15. grupa hemijskih elemenata

Elementi 15. grupe periodnog sistema elemenata su:
 Dušik (N)
 Fosfor (P)
 Arsen (As)
 Antimon (Sb) i
 Bizmut (Bi)

Elementi ove grupe, kao i elementi 14. grupe, imaju dosta različite osobine; od nemetala dušika i fosfora, preko polumetala (arsen i antimon) do metala (bizmut). Zanimljivo je da su tri posljednja tri elementa ove grupe (arsen, antimon i bizmut) bili poznati mnogo prije dušika i fosfora, koji su izolovani u 18. i 17. vijeku, respektivno. Međutim, ta otkrića, koja su načinili alhemisti iz 15. vijeka, su zaboravljena.Gary L. Miessler, Donald A. Tarr: Inorganic chemistry, 3. izdanje, Pearson Prentice Hall, Northfield, Minnesota, str.272-274

 Elementi 
Dušik i fosfor su tipični nemetali i daju okside kiselog karaktera. Arsen i antimon su polumetali i njihovi oksidi su amfoternog karaktera, dok je bizmut tipični metal i daje samo bazične okside. Konfiguracija posljednjeg energetskog nivoa elemenata ove grupe je ns2np3. Porastom atomskog broja pravilno raste atomski radijus, opada elektronegativnost i ionizacijski potencijal (opada nemetalni karakter).

 Dušik 

Dušik (nitrogen) je sastavni dio Zemljine atmosfere. Sačinjava je oko 78,1% (volumenski) te je  najrasprostranjeniji element na Zemlji. Uspješno je izoliran iz zraka tek 1772. godine  od strane grupe naučnika Rutherforda, Cavendisha i Scheelea, koji su neovisno izdvojili  komponente zraka (kisik, dušik i ugljik-dioksid).

Dušik se u prirodi nalazi kao dvoatomski gas, što znači da su dva atoma dušika spojena međusobno  trostrukom vezom, koja je neuobičajeno snažna. Ova stabilnost molekule je u mnogome doprinijela da je  dušik dosta nereaktivan (inertan) gas. Do nedavno (1999) se smatralo da se dušik može samostalno  (bez drugih elemenata) pojaviti samo u formi N2 ili kao ion N3-.  Međutim, otkriven je dušik kao petovalentni ion N5+ u vidu  N5+[AsF6]-.K.O.  Christe, W.W. Wilson, J.A. Sheehy i J.A. Boartz: Angew. Chem., Int. Ed., 1999, 38,  2004.
Tečni dušik (na temperaturi od -196,15 °C) se često upotrebljava kao praktično rashladno sredstvo koje je pogodno za proučavanje reakcija superprovodljivosti, rashlađivanje destilacionih  frakcija i u mnoge druge svrhe.

 Fosfor 

Fosfor je prvi izolirao H. Brandt 1669. godine iz urina. Dao mu je ime fosfor (grč. phos - svjetlost i phoros - davati), pošto je svijetlio u mraku u prisustvu  kisika. Fosfor ima mnogo alotropskih modifikacija. Najčešći je bijeli fosfor, koji se javlja u dvije  modifikacije: α-P4 (kubični) i β-P4 (heksagonalni).  Kondenzacijom tečnog i gasovitog fosfora (oba sadrže tetraedarsku P4 molekulu)  daje α-formu, koja se polahko pretvara u β-formu na temperaturama iznad -76,9 °C.  Tokom spore oksidacije na zraku, α-P4 emitira žuto-zelenu svjetlost, fosforescenciju koja je poznata još iz antičkih vremena. Bijeli fosfor koji se nekad upotrebljavao u proizvodnji šibica je veoma otrovan te je zamjenjen drugim materijalima, naročito crvenim fosforom i  P4S3. Bijeli fosfor se zbog velike reaktivnosti mora držati pod vodom. Zagrijavanje bijelog fosfora bez prisustva kisika daje amorfni crveni fosfor koji postoji u niz alotropskih modifikacija. Postoji i tzv. crni fosfor koji se dobija iz bijelog fosfora zagrijavanjem na veoma visokoj temperaturi.

 Ostali elementi 

Arsen, antimon i bizmut također egzistiraju u raznim alotropskim varijantama. Najstabilniji alotrop  arsena je sivi (alfa) arsen, koji je sličan romboedarskom fosforu. U formi gasa, arsen postoji i  u tetragonskoj varijanti kao As4. Antimon i bizmut također imaju slične alfa forme. Sva tri  elementa imaju djelimično metalne osobine, međutim veoma su slabi provodnici. Arsen, kao najbolji  provodnik u ovoj grupi ima gotovo 20 puta veći električni otpor od bakra. Bizmut je  najteži element u prirodi koji ima stabilno jezgro, koje nije radioaktivno.

 Element Energija ionizacije (kJ/mol) Afinitet prema elektronu (kJ/mol) Tačka topljenja °C Tačka ključanja °C Elektronegativnost N 1402 -7 -210 -195,8 3,066 P 1012 72 44a 280,5 2,053 As 947 78 b b 2,211 Sb 834 103 631 1587 1,984 Bi 703 91 271 1564 2,01c
a alfa-P4

b sublimira na 615 °C

c približna vrijednost

 Reference 

 Vanjski linkovi 

 http://chemwiki.ucdavis.edu Group 15: The Nitrogen Family (en) 


Kategorija:Periodni sistem
Kategorija:Grupe hemijskih elemenata