Электронное строение и валентные состояния
На внешнем энергетическом уровне элементов группы VA находится пять электронов. На $s$-подуровне располагаются два спаренных электрона, а на $p$-подуровне — три неспаренных. Внешние уровни далеки от полного заполнения.
Типичное валентное состояние для всех элементов — трехвалентное (III). Примерами могут служить аммиак ($NH_3$) и аминоэтан ($C_2H_5NH_2$).
Пятивалентное состояние (V) характерно для всех элементов, кроме азота. Это связано с наличием у фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута незаполненного $d$-подуровня. При возбуждении атома электроны с $s$-подуровня распариваются и переходят на $d$-подуровень.
- Основное состояние: $ns^2 np^3$ (например, $PCl_3$)
- Возбужденное состояние: $ns^1 np^3 nd^1$ (например, $PCl_5$)
Важно помнить, что азот даже в степени окисления +5 образует максимум четыре ковалентные связи.
Электроотрицательность
В целом, элементы группы VA обладают меньшей электроотрицательностью, чем галогены (VII группа) и халькогены (VI группа).
- Азот (N): Имеет высокую электроотрицательность (3,0), занимая третье место после фтора и кислорода.
- Фосфор (P): Его электроотрицательность (2,3) значительно ниже, чем у азота, и лишь немного превышает значение для водорода.
Интересный факт: табличные значения электроотрицательности азота и хлора близки. Однако химическое поведение доказывает, что азот более электроотрицателен. Например, при гидролизе $NCl_3$ атом азота связывается с положительным ионом водорода, а хлор — с отрицательной гидроксильной группой, образуя аммиак ($NH_3$) и хлорноватистую кислоту ($HClO$).
Изменение металлических свойств
При движении по группе сверху вниз наблюдается закономерное усиление металлических свойств:
- Азот (N) и Фосфор (P): Типичные неметаллы.
- Мышьяк (As): Образует аллотропные модификации. Желтый мышьяк — неустойчивый неметалл, а серый мышьяк проявляет металлические свойства, но отличается хрупкостью.
- Сурьма (Sb) и Висмут (Bi): Преимущественно металлы.
Кислотно-основные свойства соединений также изменяются: соединения $Sb(III)$ амфотерны, а соединения $Bi(III)$ обладают только основными свойствами.
Биологическое и практическое значение
Элементы группы можно разделить на две категории по их значимости:
- Биогенные элементы (N, P): Азот и фосфор жизненно необходимы, широко распространены в природе и имеют наибольшее значение.
- Подгруппа мышьяка (As, Sb, Bi): Значительно менее распространены и не являются жизненно важными. Мышьяк и сурьма применяются как добавки в сплавы и полупроводники. Висмут используется в составе особолегкоплавких сплавов вместе со свинцом, оловом и кадмием.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему азот не может быть пятивалентным?
У атома азота отсутствует свободный d-подуровень на внешнем энергетическом уровне, поэтому распаривание s-электронов и образование пяти ковалентных связей невозможно. Максимальная ковалентность азота равна четырем.
Как доказать, что электроотрицательность азота больше, чем у хлора?
Это доказывается реакцией гидролиза хлорида азота(III) ($NCl_3$). В результате образуются аммиак ($NH_3$) и хлорноватистая кислота ($HClO$), что указывает на отрицательный заряд на атоме азота в исходном соединении.
Что такое «эффект инертной пары» на примере висмута?
Для висмута высшая степень окисления (V) крайне неустойчива, в отличие от более легких элементов группы. Соединения $Bi(V)$ выступают как очень сильные окислители (например, $Bi_2O_5$).
Что ещё разобрать по теме
- Строение и свойства аллотропных модификаций фосфора
- Свойства аммиака и солей аммония
- Особенности азотной кислоты и ее солей
- Применение полупроводниковых материалов на основе мышьяка и сурьмы
- Реакции гидролиза галогенидов элементов V группы
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Общая характеристика элементов V группы (VA)» и ещё 3 009 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 90 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 11. Элементы группы VA»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.