Элементы группы VA

Неметаллами в группе VА Периодической системы Д.И. Менделеева являются азот N и фосфор Р; мышьяк As и сурьма Sb проявляют как металлические, так и неметаллические свойства; висмут Bi является типичным металлом. На внешнем энергетическом уровне всех этих элементов находятся 5 электронов (конфигурации ns²np³), наиболее характерные степени окисления –3, +3 и +5.

Азот проявляет в своих соединениях степени окисления –3, +1, +2, +3, +4 и +5.

Некоторые сведения о физических свойствах этих элементов приведены в таблице 6.

Азот. Газ без цвета и запаха, малорастворимый в воде. Типичный неметалл. Основной компонент атмосферы. В промышленности азот получают ректификацией жидкого воздуха. В обычных условиях химически мало активен. При нагревании вступает в окислительно-восстановительные реакции.

Нитриды реагируют с водой с образованием соответствующих гидроксидов и аммиака, а при их взаимодействии с кислотами образуется смесь солей:

Азот образует оксиды состава N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. При этом N₂O, NO являются несолеобразующими оксидами, для которых характерны окислительно-восстановительные реакции; N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅ — солеобразующие кислотные оксиды, для которых также характерны окислительно-восстановительные реакции, в том числе — реакции диспропорционирования.

Химические свойства оксидов азота:

Азот образует летучее водородное соединение состава NH₃, аммиак. При обычных условиях это бесцветный газ с характерным резким запахом; t кип. –33,7 °C, t пл. –77,8 °C. Аммиак хорошо растворим в воде (700 объемов NH₃ на 1 объем воды при 20 °C) и ряде органических растворителей (спирт, ацетон, хлороформ, бензол).

Химические свойства аммиака:

Азот образует азотистую кислоту HNO₂ (в свободном виде известна только в газовой фазе или растворах). Это кислота средней силы, ее соли называют нитритами.

Кроме того, азот образует очень сильную азотную кислоту HNO₃. Концентрированная азотная кислота пассивирует некоторые металлы (железо, алюминий, хром). Особенностью азотной кислоты является то, что при ее окислительно-восстановительных реакциях с металлами не выделяется водород, а образуются различные оксиды азота или соли аммония. Продукты восстановления зависят от природы восстановителя и от концентрации кислоты. В целом чем выше концентрация HNO₃, тем меньше она восстанавливается.

Ниже приведены реакции, характеризующие ее свойства:

В реакциях с неметаллами концентрированная азотная кислота ведет себя как сильный окислитель:

Также азотная кислота способна окислять сульфиды, йодоводород и т.д.:

Подчеркнем еще раз. Запись уравнений окислительновосстановительных реакций с участием HNO₃ обычно условна. Как правило, в них указывают лишь продукт, образующийся в большем количестве. В некоторых из таких реакций в качестве продукта восстановления обнаружен водород (реакция разбавленной HNO₃ с Mg и Mn).

Различные случаи термического разложения нитратов:

Особые случаи разложения нитрата аммония:

Фосфор. Существует в виде нескольких аллотропных модификаций (аллотропия состава). Белый фосфор Р₄, метастабильный, при комнатной температуре мягкий, плавится, кипит без разложения. Красный фосфор P_n, состоит из полимерных молекул разной длины. При нагревании возгоняется. Черный фосфор состоит из непрерывных цепей P_n, имеет слоистую структуру, по внешнему виду похож на графит. Наиболее реакционноспособным является белый фосфор.

В промышленности фосфор получают прокаливанием фосфата кальция с углем и песком при 1500 °C:

В приведенные ниже реакции вступают любые модификации фосфора, если нет особых оговорок:

Фосфор образует летучее водородное соединение — фосфин, PH₃. Это газообразное соединение с крайне неприятным резким запахом. Его соли в отличие от солей аммиака существуют только при низких температурах. Фосфин легко вступает в окислительно-восстановительные реакции:

Фосфор образует два кислотных оксида: P₂O₃ и P₂O₅. Последнему соответствует фосфорная (ортофосфорная) кислота H₃PO₄. Это трехосновная кислота средней силы, которая образует три ряда солей: средние (фосфаты) и кислые (гидро- и дигидрофосфаты). Ниже приведены уравнения химических реакций, характерные для данных соединений: