15. група хемијских елемената или пниктогени[1] је једна од 18 група у периодном систему елемената.[2] Ова група је такође позната и као породица азота. Састоји се од елемената азот (N), фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb), бизмут (Bi) и можда хемијски некарактерисани синтетички елементмосковијум (Mc). У овој групи се налазе два неметала два металоида и два слабa метала. Сви елементи ове групе се јављају у природи сем унунпентијума који је вештачки добијен. У овој групи сви елементи су у чврстом агрегатном стању. Атомске масе ових елемената крећу се између 14,01 и 288. Ова група носи називе: азотова група хемијских елемената и VА група хемијских елемената.
У савременој IUPAC нотацији назива се Група 15. У CAS и старом IUPAC систему то је називано Група VA, односно Група VB (изговара се „група пет А“ и „група пет Б“, „V“ за римски број 5).[3] У области физике полупроводника, она се и даље обично назива Група V.[4] „Петица“ („V“) у историјским именима потиче од „пентаваленције“ азота, која се огледа у стехиометријиједињења као што је N2O5. Такође су се звана пентели.
Својства
Хемијска својства
Попут осталих група, и чланови ове групе показују сличности у својствима, попут броја валентних електрона, што значи да се слично понашају.
Сви елементи имају 5 електрона у валентним љускама: 2 електрона у s подљусци и 3 неспарена електрона у p подљусци. Потребна су им 3 електрона како би достигли правило октета у валентној љусци, те су стога претежно тровалентни. најважнији елементи ове групе су азот (N), који је, као двоатомни молекул, главни састојак ваздуха, и fosfor (P), koji, uz азот, ima ključnu ulogu za sav život na planetu.
Једињења
Једињења елемената азотове групе понекад имају егзотична својства (дијамагнетизам или чак парамагнетизам на собној температури, прозирност, и стварање електричне струје при загрејавању. Једињења облика REaMbPnc; где је RE ретки земни метал (сви лантаноиди, скандијум и итријум); M је елемент угљеникове или борове групе; а Pn је елемент азотне групе осим азота; имају необична везна својства између јонских и ковалентних.[5]
Елементи азотне групе изузетно су стабилни у једињењима, јер због своје електронске конфигурације, стварају двоструке и троструке ковалентне везе. Управо ово својство заслужно је за њихову потенцијалну токсичност, најочитију у једињењима фосфора, арсена или антимона. Кад њихова једињења реагују с разним једињењима унутар људског тела, стварају се слободни радикали које јетра не може лако да разгради, па се тамо накупљају.
Прва три елемента азотне групе: азот, фосфор, и арсен имају оксидацијски број −3. Антимон и бизмут могу имати оксидацијски број +3 (чиме губе електроне p-подљуске) или +5 (чиме губе електроне p- и s-подљуске).[6]
Елементи азотне групе могу реаговати с водоником, при чему стварају хидриде (попут азотних хидрида одн. амонијака).
Оксидациона стања
Лаки пниктогени (азот, фосфор и арсен) имају тенденцију да формирају -3 наелектрисања када се редукују, довршавајући свој октет. Када су оксидовани или јонизовани, пниктогени обично попримају оксидационо стање од +3 (губећи сва три електрона p-љуске у валентној љусци) или +5 (губивши сва три p-љуске и оба електрона s-љуске у валентној љусци). Међутим, тежи пниктогени имају већу вероватноћу да формирају оксидационо стање +3 него лакши због тога што електрони s-љуске постају све више стабилизовани.[6]
−3 оксидационо стање
Пниктогени могу да реагују са водоником да би формирали пниктоген хидриде као што је амонијак. Идући низ групу, до фосфана (фосфина), арсана (арсина), стибана (стибина) и коначно бизмутана (бизмутина), сваки пниктоген хидрид постаје прогресивно мање стабилан (нестабилнији), токсичнији и има мањи водоник-водоник угао (од 107,8° у амонијаку[7] до 90,48° у бизмутану).[8] (Такође, технички, само амонијак и фосфан имају пниктоген у -3 оксидационом стању, јер је за остатак, пниктоген мање електронегативан од водоника.)
Оксидационо стање +3 је најчешће оксидационо стање бизмута јер је његова способност да формира оксидационо стање +5 ометана релативистичким својствима на тежим елементима, ефекти који су још израженији код московијума. Бизмут(III) формира оксид, оксихлорид, оксинитрат и сулфид. Предвиђа се да се московијум(III) понаша слично као бизмут(III). Такође се предвиђа се да московијум формира сва четири трихалида, од којих су сви осим трифлуорида растворљиви у води. Такође је предвиђено да формира оксихлорид и оксибромид у +III оксидационом стању.
Азот формира различита једињења са кисеоником у којима азот може попримити различита оксидациона стања, укључујући +II, +IV, па чак и нека једињења мешане валентности и веома нестабилно +VI оксидационо стање.
У хидразину, дифосфану и органским дериватима њих двоје, атоми азота или фосфора имају -2 оксидационо стање. Слично, диимид, који има два атома азота двоструко везана један за други, и његови органски деривати имају азот у оксидационом стању од -1.
Слично, реалгар има везе арсен-арсен, тако да је оксидационо стање арсена +II.
Кореспондирајуће једињење за антимон је Sb2(C6H5)4, где је оксидационо стање антимона +II.
Очекује се да ће московијум имати ефекат инертног пара и за 7s и за 7p1/2 електроне, пошто је енергија везивања усамљеног 7p3/2 електрона приметно нижа од оне код 7p1/2 електрона. Предвиђа се да ће ово довести до тога да +I буде уобичајено оксидационо стање за московијум, иако се такође јавља у мањој мери за бизмут и азот.[11]
Физичка својства
Азотна група састоји се од два неметала (један гасовити, други чврст), два полуметала, и једног метала. Сви су елементи чврстог агрегатног стања при собној температури осим гасовитог азота. Азот и бизмут, иако су у истој групи, имају изражено различита физичка својства. На собној температури, на пример, азот је прозиран неметални плин, док је бизмут сребрна чврста материја изражених металних својстава.[12]
Густине елемената повећавају се повећањем периоде[12], према табели[13]:
Елемент
Густина при СТП
Топљење/°C
Врење/°C
Кристална структура
Азот
0,001251 g/cm3
-210
-196
шестоугаона
Фосфор
1,82 g/cm3
44
280
кубна
Арсен
5,72 g/cm3
603 (сублимира)
Ромбоидни паралелопипед
Антимон
6,68 g/cm3
631
1587
Бизмут
9.79 g/cm3
271
1564
Нуклеарна својства
Сви пниктогени до антимона имају најмање један стабилан изотоп; бизмут нема стабилне изотопе, али има примордијални радиоизотоп са временом полураспада много дужим од старости универзума (209Bi); и сви познати изотопи московијума су синтетички и високо радиоактивни. Поред ових изотопа, у природи се јављају трагови 13N, 32P, и 33P, заједно са различитим изотопима бизмута (осим 209Bi) у ланцима распада торијума и уранијума.
Арсен се добија загревањем минерала арсенопирита уз присуство кисеоника. Ово ствара As4O6, из којег се угљеничном редукцијом добија арсен. Метални арсен је могуће добити и загрејавањем арсенопирита на 650 до 700 °C без кисеоника.[16]
Антимон
Код сулфидних руда, начин на који се производи антимон зависи од количине антимона у сировој руди. Ако руда садржи 25% до 45% антимона по маси, тада се сирови антимон производи топљењем руде у високој пећи. Ако руда садржи 45% до 60% тежински антимона, антимон се добија загревањем руде, што је такође познато као ликвидација. Руде са више од 60 % мас. антимона хемијски се премештају гвозденим струготинама из растопљене руде, што резултира нечистим металом.
Ако оксидна руда антимона садржи мање од 30 % мас. aнтимона, руда се редукује у високој пећи. Ако руда садржи приближно 50 % мас. aнтимона, руда се уместо тога редукује у ревербераторној пећи.
Руде антимона са мешаним сулфидима и оксидима се топе у високој пећи.[17]
Бизмут
Минерали бизмута се јављају у природи, посебно у облику сулфида и оксида, али је економичније произвести бизмут као нуспродукт топљења руда олова или, као у Кини, руда волфрама и цинка.[18]
Арсен се у прошлости користио за израду зелене боје, али открићем његове токсичности, престао се користити за израду боје.[12]
Арсен се у органским једињењима понекад користи у храни за кокошке.[12]
Легуре антимона и олова користе се у изради неких метака.[12]
Prosečni čovek (70 kg) у телу садржи 1,8 kg азота, 480 грама фосфора, 7 mg арсена, 2 mg антимона и мање од 500 микрограма бизмута.[20]
Отровност
Азот није отрован, али удисање чистог азота узрокује гушење.[21] Мехурићи азота у крви узрокују декомпресијску болест. Многа једињења азота, попут азотног цијанида или разних експлозива веома су опасна.[20]
Бели фосфор, алотропска модификација фосфора, веома је отрован, смртна доза је 1 милиграм по килограму телесне тежине.[12] Бели је фосфор веома запаљив. Нека органска једињења фосфора могу блокирати одређене ензиме људског тела, што може довести до смрти.[20]
Елементарни арсен је отрован, као и многа његова неорганска једињења; међутим, нека органска једињења арсена могу убрзати раст кокошака.[12] Смртна доза арсена за одраслог човека је 200 милиграма.[20]
Антимон је благо токсичан.[21] У већим дозама, антимон узрокује повраћање,[12] након чега се жртва привидно опорави, али умре након пар дана. Антимон се веже на ензиме, и тешко га је уклонити из тела. Стибин, SbH3 је знатно токсичнији од чистог антимона.[20]
Бизмут није токсичан, али превелика конзумација може оштетити јетру.[20] Конзумација топљивих бизмутових соли може зацрнити зубно месо.[12]
^Adachi, S., ур. (2005). Properties of Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors. Wiley Series in Materials for Electronic & Optoelectronic Applications. 15. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons. Bibcode:2005pgii.book.....A. ISBN978-0470090329.
