15.3. Элементы V группы

На рис. 15.12 показано расположение в периодической таблице пяти элементов V группы. Все они являются p-элементами, и для внешней оболочки их атомов характерна электронная конфигурация . В табл. 15.10 указаны некоторые свойства элементов V группы. При перемещении к нижней части этой группы свойства ее элементов изменяются от неметаллических к металлическим. Азот и фосфор являются типичными неметаллами. Мышьяк и сурьма обнаруживают признаки металлического характера, а висмут представляет собой металл.

АЗОТ И ФОСФОР

Это два самых важных элемента в V группе.

При нормальных условиях азот представляет собой газ, состоящий из двухатомных

Рис. 15.12. Положение элементов V группы в периодической таблице.

Таблица 15.10. Свойства элементов V группы

молекул . Он не имеет цвета, запаха и вкуса и не обладает заметной реакционной способностью.

Фосфор существует в трех аллотропных формах, из которых наиболее распространены две — красный фосфор и менее устойчивый белый фосфор. Структура этих аллотропов обсуждалась в разд. 3.2. В табл. 15.11 сопоставляются некоторые свойства красного и белого фосфора.

Хотя азот - один из наиболее электроотрицательных элементов (см. табл. 2.2), он обладает сравнительно низкой реакпионной способностью. Причина заключается в том, что его двухатомные молекулы неполярны, а тройная связь между двумя атомами

Таблица 15.11. Свойства белого и красного фосфора

Рис. 15.13. Четыре -гибридные орбитали атома азота.

азота в них обладает очень высокой прочностью. Энтальпия этой связи равна + 944 кДж/моль.

Как азот, так и фосфор могут входить в свои соединения со степенями окисления от —3 до 4-5. Например, в аммиаке азот имеет степень окисления +3, а в нитрат-ионе его степень окисления равна -1-5.

Атомы обоих этих элементов способны присоединять по три электрона, что приводит к заполнению их внешней -подоболочки; в результате образуются нитрид-ионы и фосфид-ионы Однако оба элемента проявляют тенденцию к образованию ковалентных соединений. При этом их атомы образуют по четыре гибридные -орбитали, имеющие тетраэдрическую ориентацию (рис. 15.13). На трех из этих орбиталей находится по одному электрону. Именно эти электроны обобществляются при образовании ковалентных связей с электронами других атомов. На четвертой -орбитали находится неподеленная пара электронов. Она может использоваться для образования координационной (донорно-акцепторной) связи. Например, в ионе аммония неподеленная пара азота перекрывается с вакантной -орбиталью иона водорода.

Фосфор не так легко образует ионные и координационные связи, как азот. Однако он может образовывать пять ковалентных связей в результате промотирования электрона со своей -орбитали на одну из -орбиталей (рис. 15.14). Подобное промотирование невозможно в атоме азота, потому что -орбиталей не существует (см. разд. 1.2).

Рис. 15.14. Орбитальная схема электронного строения атомов азота и фосфора.