氮族
氮族(the Nitrogen group)是元素周期表上的第VA族(IUPAC第15族),位於碳族和氧族之間。內容
氮族元素包括氮(N、nitrogen)、磷(P、phosphorus)、砷(As、arsenic)、銻(Sb、antimony)、 鉍(Bi、bismuth)和一種尚未確定的元素(Uup、ununpentium)。
特點
氮族的最根本的特徵是其中所有元素的原子最外層都有5個電子——s亞層的2個電子和p亞層的3個未成對電子,因此它們在原子態時仍需3個電子才能充滿其最外層。
氮族元素的常見氧化態有:-3、+3和+5。除此之外,磷還有-2和+1的氧化態,而氮的氧化態則從-3到+5都有。
命名來源
氮族元素亦可稱為磷屬元素(pnicogen、pnictogen),其二元化合物被稱作pnictide,但是這些術語都未經IUPAC批准。這些術語來源於希臘文πνίγειν(pnigein),意思是“窒息”,是氮氣的性質。
其他名稱:阿拉伯語:مجموعة نيتروجين 加泰隆尼亞語:Grup del nitrogen 英語:Nitrogen group 世界語:Elemento de grupo 15 西班牙語:Elementos del grupo 15 法語:Pnictogène 義大利語:Gruppo dell'azoto 日語:第15族元素 荷蘭語:Stikstofgroep 德語:Gruppe 15 塞爾維亞語:15. група хемијских елемената 瑞典語:Kvävegruppen 泰國語:พีนิคโตเจน 越南語:Nhóm nitơ
元素周期律
氮族作為主族,很好地體現了門捷列夫的元素周期律。
隨著原子序數的增加,電子層數增加,原子半徑增大,使得原子核對電子的引力減弱,電離勢減小。巨觀表現為,元素的金屬性增強、非金屬性減弱。
比如在氣態氫化物中穩定性為NH3>PH3>AsH3,最高氧化態含氧酸的酸性為HNO3>H3PO4>H3AsO4。
單質
氮的單質是氮氣(N2),磷的常見單質有白磷(P4)和紅磷(-P4-)。其他的單質見“同素異形體”。
氮氣常溫下是氣體,其餘元素單質是固體。氮氣是空氣的重要組成部分,體積分數約為79%;白磷在空氣中會自燃。
氮的非金屬性很強,但N2的氧化性卻不強,是因為氮氣分子中存在鍵能較高的N≡N三鍵的緣故。
氫化物
氮族元素的氫化物為XH3。除了NH3中H的氧化態為+1外,其他的氮族元素氫化物中H的氧化態都為-1(因為P、As的電負性小於H)。
氮族元素氫化物溶於水時常常水合,不僅不像氧族、鹵素一樣形成無氧酸溶液,反而生成弱鹼。但是在液態時由於自偶電離XH3亦可成為酸。
由於存在孤對電子,氮族元素氫化物很容易因為X→H配位鍵形成XH4+離子,如銨離子(NH4+)、鏻離子(PH4+)、鉮離子(AsH4+)。
NH3學名氨氣,是常見的鹼性氣體,在很多領域都有套用。
氧化物
氮族元素常見的氧化物有X2O3和X2O5。
N2O5、P2O5是酸性氧化物,As2O5、Sb2O5是兩性氧化物,Bi2O5是鹼性氧化物。
N2O俗稱笑氣;NO、NO2是硝酸工業的中間產物,屬於大氣的主要污染物;P2O5(其實是P4O10)是常用的效率高的酸性乾燥劑;As2O3有劇毒,俗稱砒霜。
氫氧化物
HNO3硝酸,屬於強酸;H3PO4磷酸,屬於中強酸;H3AsO4砷酸和H【Sb(OH)6】都是兩性氫氧化物,而Bi(OH)3則是鹼。
硝酸鹽是常用氧化劑和氮肥;磷酸鹽是常用磷肥;K【Sb(OH)6】是實驗室中檢驗Na+的試劑。
有機物
氮和磷都是有機物中的常見原子。其中-NH2叫做氨基。
含氮的胺基酸是蛋白質的組成部分,含磷的核苷酸是核酸的組成部分,二者都是生物體所必需的元素,因此農業上常施氮肥和磷肥。
其餘相關數據如下:
原子序數:
氮:7
磷:15
砷:33
銻:51
鉍:83
uup:115
相對原子質量:
氮:14.00674
磷:30.97376
砷:74.92159
銻:121.76
鉍:208.9804
Uup:288
電子組態:
氮:【He】2s2_2p3
磷:【Ne】3s2_3p3
砷:【Ar】3d10_4s2_4p3
銻:【Kr】4d10_5s2_5p3
鉍:【Xe】4f14_5d10_6s2_6p3
Uup:【Rn】5f14_6d10_7s2_7p3
共價半徑(nm):
氮:0.070
磷:0.110
砷:0.121
銻:0.141
鉍:0.152
電負性:
氮:3.05
磷:2.15
砷:2.00
銻:2.05
鉍:1.9
電子親合勢(kJ/mol):
氮:7
磷:72
砷:78
銻:103.2
鉍:91.2
第一電離勢(kJ/mol):
氮:1402.3
磷:1011.8
砷:947.0
銻:834
鉍:703
天然同位素:
磷31、砷75、鉍209沒有天然同位素。
氮有兩種天然同位素,氮14(99.634%)和氮15(0.366%)。
銻有兩種天然同位素,銻121(57.36%)和銻123(42.64%)。
同素異形體:
磷:白磷、紅磷、紫磷、黑磷
砷:黃砷、黑砷、灰砷
銻:黃銻、黑銻、灰銻