氮族(the Nitrogen group)是
元素周期表上的第VA族(IUPAC第15族),包括氮(N、nitrogen)、磷(P、phosphorus)、砷(As、arsenic)、锑(Sb、antimony)、 铋(Bi、bismuth)等。氮族元素的许多单质和化合物和我们息息相关。
氮族元素的定义
氮族(the Nitrogen group)是
元素周期表上的第VA族(IUPAC第15族),位于碳族和
氧族之间。氮族元素包括
氮(N、nitrogen)、
磷(P、phosphorus)、
砷(As、arsenic)、
锑(Sb、antimony)、铋(Bi、bismuth)。其中,氮和
磷是非金属;
砷是准金属;
锑,铋是金属。
氮族元素的发现和存在
氮气的发现是在研究空气的组成过程中完成的。1772年,卢瑟福在论文中描述了一种不能维持生命,不能被石灰水吸收,不能燃烧的浊气。与其同时,许多其他的化学家用不同的方法得到了氮气。绝大部分氮以单质的形式存在,少量的氮以铵盐,硝酸盐的形式存在于土壤中。
17世纪,德国商人布兰德将沙子木炭等混合蒸馏加热,偶然得到了能在黑暗中发光的物质。这就是磷。自然界不存在单质磷,总是以磷酸盐的形式存在。
砷和锑都是中国古代书籍就有记载的元素。曾经,砷被作为一种贵重药物,又有毒性。砷主要以硫化物和氧化物的形式存在;锑曾在1753年被化学家弗拉明证明是一种元素。锑主要以硫化物矿的形式存在。
氮族元素的结构特点
氮族元素的价电子层结构是 ,它们的p轨道都是半充满状态,因而与同周期的前后元素相比,有较高的电离能。由于惰性电子效应,氮族元素从上到下氧化数为3的化合物稳定性逐渐增加。氮族的最根本的特征是其中所有元素的原子最外层都有5个电子——s亚层的2个电子和p亚层的3个未成对电子,因此它们在原子态时仍需3个电子才能充满其最外层。
氮族元素的常见
氧化态有:-3、+3和+5。除此之外,磷还有-2和+1的氧化态,而氮的氧化态则从-3到+5都有。
除了氮以外,其他氮族元素都有空的d轨道可以参与成键,所以氮的最高配位数是4,其他元素最高的配位数是6。
氮族元素重要的单质和化合物
单质
氮气常温下是
气体,其余元素单质是
固体。氮气是
空气的重要组成部分,体积分数约为79%;白磷在空气中会
自燃,有剧毒.(致死量0.1g,与
氰化钾相同,但容易被忽视。)
氮的非金属性很强,但氮气的
氧化性却不强,是因为氮气分子中存在键能较高的N≡N
三键的缘故。
氢化物
氮族元素的
氢化物为。除了中H的氧化态为+1外,其他的氮族元素氢化物中H的氧化态都为-1(因为P、As的
电负性小于H)。
氮族元素氢化物溶于水时常常水合,不仅不像
氧族、
卤素一样形成
无氧酸溶液,反而生成弱碱。但是在液态时由于
自偶电离亦可成为酸。
由于存在
孤对电子,氮族元素氢化物很容易因为X→H
配位键形成离子,如
铵离子()、鏻离子()、鉮离子()。
学名
氨气,是常见的碱性气体,在很多领域都有应用。比如其较高的汽化热常用于制冷剂,
催化氧化反应间接制取硝酸等。
磷化氢又称:膦; 膦烷;
物理性质: 无色气体。纯时几乎无味,但工业品有腐鱼样臭味。分子式H3-P。分子量34。相对密度 1.17。熔点 -133℃。沸点 -87.7℃。自燃点 100~150℃。蒸气压 20 atm(-3℃)。微溶于水(20℃时,能溶解 0.26 体积磷化氢)。
化学性质: 磷化氢是一个比氨还要弱的多碱,它与识配的卤化氢作用可生成卤化磷,磷化氢是比氨还要强的还原剂,在空气中容易燃烧,与氧发生爆炸反应.与空气混合物爆炸下限 1.79%(26 g/m3)空气中含痕量P2H4可自燃; 浓度达到一定程度时可发生爆炸。能与氧气、卤素发生剧烈
化合反应。通过灼热金属块生成磷化物,放出氢气。还能与铜、银、金及他们的盐类反应。 在约357°C下,磷化氢开始分解,生成磷和氢.磷化氢可与氯发生自发反应.
用途:可用于n-型半导体的掺杂剂,加加聚反应的引发剂,缩聚反应的催化剂,也可用于有机合成.
砷化氢
与、类似,砷能生成氢化物,砷化氢或称为胂,是一种无色、具有大蒜味的剧毒气体。熔点(156.1K) 沸点(210.5K) 都很低,是共价型分子。
应用:医学上鉴定砷的“
马氏试砷法”的根据。检验方法是用Zn、盐酸和试样混在一起,将生成的气体导入热玻璃管,若试样中有砷的化合物存在,就会生成,因生成的在加热部位分解产生As,As积集而成亮黑色的“砷镜”(能检出0.007mgAs)。“砷镜”如果能用
次氯酸钠溶液洗涤而溶解,则证明是砷:砷镜溶于NaClO,锑镜则不溶。
氧化物
y氧化二氮俗称
笑气;NO、是
硝酸工业的中间产物,属于大气的主要污染物,会导致
光化学反应;(其实是)是常用的效率高的酸性干燥剂;有剧毒,俗称
砒霜。
氢氧化物
硝酸,属于强酸;
磷酸,属于中强酸;
砷酸是
两性氢氧化物,而则是
碱。
硝酸是国民工业“三大强酸”之一,是比较理想的氧化性酸和硝化剂;磷酸是
可乐的成分;硝酸盐是常用氧化剂和氮肥;磷酸盐是常用磷肥;K[Sb(OH)6]是实验室中检验钠离子的试剂;
亚硝酸钠在食品工业中作为腊肉、香肠的增色剂,会致癌;高铋酸盐是强氧化剂。
有机物
含氮的氨基酸是
蛋白质的组成部分,含氮、磷的
核苷酸是
核酸的组成部分,二者都是生物体所必需的元素,因此农业上常施氮肥和磷肥。
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