Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ


ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ VA ГРУПИ


До елементів VА групи належать Нітроген, Фосфор, Арсен, Стибій і Бісмут. Їх ще називають пніктогенами — за різкий, неприємний запах деяких сполук.

Назви цих елементів пов’язані з властивістю їх простих речовин. Азот (від грец. азот, де а — заперечення, зое — життя) — той, що не підтримує ні горіння, ні життя; відкрив шотландський учений Д. Резерфорд (1772). Англійці назвали хімічний елемент Нітрогеном (від лат. Nitrogenium) — «той, що народжує селітру». Фосфор (від грец. світлоносний) відкрив німецький хімік Х. Бранд 1669 р. У середні віки були відомі Арсен, Стибій і Бісмут.


Д. Резерфорд (1749 — 1819)

 

Х. Бранд (1625 — 1692)


§ 30. Загальна характеристика


Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

характеризувати і порівнювати хімічні елементи VА групи за їх місцем у періодичній системі та будовою атомів, поширеність у природі;

- оцінювати їх біологічне значення.

Електронна будова та властивості атомів елементів

- Поясніть, за якою ознакою хімічні елементи об’єднані в VА групу періодичної системи. Їх характеристика наведена в табл. 10.

Т а б л и ц я 10

Характеристика елементів VA групи

Хімічний

елемент

Період

Атомний номер

Відносна атомна сила

Радіус атома, нм

д

т

о .а

рн

S м

8 В

е ти

ла

Н Ін

н

Валентні

електрони

Валентність

Ступені

окиснення

Неметалічні

властивості

Нітроген N

2

7

14,01

0,074

3,04

2s2 2p3 р-елемент

ІІІ, IV

-3, 0, +1, +2, +3,+4,

+5

Послаблюються <----------------

Фосфор Р

3

15

30,97

0,110

2,19

3s2 3p3 р-елемент

ІІІ, V

-3, 0,

+3, +5

Арсен As

4

33

74,92

0,121

2,18

4s2 4p3 р-елемент

ІІІ, V

-3, 0,

+3, +5

Стибій Sb

5

51

121,75

0,141

2,05

5s2 5p3 р-елемент

ІІІ, V

-3, 0,

+3, +5

Бісмут Ві

6

83

208,98

0,152

2,02

6s2 6p3 р-елемент

ІІІ, V

-3, 0, +3,+5

Усі елементи VA групи на зовнішньому енергетичному рівні атомів мають по 5 валентних електронів, що зумовлює їх неметалічний характер і подібність властивостей. З п’яти електронів два s-електрони є спареними, три р-електрони — неспареними:

Тому загальна електронна формула зовнішнього енергетичного рівня атомів ns2np3. Наявність трьох неспарених електронів зумовлює здатність атомів утворювати три ковалентні зв’язки та виявляти валентність ІІІ і ступені окиснення -3 та +3, наприклад, у сполуках NH3, PCl3,Р2О3.

При переході атомів у збуджений стан відбувається розпаровування електронної пари на 3в-підрівні і перехід одного електрона на 3й-підрівень. Як, наприклад, в атома Фосфору:

Визначте валентність і ступінь окиснення Фосфору в сполуках PH3, Р2О5 і Н3РО4.

Однак такий перехід електронів неможливий в атома Нітрогену, бо в нього як елемента 2-го періоду лише два енергетичних рівні. Але атом Нітрогену може утворити ще один ковалентний зв’язок за донорноакцепторним механізмом, надавши іншому елементу пару електронів на вільну орбіталь.

- Пригадайте донорно-акцепторний механізм утворення ковалентного зв’язку (див. § 8).

Отже, у Нітрогену, на відміну від Фосфору, максимальна валентність IV, а ступінь окиснення +5. Наприклад, у молекулах нітратної кислоти HNO3, оксиду Нітрогену N2O5.

Чим пояснюється відмінність властивостей елементів VA групи і в чому вона виражається?

- За даними таблиці 10 простежте, як змінюються радіуси атомів елементів зі збільшенням їх атомного номера.

Найменший радіус у атома Нітрогену, в якому зовнішні електрони розміщено на другому рівні; найбільший розмір має атом Бісмуту, бо його зовнішні електрони розміщені на 6s- і 6р-підрівнях.

Зі збільшенням у ряді N — P — As — Sb — Bi атомних радіусів послаблюється притягання валентних електронів до ядра і зменшується значення електронегативності. За електронегативністю Нітроген (3,04) поступається лише Флуору (4,0) та Оксигену (3,5). Однак це типовий неметалічний елемент. Порівняно з Нітрогеном електронегативність атома Бісмуту значно менша, тому він належить до металічних елементів.

Подібність будови зовнішнього енергетичного рівня атомів елементів VA групи зумовлює утворення подібних гідрогеновмісних і оксигеновмісних сполук.

Гідрогеновмісні сполуки. Загальна формула ЕН3: NH3 — амоніак, PH3 — фосфін, AsH3 — арсин, SbH3 — стибін, BiH3 — бісмутин. Елементи VA групи у них проявляють валентність ІІІ і нижчий негативний ступінь окиснення (-3), тому для них характерні відновні властивості.

Оксигеновмісні сполуки — це оксиди, загальна формула яких Е2О3 і Е2О5, виявляють кислотні властивості й утворюють відповідні їм кислоти. Кислотні властивості від нітроген (V) оксиду до бісмут (V) оксиду послаблюються. Для металічного елемента Бісмуту характерний позитивний ступінь окиснення (+3), хоча відомі бісмутати (наприклад, NaBiO3) — солі метабісмутової кислоти HBiO3, яка у вільному стані невідома.

Елементи підгрупи Нітрогену утворюють прості речовини: азот N2, фосфор P4, арсен As4, стибій Sb4 і бісмут Віn. Азот і фосфор — типові неметали, в арсену й стибію з’являються ознаки металічності, а бісмут — метал.

Поширеність у природі. Серед усіх елементів VA групи лише Нітроген є у природі у вільному стані N2. Нітроген входить до складу неорганічних та органічних сполук, міститься в рослинних і тваринних організмах. У земній корі атомна частка Нітрогену становить 0,025 %, у повітрі об’ємна частка азоту — 78 %. Значні родовища Нітрогену відомі у вигляді натрієвої, або чилійської, селітри NaNO3.

У земній корі атомна частка Фосфору становить 0,052 %. У живій масі організмів суходолу його міститься 5 ✵ 109 т. Найважливішими природними сполуками фосфору є мінерали фосфорит Са3(Р04)2 та апатит.

- Наведіть приклади сполук, до складу яких входять Нітроген і Фосфор. Визначте масову частку Нітрогену в чилійській селітрі, Фосфору — у фосфориті.

Біологічне значення. Нітроген — необхідний для життя елемент, який входить до складу всіх рослинних і тваринних організмів. Зокрема, міститься в амінокислотах, що утворюють білки, нуклеїнових кислотах, ферментах, гормонах та деяких вітамінах.

Фосфор входить до складу білків (0,5 — 0,6 %), нуклеїнових кислот, ферментів і ліпідів. Завдяки сполукам Фосфору здійснюється обмін жирів та білків. Він відіграє важливу роль у процесах обміну, роботі центральної нервової системи. Найбільше його міститься в кістках і зубах у вигляді кальцій ортофосфату Са3(Р04)2.

Коротко про головне

Елементи VA групи мають однакову будову зовнішнього енергетичного рівня ns2np3. Вони належать до неметалічних елементів, неметалічні властивості яких від Нітрогену до Бісмуту послаблюються, а металічні — посилюються. Нітроген і Фосфор — це типові неметалічні елементи, а Бісмут — металічний елемент. У сполуках виявляють валентність ІІІ і V. Характерні ступені окиснення -3, 0, +5. Нітроген є винятком, оскільки в сполуках має вищу валентність IV, а ступінь окиснення +5. У природі лише Нітроген існує у вигляді простої речовини N2, решта елементів цієї групи — у вигляді сполук. Нітроген і Фосфор мають велике біологічне значення.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити