15. skupina Flashcards
naštej elemente 15. skupine
N
P
As arzen
Sb antimon
Bi bizmunt
največja odstopanja fizikalnih lastnosti pri N
(največja elktronegativnost, nedostopnost d orbital)
tvorba vezi
tvorba vezi (5 valenčnih elektronov)
1) sprejem treh elektronov: le pri N in P
močno endotermen proces
pri reakcijah z najmanj elektronegativnimi elementi (Li, Mg, Na)
za prvi e- negativna elektronska afiniteta, drugi e- rinemo proti nečemu že negativnemu
vseeno dovolj majhen anion → sprosti se dovolj mrežne energije
2) oddaja treh elektronov: (kovinski značaj) le pri Sb in Bi
močno entotermen proces
v nekaterih trdnih spojinah in razt. z zelo nizkim pH
3) tvorba treh kovalentnih vezi
pogosto (piramidalne molekule)
pri N sp3 hibridizacija
pri drugih kot 90
4) ** tvorba več kovalentnih vezi**
N največ 4
P in As v oksospojinah največ 5, v halogenidih do 6
Sb in Bi v oksospojinah največ 6, halogenidi 5 ali 6
oksidacijska števila elementov 15. skupine
kovinski značaj
N: -3, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5
P: -3, -2, 0, +1, +3, +4, +5
As, Sb, Bi: -3, 0, +3, +5 (liha skupina liha oksidacijska)
spojine z oksidacijskim +5 najbolj obstojne pri fosforju
obstojnostoksidacijskega št. +3 narašča po skupini navzdol
po skupini navzdol narašča kovinski značaj
N, P, As, Sb z oksidacijskim +3 in +5 tvorijo z vodo kisline (jakost kislin pada po skupini navzdol)
Bi2O3 je bazičen
dušik viri
laboratorijsko, industrijsko pridobivanje
N glavni vir zrak (frakcionarna destilacija)
pomembna tudi nahajališča nitratov (NaNO3 in KNO3)
v premogu in nafti
-industrijsko pridobivanje
iz tekočega zraka
(ali z odvzemom kisika iz zraka- glej pridobivanje amoniaka)
-laboratorijsko pridobivanje
segrevanje NH4NO2 (koproporcionacija)
NH4NO2 → N2 + H2O
fosfor
viri
pridobivanje
P nahaja v apatitih in fosfatih
-pridobivanje
pri visoki temperaturi s SiO2 in koksom
Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → P + CaSiO3 + CO
pare fosforja ohladijo z mrzlo vodo: nastane beli fosfor P4
večino fosforja predelajo v fosforjevo kislino in tehnološko pomembne fosfate
arzen
viri
pridobivanje
As iz mineralov in kovinskih arzenidov
pridobivanje:
-segrevanje arzenopirita
FeAsS → FeS + As (arzen odda e- železu)
-praženje sulfidnih rud in redukcija oksidov z ogljikom
As2S3 + O2 → As2O3 + SO2
As2O3 + C → As + CO
-zelo čist arzen dobimo z redukcijo klorida z vodikom
AsCl3 + H2 → As + HCl
antimon
viri
pridobivanje
Sb nahaja v oksidnih in sulfidnih oblikah (pozitiven, ga reduciramo z železom)
pridobivanje:
-praženje sulfidnih rud in redukcija oksidov
-direktno z redukcijo sulfidov z železom
Sb2S3 + Fe → FeS + Sb
bizmunt
viri
pridobivanje
Bi nahaja v obliki oksidnih in sulfidnih rud
pridobivamo podobno kot antimon
dušik
reakcije pri sobni temp
reakcija z vodikom in kisikom
atomarni dušik
pri sobni temp. poteka le malo rakcij (ker je N2 zelo stabilen) npr.
6Li + N2 → 2Li3N
z vodikom reagira šele nad 200C (pridobivanje amoniaka)
s kisikom reagira šele nad 2000 (npr. udarec strele, nastane NO, endotermna reakcija)
atomarni dušik dobimo v el. polju pri nizkem tlaku
zelo reaktiven
alotropske modifikacije fosforja
najpogostejši alotropski modifikaciji beli in rdeči fosfor (obstajajo še vijolični in črni)
- beli fosfor P4
zelo reaktiven, tetraedrične molekule (kot samo 60, odboj- nestabilna molekula)
se vžge na zraku (fino zmlet že pri sobni temp)
-rdeči fosfor
amorfen (tališče in vrelišče se spreminjata)
iz razvejanih verig
nastane iz belega pri segrevanju na 200C brez kisika
-vijolični fosfor
iz povezanih verig
nastane iz rdečega pri segrevanju na 450C brez kisika ali iz taline svinca
-črni fosfor
iz valovitih plasti (prevaja el. tok)
dobimo iz belega pri 200C in visokem tlaku
modifikacije arzena
antimona
bizmuta
As ima 4 modifikacije: dva amorfni, dve kristalični
-rumeni As
molekule As4, bolj reaktiven od P4
že na svetlobi razpad v sivi As
-sivi As
podoben črnemu P
Sb: poleg plastovite kristalične še amorfna modifikacija
Bi: le ena modifikacija (plastovita srebrnordeče barve)
pri modifikacijah se vidi naraščajoč kovinski značaj (manjša se razlika med dolžino kovalentne in Van der Waalsove vezi)
nitridi (3 vrste)
N*3-
-ionski
nastanejo z alkalijskimi kovinami in Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Th
lahko tudi s segrevanjem alkalijskih amidov prek imidov:
MNH2 (amid) → M2NH (imid) → M3N (nitrid)
z vodo reagirajo do hitroksidov in amonijaka:
Mg3N2 + H2O → Mg(OH)2 + NH3
-kovalentni
S4N4, P3N5, Si3N4, BN (podoben diamantu, ena najtrših znanih snovi)
-intersticijski (kovine, v oktaedrične praznine zlezejo atomi dušika → poveča se tališče, trdota)
priprava: segrevanje kovin v NH3 nad 1000C
fosfidi
-ionski fosfidi P*3-
z najbolj elektropozitivnimi elementi
reakcija z vodo:
Ca3P2 + H2O → Ca(OH)2 + PH3
-kovalentni fosfidi (podobni kovalentnim nitridom)
polimeri SiP, BP, se ne topijo v vodi
-kovinski
podobni zlitinam, slabo topni v vodi, prevajajo el. tok
CuP, FeP, Ni2P…
fosfidi, arzenidi, antimonidi, bizmutidi
vezi
strukturno raznoliki
vezi niso tipično ionske, ampak v veliki meri kovalentne ali kovinske
spojine elementov 15. skupine z vodikom
vsi elementi tvorijo _H3 spojine
NH3 amonijak
N2H4 hidrazin
HN3 vodikov azid
PH3 fosfan
P2H4 difosfan
AsH3 arzan
SbH3 stibn
BiH3 bizmutan
stabilnost pada po skupini navzdol
industrijsko prodobivanje amonijaka
pridobivanje osnovnih surovin
Haber-Boschev postopek z direktno sintezo
3H2 + N2 → 2NH3
H2 : N2 = 3 : 1
ravnotežna in eksotermna reakcija
zelo počasna: kataliza z alfa železom pro 500C
visoka temp pomakne ravnotežje v levo, zato uporabimo visok tlak
vseeno le 15% izkoristek
-N2 dobijo iz zraka
zrak vodijo prek razžarjenega koksa:
N2 + O2 + C → N2 + CO (eksotermna)
-H2 dobijo iz vode
vodna para prek razžarjenega koksa
H2O + C → H2 + CO (endotermna)
pretvorba CO v CO2 z dodatno vodno paro
CO + H2O → CO2 + H2
CO2 odstranijo z raztapjanjem v vodi pod tlakom
surovina je lahko tudi metan:
CH4 + H2O ⇌ CO + 3H2
(Ni katalizator) CH4 + 2H2O ⇌ CO2 + 4H2
nato vpihavamo zrak
2H2 + (O2 + 4N2) → 2H2O + N2
laboratorijsko pridobivanje NH3
segrevanje raztopine NH3
lastnosti amoniaka
gorenje v kisiku (+ z katalizatorjem)
vonj zaznamo
pri višjih koncentracijah draži in je strupen
tekoč NH3 je topilo
na zraku se ob plamenu vžge vendar ne gori (prenizka temperatura plamena)
v kisiku gori z rumenim plamenom:
NH3 + O2 → N2 + H2O
če gorenje kataliziramo (platina) nastane NO:
NH3 + O2 → NO + H2O
z nadaljno oksidacijo NO pridobivajo HNO3
lastnosti amoniaka (redoks reakcije)
(NH4)2Cr2O7
NH4NO2
NH4NO3
amoniak je reducent
običajno se oksidira do N2 (s Cl2, H2O2, MnO4-…)
ker je baza tvori amonijeve soli
razen če je anion oksidant → segrevanje povzroči oksidacijo kationa z anionom
(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2 + 4H2O
NH4NO2 → N2 + 2H2O
NH4NO3 → N2O + 2H2O
hidrazin
nastanek
razpad
nastanek: oksidacija amoniaka z natrijevim hipokloritom
2NH3 + NaClO → N2H4 + NaCl + H2O
pri sobni temp obstojna tekočina
pri višji temp razpade (reagira s kisikom):
N2H4 + O2 → N2 + 2H2O
hidrazin
(redoks reakcije) vodna razt Ag+ (ali Cu *2+)
reakcija z vodo
močnejši reducent kot NH3
reducira vodne rat. Cu*2+ in Ag+ ionov do Cu in Ag
4[Ag(NH3)2]+ + N2H4 → 4Ag + 4NH3 + 4NH4+ + N2
šibkejša baza kot NH3 (biprotonska baza)
N2H4 + H2O ⇌ N2H5+ + OH- hidrazinijev ion
N2H5+ + H2O ⇌ N2H6*2+ + OH- hidrazindiijev ion
vodikov azid
nastanek
lastnosti
nastanek: oksidacija hidrazina z dušikasto kislino
N2H4 + HNO2 → HN3 + 2H2O
HN3 pri sobni temp tekočina
neobstojna spojina neprijetnega vonja
krvni strup