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氮族

氮族(the Nitrogen group)是元素周期表上的第VA族(IUPAC第15族),包括氮(N、nitrogen)、磷(P、phosphorus)、砷(As、arsenic)、锑(Sb、antimony)、 铋(Bi、bismuth)等。

氮族(the Nitrogen group)是元素周期表上的第VA族(IUPAC第15族),位于碳族和氧族之间。具体内容及概况见下文。

氮族元素包括(N、nitrogen)、(P、phosphorus)、(As、arsenic)、(Sb、antimony)、 (Bi、bismuth)和一种尚未确定的元素(Uup、ununpentium)。

氮族的最根本的特征是其中所有元素的原子最外层都有5个电子s亚层的2个电子和p亚层的3个未成对电子,因此它们在原子态时仍需3个电子才能充满其最外层。

氮族元素的常见氧化态有:-3、+3和+5。除此之外,磷还有-2和+1的氧化态,而氮的氧化态则从-3到+5都有。

氮族元素亦可称为磷属元素(pnicogen、pnictogen),其二元化合物被称作pnictide,但是这些术语都未经IUPAC批准。这些术语来源于希腊文πνγειν(pnigein),意思是“窒息”,是氮气的性质。

氮族作为主族,很好地体现了门捷列夫元素周期律

随着原子序数的增加,电子层数增加,原子半径增大,使得原子核对电子的引力减弱,电离势减小。宏观表现为,元素的金属性增强、非金属性减弱。

比如在气态氢化物中稳定性为NH3>PH3>AsH3,最高氧化态含氧酸的酸性为HNO3>H3PO4>H3AsO4。

Tip1: 量子之父鲍林建立了经典的电负性标度,其中N的电负性大于Cl。但是NCl3的水解却与该理论的结果相矛盾。你想知道其缘由吗?探究一下吧!

氮的单质是氮气(N2),磷的常见单质有白磷(P4)和红磷(-P4-)。其他的单质见“同素异形体”。

氮气常温下是气体,其余元素单质是固体。氮气是空气的重要组成部分,体积分数约为79-;白磷在空气中会自燃,有剧毒!(致死量0.1g,与氰化钾相同,但容易被忽视。)

氮的非金属性很强,但N2的氧化性却不强,是因为氮气分子中存在键能较高的N≡N三键的缘故。

Tip2: 白磷在热力学上不比红磷稳定,但它却在标准摩尔生成焓的计算中被规定为“最稳定的单质”,你想知道这里面的奥秘吗?探究一下吧!

氮族元素的氢化物为XH3。除了NH3中H的氧化态为+1外,其他的氮族元素氢化物中H的氧化态都为-1(因为P、As的电负性小于H)。

氮族元素氢化物溶于水时常常水合,不仅不像氧族卤素一样形成无氧酸溶液,反而生成弱碱。但是在液态时由于自偶电离XH3亦可成为酸。

由于存在孤对电子,氮族元素氢化物很容易因为X→H配位键形成XH4+离子,如离子(NH4+)、离子(PH4+)、离子(AsH4+)。

NH3学名氨气,是常见的碱性气体,在很多领域都有应用。比如其较高的汽化热常用于制冷剂,催化氧化反应间接制取硝酸等。

Tip3: 氨气刺鼻的气味往往让人谈“氨”色变,但是为什么在复方甘草合剂里竟然有“浓氨水”这一配料?氨水是否可以当作某些中毒的解药呢?探究一下吧!

磷化氢 PH3

又称:膦; 膦烷;

物理性质: 无色气体。纯时几乎无味,但工业品有腐鱼样臭味。分子式H3-P。分子量34。相对密度 1.17。熔点 -133℃。沸点 -87.7℃。自燃点 100~150℃。蒸气压 20 atm(-3℃)。微溶于水(20℃时,能溶解 0.26 体积磷化氢)。

化学性质: 磷化氢是一个比氨还要弱的多碱,它与识配的卤化氢作用可生成卤化磷,磷化氢是比氨还要强的还原剂,在空气中容易燃烧,与氧发生爆炸反应.与空气混合物爆炸下限 1.79-(26 g/m3)空气中含痕量P2H4可自燃; 浓度达到一定程度时可发生爆炸。能与氧气、卤素发生剧烈化合反应。通过灼热金属块生成磷化物,放出氢气。还能与铜、银、金及他们的盐类反应。 在约357°C下,磷化氢开始分解,生成磷和氢.磷化氢可与氯发生自发反应.

用途:可用于n-型半导体的掺杂剂,加加聚反应的引发剂,缩聚反应的催化剂,也可用于有机合成.

砷化氢

与NH3、PH3类似,砷能生成氢化物AsH3,砷化氢或称为胂,是一种无色、具有大蒜味的剧毒气体。熔点(156.1K) 沸点(210.5K) 都很低,是共价型分子。

应用:1.医学上鉴定砷的“马氏试砷法”的根据。检验方法是用Zn、盐酸和试样混在一起,将生成的气体导入热玻璃管,若试样中有砷的化合物存在,就会生成AsH3,因生成的AsH3在加热部位分解产生As,As积集而成亮黑色的“砷镜”(能检出0.007mgAs)。“砷镜”如果能用次氯酸钠溶液洗涤而溶解,则证明是砷:砷镜溶于NaClO,锑镜则不溶。

2.AsH3的标准电极电势 AsH3/As = -0.60v,是个很强的还原剂,能还原KMnO4、K2Cr2O7,甚至能把H2SO4和H2SO3还原。能分解重金属盐使重金属沉积出来。

附:氢化物性质比较图http://myweb.yzu.edu.cn/wjhx/yszs/As.file/new_pa13.gif

氮族元素常见的氧化物有X2O3和X2O5。

N2O5、P2O5是酸性氧化物,As2O5、Sb2O5是两性氧化物,Bi2O5是碱性氧化物。

N2O俗称笑气;NO、NO2是硝酸工业的中间产物,属于大气的主要污染物,会导致光化学反应;P2O5(其实是P4O10)是常用的效率高的酸性干燥剂;As2O3有剧毒,俗称砒霜

Tip4: 海鲜的皮中含有砷(VII),是无毒的;但砷(III)是剧毒的。为什么虾不能与柑橘等富含维生素C的食物同食?你能用氧化还原反应的原理来解释吗?探究一下吧!

HNO3硝酸,属于强酸;H3PO4磷酸,属于中强酸;H3AsO4砷酸和H[Sb(OH)6]或写作Sb(OH)5H2O都是两性氢氧化物,而Bi(OH)3则是

硝酸是国民工业“三大强酸”之一,是比较理想的氧化性酸和硝化剂;磷酸是可乐的成分;硝酸盐是常用氧化剂和氮肥;磷酸盐是常用磷肥;K[Sb(OH)6]是实验室中检验Na+的试剂;亚硝酸钠NaNO2在食品工业中作为腊肉、香肠的增色剂,会致癌;高铋酸盐是强氧化剂。

Tip5: 不同硝酸盐的受热分解形式是一个难点。它是怎样随着金属活动性顺序而变化的呢?又是否有例外呢?硝酸铵又是怎样分解的呢?探究一下吧!

氮和磷都是有机物中的常见原子。其中-NH2叫做氨基,-NO2叫做硝基

含氮的氨基酸蛋白质的组成部分,含氮、磷的核苷酸核酸的组成部分,二者都是生物体所必需的元素,因此农业上常施氮肥和磷肥。

Tip6:在有机化学中看到了等月字旁的物质就想到应有氮或磷元素。它们都有哪些经典的反应呢?磷在有机化学中又有什么其他的作用呢(比如催化)?探究一下吧!

原子序数

氮:7

磷:15

砷:33

锑:51

铋:83

Uup:115

相对原子质量

氮:14.00674

磷:30.97376

砷:74.92159

锑:121.76

铋:208.9804

Uup:288

电子组态

氮:[N]2s2_2p3

磷:[Ne]3s2_3p3

砷:[Ar]3d10_4s2_4p3

锑:[Kr]4d10_5s2_5p3

铋:[Xe]4f14_5d10_6s2_6p3

Uup:[Rn]5f14_6d10_7s2_7p3

共价半径(nm):

氮:0.070

磷:0.110

砷:0.121

锑:0.141

铋:0.152

电负性

氮:3.05

磷:2.15

砷:2.00

锑:2.05

铋:1.9

电子亲合势(kJ/mol):

氮:7

磷:72

砷:78

锑:103.2

铋:91.2

第一电离势(kJ/mol):

氮:1402.3

磷:1011.8

砷:947.0

锑:834

铋:703

天然同位素

磷31、砷75、铋209没有天然同位素。

氮有两种天然同位素,氮14(99.634-)和氮15(0.366-)。

锑有两种天然同位素,锑121(57.36-)和锑123(42.64-)。

同素异形体

磷:白磷、红磷、紫磷、黑磷

砷:黄砷、黑砷、灰砷

锑:黄锑、黑锑、灰锑

Answer for the tips

1、2、3、4、5:见 张青莲等,《无机化学丛书》,科学出版社

4、6:见 邢其毅等,《基础有机化学》,高等教育出版社

氮族元素其他名称

阿拉伯语:

加泰隆尼亚语:Grup del nitrogen

英语:Nitrogen group

世界语:Elemento de grupo 15

西班牙语:Elementos del grupo 15

法语:Pnictogène

意大利语:Gruppo dell'azoto

日语:第15族元素

荷兰语:Stikstofgroep

德语:Gruppe 15

塞尔维亚语:15. група хемиских елемената

瑞典语:Kvävegruppen

泰国语:

越南语:Nhóm nit

相关解释:

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