Материал: 5 и 6 группы
1
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ
И
НАУКИ
РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ
«
ВОРОНЕЖСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
»
ХИМИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ
V
И
VI
ГРУПП
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
Учебное
пособие
для
вузов
Составители
:
И
.
Я
.
Миттова
,
Е
.
В
.
Томина
,
Б
.
В
.
Сладкопевцев
Издательско
-
полиграфический
центр
Воронежского
государственного
университета
2012
2
Утверждено
научно
-
методическим
советом
химического
факультета
20
декабря
2011
г
.,
протокол
№
10
Рецензент
д
-
р
хим
.
наук
,
профессор
В
.
Н
.
Семенов
Учебное
пособие
подготовлено
на
кафедре
материаловедения
и
индуст
-
рии
наносистем
химического
факультета
Воронежского
государственного
университета
.
Рекомендуется
для
студентов
I
курса
химического
факультета
дневного
отделения
.
Для
направлений
: 020300 –
Химия
,
физика
и
механика
материалов
,
020100 –
Химия
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное
учебное
пособие
является
продолжением
первых
двух
частей
,
в
которых
были
рассмотрены
Периодический
закон
как
основа
неоргани
-
ческой
химии
и
химия
элементов
I–IV
групп
Периодической
системы
.
В
третьей
части
рассматривается
химия
элементов
V
и
VI
групп
Периодиче
-
ской
системы
химических
элементов
Д
.
И
.
Менделеева
.
Пособие
призвано
помочь
студенту
-
первокурснику
в
изучении
курса
«
Неорганическая
химия
»,
по
сути
дела
являясь
конспектом
лекционного
курса
,
где
отображены
все
основные
ключевые
моменты
,
которые
необ
-
ходимо
учесть
при
изучении
курса
.
Являясь
продолжением
цикла
пособий
по
курсу
«
Неорганическая
химия
»,
данное
издание
в
целом
сохраняет
структуру
и
последователь
-
ность
изложения
материала
.
Описание
начинается
с
общей
характеристи
-
ки
группы
,
рассмотрения
электронного
строения
атомов
,
возможных
сте
-
пеней
окисления
,
общих
закономерностей
и
особенностей
свойств
эле
-
ментов
группы
.
Далее
следует
общая
характеристика
простых
веществ
,
распространённости
,
способов
получения
и
химических
свойств
,
в
от
-
дельных
подразделах
рассматриваются
свойства
соединений
элементов
группы
.
Отдельное
внимание
уделено
применению
химических
элементов
и
их
соединений
в
качестве
разнообразных
современных
материалов
.
Для
реализации
принципа
наглядности
в
пособии
приведено
большое
количество
иллюстративного
материала
и
таблиц
,
которые
позволяют
в
компактном
виде
представить
обширные
объёмы
материала
и
отразить
основные
закономерности
в
изменении
свойств
химических
элементов
и
их
соединений
.
При
написании
использованы
современные
литературные
источники
,
список
которых
приведён
в
конце
пособия
.
Иллюстративный
материал
большей
частью
взят
из
учебников
«
Неорганическая
химия
»
и
«
Химия
элементов
.
Для
иллюстрации
структур
некоторых
веществ
были
исполь
-
зованы
Интернет
-
ресурсы
(
например
,
ресурс
www.3dchem.com).
Настоящее
пособие
в
первую
очередь
предназначено
для
студентов
первого
курса
химического
факультета
,
однако
,
оно
может
быть
полез
-
ным
и
для
студентов
старших
курсов
,
в
частности
для
магистрантов
,
изу
-
чающих
курсы
«
Современная
неорганическая
химия
»
и
«
Современные
проблемы
неорганической
химии
»
для
актуализации
полученных
ранее
знаний
.
4
V
ГРУППА
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ
ГЛАВА
1. VA-
ГРУППА
В
состав
V
А
-
группы
ПС
входят
азот
7
N (Nitrogenium),
фосфор
15
P(Phosphorus),
мышьяк
33
As (Arsenicum),
сурьма
51
Sb (Stibium)
и
висмут
83
Bi (Bismuthum).
Для
них
предложено
название
–
пниктогены
. N
и
P –
эле
-
менты
-
неметаллы
, As
и
Sb
сочетают
неметаллические
и
металлические
свойства
,
а
Bi –
металл
.
В
основном
состоянии
атомы
имеют
электронную
конфигурацию
ns
2
np
3
с
тремя
неспаренными
р
-
электронами
. As, Sb
и
Bi –
полные
элек
-
тронные
аналоги
(
одинаковая
электронная
конфигурация
внешнего
n
слоя
и
предыдущей
(n–1)d
оболочки
).
Р
, As, Sb
и
проявляют
валентности
III (
в
основном
состоянии
)
и
V (
в
валентно
-
возбуждённом
состояниях
).
Благо
-
даря
ns
2
-
электронной
паре
и
вакантному
nd-
подуровню
валентность
эле
-
ментов
может
быть
также
IV
и
VI.
Атом
азота
из
-
за
отсутствия
вакантного
3d-
подуровня
может
образо
-
вывать
не
более
четырёх
ковалентных
связей
,
в
том
числе
одну
по
донор
-
но
-
акцепторному
механизму
,
образуя
гибридные
sp
3
-, sp
2
-
и
sp-
орбитали
с
высокой
электронной
плотностью
.
Основные
свойства
элементов
V
А
-
группы
представлены
в
таблице
1.
Таблица
1
Свойства
элементов
VA
группы
[1]
Свойство
N P
As
Sb
Bi
Заряд
ядра
Z
7
15
33
51
83
Электронная
кон
-
фигурация
в
ос
-
новном
состоянии
[He]2s
2
2p
3
[Ne]3s
2
3p
3
[Ar]3d
10
4s
2
4p
3
[Kr]4d
10
5s
2
5p
3
[Xe]4f
14
5d
10
6s
2
6p
3
Энергия
ионизации
,
кДж
/
моль
:
I
1
I
2
I
3
I
1
+I
2
+I
3
I
4
+I
5
1402
2856
4577
8835
16920
1012
1903
2910
5825
11220
947
1798
2736
5481
10880
834
1595
2443
4872
9636
702
1610
2466
4779
9776
Энергия
сродства
к
электрону
,
кДж
/
моль
–7 44 78
101
91
Электроотрица
-
тельность
:
По
Полингу
По
Оллреду
-
Рохову
3,01
3,1
2,1
2,1
2,0
2,2
1,9
1,8
1,9
1,7
Ковалентный
радиус
,
нм
0,7 1,1 1,2
1,4
1,5
Ионный
радиус
(
для
КЧ
6),
нм
Э
3+
Э
5+
0,16
0,13
0,44
0,38
0,58
0,46
0,76
0,60
1,03
0,76
5
1.1.
Простые
вещества
1.1.1.
Физические
свойства
Азот
(
диазот
) N
2
–
бесцветный
газ
(t
кип
=
−
195,8 °
С
, t
пл
.
=
−
210 °
С
),
без
запаха
и
вкуса
,
малорастворимый
в
воде
(23
мл
в
1
л
холодной
воды
).
Как
видно
из
рис
. 1,
кратность
связи
в
молекуле
N
2
равна
(6–2)/2=3.
Энтальпия
тройной
связи
составляет
−
940,5
кДж
/
моль
.
Это
одна
из
самых
прочных
молекул
.
Жидкий
и
твёрдый
азот
также
построен
из
молекул
N
2
,
связан
-
ных
силами
Ван
-
дер
-
Ваальса
.
Рис
. 1.
Энергетическая
диаграмма
молекулярных
орбиталей
молекулы
N
2
[1]
Наличие
вакантных
π
-
разрыхляющих
орбиталей
определяет
π
-
акцепторную
способность
азота
,
проявляющуюся
в
образовании
комплекс
-
ных
соединений
,
например
, [Ru(N
2
)(NH
3
)
5
]
2+
, [Ru
2
(
μ
-N
2
)(NH
3
)
10
]
4+
.
В
этих
комплексах
молекула
N
2
является
лигандом
.
Неподелённая
пара
электронов
азота
образует
донорно
-
акцепторную
σ
-
связь
,
а
заполненные
d-
орбитали
иона
металла
участвуют
в
образовании
π
-
дативной
связи
с
вовлечением
π
-
разрыхляющих
орбиталей
молекулы
азота
.
Таким
образом
,
кратность
связи
металла
с
N
2
может
быть
равной
2
и
даже
3.
Фосфор
существует
в
виде
нескольких
аллотропных
модификаций
,
из
них
важнейшие
–
белый
,
красный
и
чёрный
фосфор
.
Белый
фосфор
−
воскоподобное
вещество
(t
пл
.
= 44 °
С
)
с
чесночным
запахом
,
нерастворимое
в
воде
,
но
хорошо
растворимое
в
CS
2
.
Молекулы
белого
фосфора
Р
4
представляют
собой
тетраэдры
с
атомами
фосфора
в