Что такое пниктогены в химии

Эта группа имеет определяющую характеристику, заключающуюся в том, что все составляющие элементы имеют по 5 электронов на крайних краях. ракушка, то есть 2 электрона в подоболочке s и 3 неспаренных [ соответствующие? – обсудить ] электроны в p подоболочке. Таким образом, им не хватает трех электронов, чтобы заполнить их внешнюю электронную оболочку в не-ионизированный штат. Рассел-Сондерс термин символ основного состояния во всех элементах группы равно 4 S_{​ 3 ⁄2} .

Наиболее важными элементами этой группы являются азот (N), который в своей двухатомной форме является основным компонентом воздуха, и фосфор (P), который, как и азот, необходим для всех известных форм жизни.

Соединения

Эти элементы также известны своим стабильность в соединениях из-за их тенденции к образованию двойных и тройных ковалентные связи. Это свойство этих элементов, которое приводит к их потенциалу токсичность, наиболее очевидно из фосфора, мышьяка и сурьмы. Когда эти вещества вступают в реакцию с различными химическими веществами организма, они создают сильные свободные радикалы плохо обрабатываются печенью, где они накапливаются. Парадоксально, но именно эта сильная связь вызывает снижение токсичности азота и висмута (когда они находятся в молекулах), поскольку они образуют прочные связи с другими атомами, которые трудно расщепить, создавая очень инертные молекулы. Например, N₂, то двухатомный форма азота, используется в качестве инертного газа в ситуациях, когда использование аргон или другой благородный газ было бы слишком дорого.

Образованию множественных связей способствует их пять валентные электроны, тогда как Правило октета позволяет пниктогену принимать три электрона на ковалентную связь. Потому что 5> 3, он оставляет неиспользованными два электрона в одинокая пара если вокруг нет положительного заряда (как в NH +
4 ). Когда пниктоген образует только три одинарные облигации, эффекты неподеленной пары обычно приводят к треугольная пирамидальная геометрия молекул.

Состояния окисления

−3 степень окисления

Кристаллические твердые частицы, содержащие полностью восстановленные пниктогены, включают: нитрид иттрия, фосфид кальция, арсенид натрия, антимонид индия, и даже двойные соли подобно фосфид алюминия, галлия, индия. К ним относятся Полупроводники III-V, в том числе арсенид галлия, второй по распространенности полупроводник после кремния.

+3 степень окисления

Степень окисления +3 является наиболее распространенной степенью окисления висмута, потому что его способности образовывать степень окисления +5 препятствуют релятивистские свойства на более тяжелых элементах, эффекты, которые еще более выражены в отношении Москвы. Формы висмута (III) оксид, оксихлорид, оксинитрат, и сульфид. Согласно прогнозам, московий (III) ведет себя аналогично висмуту (III). Согласно прогнозам, московий образует все четыре тригалогенида, все из которых, кроме трифторида, будут растворимы в воде. Также прогнозируется образование оксихлорида и оксибромида в степени окисления + III.

+5 степень окисления

Для азота состояние +5 обычно служит лишь формальным объяснением таких молекул, как N₂О₅, поскольку высокая электроотрицательность азота приводит к тому, что электроны распределяются почти равномерно. [ требуется разъяснение ] Соединения пниктогена с координационный номер 5 соток гипервалентный. Фторид азота (V) носит теоретический характер и не синтезировался. «Истинное» состояние +5 более характерно для по существу нерелятивистских типичных пниктогенов. фосфор, мышьяк, и сурьма, как показано в их оксидах, оксид фосфора (V), оксид мышьяка (V), и оксид сурьмы (V), и их фториды, фторид фосфора (V), фторид мышьяка (V), фторид сурьмы (V). По крайней мере два также образуют родственные фторид-анионы, гексафторфосфат и гексафторантимонат, которые функционируют как некоординирующие анионы. Фосфор даже образует смешанные оксидно-галогениды, известные как оксигалогениды, подобно оксихлорид фосфора, и смешанные пентагалогениды, подобные трифтордихлорид фосфора. Соединения пентаметилпниктогена (V) существуют для мышьяк, сурьма, и висмут. Однако для висмута степень окисления +5 становится редкой из-за релятивистская стабилизация орбиталей 6s, известных как эффект инертной пары, так что 6s-электроны не хотят связываться химически. Это вызывает оксид висмута (V) быть нестабильным [8] и фторид висмута (V) быть более реактивным, чем другие пентафториды пниктогена, что делает его чрезвычайно мощным фторирующий агент. [9] Этот эффект еще более выражен для московия, не позволяя ему достичь степени окисления +5.

Другие степени окисления

Физический

Азота Кристальная структура является шестиугольник. Кристаллическая структура фосфора кубический. Мышьяк, сурьма и висмут имеют ромбоэдрический кристаллические структуры. [12]

История

Азотное соединение нашатырь (хлорид аммония) известен еще со времен древних египтян. В 1760-х годах два ученых, Генри Кавендиш и Джозеф Пристли, изолировали азот от воздуха, но ни один не осознал присутствие неоткрытого элемента. Лишь несколько лет спустя, в 1772 году, Дэниел Резерфорд понял, что газ действительно азот. [13]

В алхимик Хенниг Брандт впервые обнаружил фосфор в Гамбурге в 1669 году. Брандт произвел элемент путем нагревания испаренной мочи и конденсации образовавшихся паров фосфора в воде. Брандт изначально думал, что он открыл Философский камень, но со временем понял, что это не так. [13]

Соединения мышьяка известны не менее 5000 лет, а древнегреческие Теофраст узнал минералы мышьяка, названные Realgar и орпимент. Элементарный мышьяк был открыт в 13 веке Альбертус Магнус. [13]

Сурьма была хорошо известна еще в древности. 5000-летняя ваза, сделанная из почти чистой сурьмы, существует в Лувр. Соединения сурьмы использовались в красителях в Вавилонский раз. Минерал сурьмы стибнит возможно, был составной частью Греческий огонь. [13]

Висмут был впервые открыт алхимиком в 1400 году. Через 80 лет после открытия висмута он нашел применение в печать и украшен шкатулки. В Инки к 1500 году также использовали висмут в ножах. Первоначально считалось, что висмут такой же, как свинец, но в 1753 году Клод Франсуа Жоффруа доказал, что висмут отличается от свинца. [13]

Москвиум был успешно произведен в 2003 году путем бомбардировки. америций-243 атомы с кальций-48 атомы. [13]

Имена и этимология

Термин «пниктоген» (или «пнигоген») происходит от Древнегреческий слово πνίγειν ( pnígein), что означает «задушить», имея в виду способность газообразного азота задыхаться или задыхаться. [14] Его также можно использовать как мнемонический для двух наиболее распространенных членов, P и N. Термин «пниктоген» был предложен голландским химиком. Антон Эдуард ван Аркель в начале 1950-х гг. Его также пишут «пникоген» или «пнигоген». Термин «пникоген» встречается реже, чем термин «пниктоген», и соотношение академических исследовательских работ, использующих «пниктоген», к статьям, использующим «пникоген», составляет 2,5: 1. [4] Это происходит из Греческий корень πνιγ- (задушить, задушить), и поэтому слово «пниктоген» также является ссылкой на голландские и немецкие названия азота ( Стикстоф и Stickstoff code: deu повышен до code: de , соответственно, «удушающее вещество»: т.е. вещество в воздухе, не поддерживающее дыхание). Следовательно, «пниктоген» можно перевести как «создатель удушья». Слово «пниктид» также происходит от того же корня. [14]

Вхождение

Азот составляет 25 частей на миллион земной коры, В среднем 5 частей на миллион почвы, от 100 до 500 частей на триллион морской воды и 78% сухого воздуха. Большая часть азота на Земле находится в форме газообразного азота, но некоторые нитратные минералы существуют. Азот составляет 2,5% от веса обычного человека. [13]

Фосфор составляет 0,1% земной коры, что делает его 11-м самый распространенный элемент там. Фосфор составляет 0,65 частей на миллион почвы и от 15 до 60 частей на миллиард морской воды. Всего 200 Mt доступных фосфаты на земле. Фосфор составляет 1,1% от веса обычного человека. [13] Фосфор содержится в минералах апатит семейства, которые являются основными компонентами фосфатных пород.

В ускорителях частиц московий производят сразу несколько атомов. [13]

Производство

Азот может производиться фракционная перегонка воздуха. [16]

Фосфор

Мышьяк

Большая часть мышьяка получается путем нагревания минерала. арсенопирит при наличии воздуха. Это формирует В качестве₄О₆, из которого мышьяк может быть извлечен путем восстановления углерода. Однако также можно получить металлический мышьяк путем нагревания арсенопирита при температуре от 650 до 700 ° C без кислорода. [18]

Сурьма

В случае сульфидных руд способ производства сурьмы зависит от количества сурьмы в сырой руде. Если руда содержит от 25% до 45% сурьмы по весу, то сырую сурьму получают путем плавки руды в доменная печь. Если руда содержит от 45% до 60% сурьмы по весу, сурьму получают путем нагревания руды, также известного как ликвидация. Руды с содержанием сурьмы более 60% по весу химически замещаются железной стружкой из расплавленной руды, что приводит к образованию нечистого металла.

Если оксидная руда сурьмы содержит менее 30% сурьмы по весу, руда восстанавливается в доменной печи. Если руда содержит около 50% сурьмы по весу, руда вместо этого восстанавливается в отражательная печь.

Сурьмянистые руды со смешанными сульфидами и оксидами выплавляются в доменной печи. [19]

Висмут

Минералы висмута действительно встречаются, в частности, в форме сульфидов и оксидов, но более экономично производить висмут в качестве побочного продукта при плавке свинцовых руд или, как в Китае, вольфрамовых и цинковых руд. [20]

Московиум

Московий производится несколькими атомами одновременно в ускорители частиц направляя пучок ионов кальция-48 на Америций до тех пор, пока ядра не сливаются. [21]

Приложения

Биологическая роль

Мышьяк способствует росту цыплят и крыс и может необходим для человека в небольших количествах. Было показано, что мышьяк способствует метаболизму аминокислоты. аргинин. Типичный человек весом 70 кг содержит 7 мг мышьяка. [13]

Неизвестно, что сурьма играет биологическую роль. Растения потребляют лишь следовые количества сурьмы. Типичный человек весом 70 кг содержит примерно 2 мг сурьмы. [13]

Биологическая роль висмута неизвестна. Люди потребляют в среднем менее 20 мкг висмута в день. В типичном человеке весом 70 кг содержится менее 500 мкг висмута. [13]

Токсичность

Сурьма умеренно токсична. [22] Дополнительно, вино пропитанные сурьмой контейнеры могут вызвать рвоту. [11] При приеме в больших дозах сурьма вызывает рвота у жертвы, которая затем, кажется, выздоравливает перед смертью через несколько дней. Сурьма присоединяется к определенным ферментам, и ее трудно удалить. Стибин, или SbH₃, гораздо более токсичен, чем чистая сурьма. [13]

Сам висмут в значительной степени нетоксичный, хотя потребление слишком большого количества может повредить печень. Сообщалось, что только один человек умер от отравления висмутом. [13] Однако потребление растворимых солей висмута может сделать десны человека черными. [11]

Московий слишком нестабилен, чтобы проводить какие-либо химические исследования токсичности.

Источник

В современном ИЮПАК обозначение, это называется Группа 15. В CAS а старые системы ИЮПАК назывались Группа VА и Группа VB соответственно (произносится как «группа пять A» и «группа пять B», «V» означает Римская цифра 5). [2] В области полупроводник физика, ее еще обычно называют Группа V. [3] «Пятерка» («V») в исторических названиях происходит от «пентавалентность»азота, отраженного стехиометрия из соединения например N₂О₅. Их также называли пентели.

Содержание

Характеристики

Химическая

Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют похожие модели в электронная конфигурация, особенно в самых внешних оболочках, что приводит к тенденциям [ требуется разъяснение ] в химическом поведении.