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.^[1]

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 (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]^-.^[2] 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 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.

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.

^a alfa-P₄
^b sublimira na 615 °C
^c približna vrijednost

• http://chemwiki.ucdavis.edu Group 15: The Nitrogen Family (en) Arhivirano 19. 1. 2015. na Wayback Machine

Commons ima datoteke na temu: 15. grupa hemijskih elemenata