Общая характеристика и строение элементов VA группы
В состав подгруппы азота, составляющей семейство пниктидов, входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. Это химические элементы 15-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы V группы).
Электронное строение
Все элементы главной подгруппы V группы, имеют пять электронов на внешнем электронном уровне. В целом характеризуются как неметаллы к присоединению электронов выражена значительно слабее, по сравнению с халькогенами и галогенами. Все элементы подгруппы азота имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня атома и могут проявлять в соединениях степени окисления от −3 до +5.
Рассмотрим закономерности изменения свойств элементов по группе. В V группе главной подгруппы сверху вниз эффективный заряд ядра увеличивается, орбитальный радиус также увеличивается, восстановительные свойства атомов возрастают, окислительные свойства атомов уменьшаются.
Свойства
Первые представители подгруппы — азот и фосфор — типичные неметаллы, мышьяк и сурьма проявляют металлические свойства, висмут — типичный металл.
Таким образом, с ростом радиуса элемента, в данной группе резко изменяются свойства составляющих её элементов: от типичного неметалла до типичного металла. Химия этих элементов очень разнообразна и, учитывая различия в свойствах элементов, при изучении её разбивают на две подгруппы — подгруппу азота и подгруппу мышьяка.
Физические свойства
Азот — газ, фосфор и все остальные элементы — твердые вещества. Это объясняется тем, что начиная с третьего периода (фосфор) элементы объединяются в большие полимерные молекулы. Такое изменение молекулярной структуры при переходе от азота к фосфору и вызывает резкое изменение агрегатных состояний веществ.
Фосфор — неметалл, в чистом виде имеет 4 аллотропные модификации:
1. Белый фосфор — самая химически активная модификация фосфора. Имеет молекулярное строение; формула P4, форма молекулы — тетраэдр. По внешнему виду белый фосфор очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Чрезвычайно химически активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение), ядовит.
2. Красный фосфор — представляет собой полимер со сложной структурой. Имеет формулу Pn. В зависимости от получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, но самовоспламеняется при трении или ударе. Это свойство используется при изготовлении спичек, ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого.
3.Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора, чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не растворимо в воде и органических растворителях, проводит электрический ток и, аналогично кремнию, имеет свойства полупроводника.
4. Металлический фосфор - имеет плотную и инертную металлическую структуру, очень хорошо проводит электрический ток.
Мышьяк - представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета, существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях и при нагревании металлический или серый мышьяк, который обладает металлической электрической проводимостью.
Сурьма - полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы и три аморфные модификации (жёлтая, чёрная и взрывчатая сурьма). Сурьму добавляют в некоторые сплавы для придания им твердости (типографский металл). Соединения сурьмы похожи по химическим свойствам на соединения мышьяка, но отличаются более выраженными металлическими свойствами.
Висмут — тяжёлый серебристо-белый металл с розоватым оттенком. Со временем покрывается тёмно-серой оксидной плёнкой. Наряду со свинцом и оловом входит в состав большинства легкоплавких припоев и сплавов.
Химические свойства соединений
С водородом элементы подгруппы азота образуют соединения типа (аммиак , фосфин , арсин ), в которых проявляют степень окисления -3, с кислородом образуют оксиды, проявляя различные степени окисления. например азот может изменять их от +1 до +5. Высшие оксиды имеют общую формулу , которому соответствуют кислоты состава и (все элементы, кроме азота). Азот в соединениях с высшей степенью окисления является сильным окислителем. Свойства азотной и азотистой кислот рассмотрены подробно в теме "Кислоты азота
Реакция частичного гидрирования бутадиена:
CH2=CH-CH=CH2 --(H2)--> CH2=CH-CH2-CH3 + CH3-CH2-CH2-CH3
С раствором брома реагирует только бутен-1:
C4H8 --(Br2)--> C4H8Br2 (1,2-дибромбутан)
Количество образовашегося дибромбутана: n(C4H8Br2) = 10.8/M(C4H8Br2) = 0.05 моль
Количество бутена-1 в смеси после гидрирования: n(C4H8) = n(C4H8Br2) = 0.05 моль; масса бутена-1: m(C4H8) = n(C4H8)*M(C4H8)= 0.05*56 = 2.8 г
Количество изначального бутадиена: n(C4H6) = 8.1/M(C4H6) = 0.15 моль
Значит количество бутана в смеси: n(C4H10) = 0.15-0.05 = 0.1 моль; масса бутана в смеси: m(C4H10) = n(C4H10)*M(C4H10) = 0.1*58 = 5.8 г
Тогда массовое содержание в смеси:
бутена-1 = 2.8/(2.8+5.8)*100 = 32.56%
бутана = 5.8/(2.8+5.8)*100 = 67.44%
Объяснение:
Общая характеристика и строение элементов VA группы
В состав подгруппы азота, составляющей семейство пниктидов, входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут. Это химические элементы 15-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы V группы).
Электронное строение
Все элементы главной подгруппы V группы, имеют пять электронов на внешнем электронном уровне. В целом характеризуются как неметаллы к присоединению электронов выражена значительно слабее, по сравнению с халькогенами и галогенами. Все элементы подгруппы азота имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня атома и могут проявлять в соединениях степени окисления от −3 до +5.
Рассмотрим закономерности изменения свойств элементов по группе. В V группе главной подгруппы сверху вниз эффективный заряд ядра увеличивается, орбитальный радиус также увеличивается, восстановительные свойства атомов возрастают, окислительные свойства атомов уменьшаются.
Свойства
Первые представители подгруппы — азот и фосфор — типичные неметаллы, мышьяк и сурьма проявляют металлические свойства, висмут — типичный металл.
Таким образом, с ростом радиуса элемента, в данной группе резко изменяются свойства составляющих её элементов: от типичного неметалла до типичного металла. Химия этих элементов очень разнообразна и, учитывая различия в свойствах элементов, при изучении её разбивают на две подгруппы — подгруппу азота и подгруппу мышьяка.
Физические свойства
Азот — газ, фосфор и все остальные элементы — твердые вещества. Это объясняется тем, что начиная с третьего периода (фосфор) элементы объединяются в большие полимерные молекулы. Такое изменение молекулярной структуры при переходе от азота к фосфору и вызывает резкое изменение агрегатных состояний веществ.
Фосфор — неметалл, в чистом виде имеет 4 аллотропные модификации:
1. Белый фосфор — самая химически активная модификация фосфора. Имеет молекулярное строение; формула P4, форма молекулы — тетраэдр. По внешнему виду белый фосфор очень похож на очищенный воск или парафин, легко режется ножом и деформируется от небольших усилий. Чрезвычайно химически активен. Например, он медленно окисляется кислородом воздуха уже при комнатной температуре и светится (бледно-зелёное свечение), ядовит.
2. Красный фосфор — представляет собой полимер со сложной структурой. Имеет формулу Pn. В зависимости от получения и степени дробления красного фосфора, имеет оттенки от пурпурно-красного до фиолетового, а в литом состоянии — тёмно-фиолетовый с медным оттенком. Красный фосфор на воздухе не самовоспламеняется, но самовоспламеняется при трении или ударе. Это свойство используется при изготовлении спичек, ядовитость его в тысячи раз меньше, чем у белого.
3.Чёрный фосфор — это наиболее стабильная термодинамически и химически наименее активная форма элементарного фосфора, чёрное вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь и похожее на графит, не растворимо в воде и органических растворителях, проводит электрический ток и, аналогично кремнию, имеет свойства полупроводника.
4. Металлический фосфор - имеет плотную и инертную металлическую структуру, очень хорошо проводит электрический ток.
Мышьяк - представляет собой хрупкий полуметалл стального цвета, существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчив при обычных условиях и при нагревании металлический или серый мышьяк, который обладает металлической электрической проводимостью.
Сурьма - полуметалл серебристо-белого цвета с синеватым оттенком, грубозернистого строения. Известны четыре металлических аллотропных модификаций сурьмы и три аморфные модификации (жёлтая, чёрная и взрывчатая сурьма). Сурьму добавляют в некоторые сплавы для придания им твердости (типографский металл). Соединения сурьмы похожи по химическим свойствам на соединения мышьяка, но отличаются более выраженными металлическими свойствами.
Висмут — тяжёлый серебристо-белый металл с розоватым оттенком. Со временем покрывается тёмно-серой оксидной плёнкой. Наряду со свинцом и оловом входит в состав большинства легкоплавких припоев и сплавов.
Химические свойства соединений
С водородом элементы подгруппы азота образуют соединения типа (аммиак , фосфин , арсин ), в которых проявляют степень окисления -3, с кислородом образуют оксиды, проявляя различные степени окисления. например азот может изменять их от +1 до +5. Высшие оксиды имеют общую формулу , которому соответствуют кислоты состава и (все элементы, кроме азота). Азот в соединениях с высшей степенью окисления является сильным окислителем. Свойства азотной и азотистой кислот рассмотрены подробно в теме "Кислоты азота