Теоретические сведения. р-элементыазот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут занимают главгую подгруппу V группы

р-элементыазот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут занимают главгую подгруппу V группы.

В наружной электронной оболочке атомы этих элементов содержат пять электронов, которые имеют следующую электронную формулу: ns²np³ и распределены следующим образом:

ns np

Наличие трех неспаренных электронов в наружной электронной оболочке говорит о том, что в нормальном, невозбужденном состоянии атомы элементов главной подгруппы имеют валентоность III.

В возбужденном состоянии один из s-электронов внешнего слоя переходит на свободную d-орбиталь, что приводит к образованию пяти неспаренных электронов:

ns np nd

Таким образом, для элементов Vа группы в возбужденном состоянии валентность равна V. Исключением является азот, ввиду отсутствия у него d-подуровня. Элементы данной подгруппы проявляют степени окислении: -3, -1, 0, +1, +3, +5.

С водородом азот, фосфор и мышьяк образуют полярные соединения типа RН₃, проявляя отрицательную степень окисления. С более электроотрицательными элементами, например, с кислородом, они образуют оксиды типа R₂О₅, проявляя тем самым высшую положительную степень окисления (+5).

Это более активные металлоиды, чем четвертая группа. Сверху вниз по подгруппе увеличивается радиусы атомов и ионов, а ионизационные потенциалы уменьшаются, поэтому, увеличиваются металлические и восстановительные свойства. У сурьмы и висмута металлические свойства превалируют над неметаллическими. Наиболее характерным неметаллом относят азот.

Азот составляет около 4/5 атмосферы воздуха, которая состоит на 78,2% из азота, 21% кислорода и 1% инертных газов. Он также входит в состав минералов: NaNO₃- чилийской селитры и KNO₃ – индийской селитры.

Электронная конфигурация азота: 1s² 2s² 2p³

2s 2p

Особенности строения атомов азота N и молекул азота N₂:

1. Атом азота содержит три неспаренных электрона, которые могут участвовать в образовании трех ковалентных связей.

2. Атом азота имеет четыре валентные орбитали, которые могут находиться в sp³ sp² sp - гибридном состоянии. Отсюда, его ковалентность равна 4

3. Атомы азота друг с другом образуют 3 ковалентных связи: одну σ и две π:

Поэтому молекула N ₂ –прочна, химически малоактивна (инертна), все реакции с N ₂ протекают при T>1000 C. Молекула азота не имеет электрического дипольного момента (связь в ней неполярна), между молекулами азота действуют слабые дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса, что является причиной низких температур кипения и плавления, и малой растворимости в воде.

N₂ – инертный газ без запаха и вкуса, мало растворим в воде.

В промышленности азот получают фракционной перегонкой (испарение жидкого воздуха) при Ткип = -195,8^оC и Tкип = -183^о C, при этом раньше испаряется азот, а кислород остается. Азот собирают в баллонах при высоком давлении.

В лаборатории азот чаще всего получают термическим разложением солей аммония:

NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂ O

(NH₄)₂Cr₂O₇= N₂ + Cr₂O₃+ 4H₂O

И пропусканием воздуха над раскаленной медью:

2N₂ + O₂ + 2Cu = 2 CuO + 4N₂

При обычных условиях азот реагирует только с литием:

6Li + N₂ = 2Li₃N

При нагревании азот взаимодействует и с другими металлами, образуя нитриды:

3Mg + N₂ = Mg₃⁺² N₂^-3

При очень высокой температуре взаимодействует с кислородом, хлором и фтором:

N₂ + O_{2 эл. заряд} NO

F₂ + N₂ → NF₃

Cl₂ + N₂→ NCl₃

При оптимальных условиях (t = 450⁰С и Р=1000 атм) взаимодействует с водородом, образуя аммиак:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Водородные соединения азота - нитрид азота – H₃N или аммиак -NH₃(азот имеет степень окисления -3) в промышленности получают путем взаимодействия азота с водородом:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

В лаборатории - путем взаимодействия хлорида аммония с основаниями:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃

Атом азота в NH₃ (H₃N) находится в sp³ гибридном состоянии, на четвертой орбитали находится неподеленная пара электронов; валентный угол H-N-H составляет 107^о, близок к тетраэдрическому (рис. 7).

NH₃ - бесцветный газ, с сильным запахом, хорошо растворим в воде.

Рис. 7. Строение молекулы аммиака.

Наличие заряда на атоме водорода и неподеленной пары электронов у атома азота объясняются следующие особенности химических свойств аммиака:

1. Способность отщеплять и присоединять ион H⁺ (протон):

2NH ₃ NH ₄ ⁺ + NH₂^-

катион аммония амид ион

2. Гидроксид аммония - NH₃∙H₂O - слабое основание (K_b = 1,8∙10^-5) образуется по донорно-акцепторному механизму:

NH₃ + HOH NH₃∙HOH NH₄ ⁺ + OH ^{- t} NH₃ + H₂O

В водных растворах NH₃ существует виде трехмерной структуры, то есть молекула аммиака окружена водой:

H

H-O: H N: H O:

Дата добавления: 2015-05-09