические соединения могут смертельно блокировать определенные ферменты в организме человека.
Элементарный мышьяк токсичен, как и многие из его неорганических соединений ; однако некоторые из его органических соединений могут способствовать росту цыплят. Смертельная доза мышьяка для типичного взрослого человека составляет 200 мг и может вызвать диарею, рвоту, колики, обезвоживание и кому. Смерть от отравления мышьяком обычно наступает в течение дня.
Сурьма умеренно токсична. Кроме того, вино, пропитанное сурьмой, может вызвать рвоту. При приеме в больших дозах сурьма вызывает рвоту у жертвы, которая затем выздоравливает и умирает через несколько дней. Сурьма присоединяется к определенным ферментам, и ее трудно удалить. Стибин, или SbH 3, гораздо более токсичен, чем чистая сурьма.
Сам висмут в основном нетоксичен, хотя потребляет слишком много из него может повредить печень. Сообщалось, что только один человек умер от отравления висмутом. Однако потребление растворимых солей висмута может вызвать у человека почернение десен.
Московий слишком нестабилен, чтобы проводить какие-либо химические исследования токсичности.
