Загальна характеристика елементів головної підгрупи v групи

Підгрупу азоту складають п'ять елементів: азот, фосфор, миш'як, сурма і вісмут. Це р-елементи V групи періодичної системи Д. І. Менделєєва.
На зовнішньому енергетичному рівні атоми цих елементів містять п'ять електронів, які мають конфігурацію ns2np3 і розподілені наступним чином:

Тому найвищий рівень окислення цих елементів +5, нижча -3, характерна і +3.
Наявність трьох неспарених електронів на зовнішньому рівні говорить про те, що в збудженому стані атоми елементів мають валентність 3. Зовнішній рівень атома азоту складається тільки з двох підрівнів - 2s і 2р. У атомів же інших елементів цієї підгрупи на зовнішніх енергетичних рівнях є вакантні осередку d-підрівні. Отже, один з s-електронів зовнішнього рівня може при порушенні перейти на d-підрівень того ж рівня, що призводить до утворення 5 неспарених електронів.

зовнішня електронна оболонка фосфору (збудженому атом)

зовнішня електронна оболонка порушеної атома фосфору.

В атомі азоту порушити електрон так само не можна через відсутність d-підрівні на другому рівні. Отже, пятивалентного азот бути не може, проте він може утворити четверту ковалентний зв'язок за донорно-акцепторного механізму за рахунок неподіленої електронної пари 2s2. Для атома азота возможен и другой процесс. При відриві одного з двох 2s-електронів азот переходить в однозарядний чотиривалентний іон N +.

От азота к висмуту радиусы атомов увеличиваются, а ионизационные потенциалы уменьшаются. Відновлювальні властивості нейтральних атомів посилюються від N до Bi, а окислювальні слабшають (див. Табл. 21).
З воднем азот, фосфор і миш'як утворюють полярні сполуки RH3, проявляючи негативну ступінь окислення -3. Молекулы RH3 имеют пирамидальную форму. У цих з'єднаннях зв'язку елементів з воднем міцніші, ніж у відповідних з'єднаннях елементів підгрупи кисню і особливо підгрупи галогенів. Тому водневі з'єднання елементів підгрупи азоту у водних розчинах не утворюють іонів водню.

З киснем елементи підгрупи азоту утворюють оксиди загальної формули R2O3 і R2O5. Оксидів відповідають кислоти HRO2 і HRO3 (і ортокіслоти H3RO4, крім азоту). У межах підгрупи характер оксидів змінюється так: N2O3 - кислотний оксид; Р4О6 - слабокислотні оксид; As2O3 - амфотерний оксид з переважанням кислотних властивостей; Sb2O3 - амфотерний оксид з переважанням основних властивостей; Bi2O3 - основний оксид. Таким чином, кислотні властивості оксидів складу R2O3 і R2O5 зменшуються з ростом порядкового номера елемента.
Як видно з табл. 21, всередині підгрупи від азоту до вісмуту зменшуються неметалічні властивості і зростають металеві. У сурми ці властивості виражені однаково, у вісмуту переважають металеві, у азоту - неметалічні властивості. Фосфор, миш'як і сурма утворюють кілька аллотропних з'єднання.

У лабораторіях його можна отримувати по реакції розкладання нітриту амонію:

Реакція екзотермічна, йде з виділенням 80 ккал (335 кДж), тому потрібне охолоджування судини при її протіканні (хоча для початку реакції потрібно нагрівання нітриту амонію).

Практично цю реакцію виконують, додаючи по краплях насичений розчин нітриту натрію в нагрітий насичений розчин сульфату амонію, при цьому утворюється в результаті обмінної реакції нітрит амонію миттєво розкладається.

Виділяється при цьому газ забруднений аміаком, оксидом азоту (I) і киснем, від яких його очищають, послідовно пропускаючи через розчини сірчаної кислоти, сульфату заліза (II) і над розпеченій міддю. Потім азот осушують.

Ще один лабораторний спосіб отримання азоту - нагрівання суміші дихромата калію і сульфату амонію (в співвідношенні 2: 1 по масі). Реакція йде за рівнянням:

Найбільш чистий азот можна отримати розкладанням азидів металів:

Так называемый «воздушный», или «атмосферный» азот, то есть смесь азота с благородными газами, получают путём реакции воздуха с раскалённым коксом, при этом образуется так называемый «генераторный», или «воздушный», газ — сырьё для химических синтезов и топливо . При необхідності з нього можна виділити азот, поглинувши монооксид вуглецю.

Молекулярный азот в промышленности получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Цим методом можна отримати і «атмосферне азот». Також широко застосовуються азотні установки і станції, в яких використовується метод адсорбционного і мембранного газоразделенія.

Аміак беруть з його насиченого розчину при нагріванні. Кількість CuO в 2 рази більше розрахункового. Безпосередньо перед застосуванням азот очищають від домішки кисню та аміаку пропусканням над міддю і її оксидом (II) (теж

700 ° C), потім сушать концентрованої сірчаної кислотою і сухий лугом. Процес відбувається досить повільно, але він того вартий: газ виходить вельми чистий.