V группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (азот, фосфор)

К элементам главной подгруппы V группы периодической таблицы Менделеева относятся:

  • Азот N
  • Фосфор P
  • Мышьяк As
  • Сурьма Sb
  • Висмут Bi

Общая характеристика элементов 5 группы главной подгруппы

От N к Bi (сверху вниз в периодической таблице)

Увеличивается

Уменьшается

  • электроотрицательность,
  • энергия ионизация,
  • сродство к электрону.
Периодическая таблица_5 группа

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 5 электронов на внешнем слое ns2np3:

N – 2s2 2p3;

P – 3s23p3;

As – 4s2 4p3;

Sb – 5s2 5p3;

Bi – 6s2 6p3

Db – 7s27p3

Электронное строение азота и фосфора

Азот, фосфор_электронная конфигурация

Нахождение в природе азота и фосфора

Азот – это основной компонент воздуха (79% по массе). В земной коре азот встречается в основном в виде нитратов. Входит в состав белков, аминокислот и нуклеиновых кислот в живых организмах.

Фосфор встречается только в виде соединений. В основном это апатиты (например, Ca3(PO4)2), фосфориты и др.). Фосфор входит в состав важнейших биологических соединений — фосфолипидов.

Азот, фосфор_нахождение в природе

Аллотропные модификации фосфора

Аллотропные модификации фосфора

Азот

Способы получения азота

Лабораторный способ

  • Разложение азидов щелочных металлов:

2NaN3 → 2Na + 3N2

  • Разложение некоторых солей аммония:

NH4NO2 → N2 + 2H2O

(NH4)2Cr2O7 → N2 + 4H2O + Cr2O3

  • Окисление аммиака и солей аммония:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

8NH3 + 3Br2 → 2N2 + 6NH4Br

NH4Cl + NaNO2 → N2 + NaCl + 2H2O

  • Восстановление оксида меди (II) аммиаком при температуре ~700°C:

3CuO + 2NH3 → 3Cu + N2 + 3H2O

  • Пропускание воздуха над раскаленной медью. При этом медь поглощает кислород, а азот с примесями остается:

2Cu + O2 = 2CuO

Промышленный способ

  • Т.к. азот в свободном состоянии присутствует в воздухе, то в промышленности его и получают путем разделения воздушной смеси (ректификация жидкого воздуха).

Кроме этого, широко применяются азотные установки и станции, для адсорбционного и мембранного разделения

Химические свойства азота

Молекула азота химически устойчива, вследствие чего азот химически инертен.

Но при определенных условиях он реагирует с металлами, тяжелее с неметаллами.

В реакциях с металлами он выступает в качестве восстановителя, а в реакциях с неметаллами – в качестве окислителя.

Со сложными веществами азот практически не взаимодействует, т.к. его реакционная способность очень мала.

Реакция возможна только с активными веществами и в жестких условиях.

Взаимодействие азота с простыми веществами

С кислородом

С кислородом взаимодействует только при температуре электрических искровых разрядов (2000оС, в природе – во время грозы):

N2 + O2 ⇄ 2NO – Q

Процесс сопровождается поглощением теплоты (эндотермическая реакция)

С галогенами (F, Cl, Br, I)

Взаимодействует только со фтором, с образованием фторида азота:

N2 + 3F2 = 2NF3

С водородом

Взаимодействует с водородом с образованием аммиака. Реакция обратима, поэтому для смещения равновесия в сторону продуктов реакции реакцию проводят в присутствии катализатора, при высоком давлении и высокой температуре:

N2 + ЗН2 ⇄ 2NH3

При этом происходит выделение теплоты (экзотермическая реакция)

С серой

Не взаимодействует

С фосфором

Не взаимодействует

С углеродом

Реакция протекает при высокой температуре (2000оС или действие электрического разряда) с образованием дициана:

2С + N2 → N≡C–C≡N

В присутствии соды реакция протекает с образованием цианид натрия:

2N2 + 5C + 2Na23 = 4NaCN + 3CО2

С кремнием

Взаимодействие с кремнием с образованием нитрида кремния

2N2 + 3Si = Si3N4

С металлами

Реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием нитридов

N2 + 6Li = 2Li3N

N2 + 6Cs = 2Cs3N

N2 + 3Mg = Mg3N2

Взаимодействие возможно как с чистым азотом, так и при горении металлов на воздухе

Взаимодействие азота со сложными веществами

С водой

Не взаимодействует

С кислотами

Не взаимодействует

С водными растворами щелочей

Не взаимодействует

С солями

Не взаимодействует

С оксидами

Не взаимодействует

С гидридами активных металлов

Реагирует с образованием нитридов:

N2 + 3LiH → Li3N + NH3

Фосфор

Способы получения фосфора

  • Основной способ получения белого фосфора состоит в вакуум-термическом восстановлении природных минералов, содержащих Ca3(PO4)2.:

Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 5CO + 2P

Таким способом получается фосфор в газообразном состоянии

  • Кроме фосфатов используют и другие неорганические соединения фосфора, например:

4HPO3 + 10C → P4 + 2H2O + 10 CO

  • Красный и черный фосфор получают из белого фосфора, при температуре около 400ºС, давлении около 12000 Мпа в присутствии катализатора Hg

Химические свойства фосфора

Фосфор вступает в реакции как с металлами, так и неметаллами. В реакциях с элементами, расположенными ниже и левее в Периодической системе фосфор выступает в качестве окислителя, с элементами, расположенными выше и правее – в качестве восстановителя.

При недостатке окислителя образуются соединения фосфора (III), при избытке — соединения фосфора (V)

Взаимодействие фосфора с простыми веществами

С кислородом

Взаимодействие с кислородом воздуха приводит к образованию оксидов – ангидридов соответствующих кислот:

4P + 3O2 → 2P2O3

4P + 5O2 → 2P2O5

С галогенами (F, Cl, Br, I)

Взаимодействует с галогенами с образованием галогенидов с общей формулой PHal3 – при недостатке галогена и PHal5 – при избытке галогена:

2P + 3Cl2 → 2PCl3

2P + 5Cl2 → 2PCl5

С водородом

Непосредственно не взаимодействует

С серой

При взаимодействии с серой образуются сульфиды:

2P + 3S → P2S3

2P + 5S → P2S5

С азотом

Не взаимодействует

С углеродом

Не взаимодействует

С кремнием

С кремнием азот реагирует в очень жестких условиях, с образованием нитридов:

3Si + 2N2→ Si3N4

С металлами

В реакциях с активными металлами фосфор выступает в качестве окислителя, образуя фосфиды металлов:

2Р + ЗСа = Са3Р2

Р + 3Na = Na3P

Взаимодействие фосфора со сложными веществами

С водой

Красный фосфор реагирует с водой при температуре 700-900ºС и в присутствии катализатора (Cu, Pt, Ti, Zr):

2P + 8H2O = 2H3PO4 + 5H2

С кислотами

Взаимодействует с кислотами – окислителями:

Р + 5HNО3(конц.) = Н3РО4 + 5NО2 + Н2О

ЗР + 5HNО3(разб.) + 2Н2О = ЗН3РО4 + 5NO

2Р + 5H24(конц.)= 2Н3РО4 + 5SО2 + 2Н2О

С водными растворами щелочей

С щелочными растворами вступает в реакции диспропорционирования, с образованием фосфина:

4Р + ЗКОН + 3Н2О = РH3↑ + ЗКН22

8Р + ЗВа(ОН)2+ 6Н2О = 2PH3↑ +ЗВа(Н22)2

С солями

Не взаимодействует

С оксидами

Взаимодействует с сильными окислителями:

8Р+ 10NО2 = 4P2О5 + 5N2