Элементы v группы

В основном состоянии атомы элементов V группы имеют конфигурацию ns²np³ с тремя неспаренными р-электронами.

Движение по периоду справа налево, т. е. от фтора к азоту или от брома к мышьяку, сопровождается, во-первых, уменьшением заряда ядра, что должно приводить к уменьшению энергии связи электронов с ядром, во-вторых, уменьшением общего числа электронов, что должно сопровождаться уменьшением межэлектронного отталкивания. Помните, к чему это приводит? Если нет, посмотрите еще раз разд. 3.5. Конфигурация р³ обладает повышенной устойчивостью, и в результате потенциал ионизации этих элементов оказывается больше, чем у соседних, а сродство к электрону — меньше:

Поэтому для элементов V группы по сравнению с халькогенами гораздо менее характерно образование соединений, в которых они находятся в отрицательных степенях окисления.

Три неспаренных р-электрона умствуют в образовании трех ковалентных связей, и в своих соединениях элементы V группы проявляют степени окисления -3 и +3. Как и в предыдущих группах, наличие вакантных dорбиталей позволяет промотировать s-электроны и переходить к конфигурации sp³d с пятью неспаренными электронами. Такой переход достаточно легко осуществляется в случае фосфора, мышьяка и сурьмы, для которых степень окисления +5 столь же характерна, как и +3. Висмут же в своих соединениях находится почти исключительно в форме Bi (III).

В совершенно особом положении оказывается азот. Отсутствие доступных по энергии вакантных орбиталей не позволяет разрушить sэлектронную пару, и во многих соединениях азота она сохраняется. В то же время при наличии кратных связей в случае азота оказывается возможным необычный способ их дополнительного упрочнения за счет почти полного перехода одного из электронов с атома азота на какойлибо другой атом. Ковалентная связь при этом упрочняется дополнительным электростатическим взаимодействием.

Это состояние азота формально можно обозначить как N*, причем в таком катионе имеется четыре валентные орбитали и четыре электрона, следовательно, он может образовать четыре нормальные двухэлектронные связи с другими атомами. Азот при этом формально находится в степени окисления +5. Соединения азота (V) относительно малоустойчивы и образуются только при наличии связей N-O, N-C или N-N. В результате химическая природа и свойства соединений азота (V) существенно отличаются от аналогичных по форме соединений, скажем, фосфора или мышьяка.

Наличие трех неспаренных электронов позволяет атомам элементов V группы сочетаться в простых телах различными способами, в частности появляется возможность образования не только цепочечных, но и плоскостных структур. Реально элементы V группы существуют в виде молекул Э₂, Э₄ и плоскостей Э".

Как мы уже видели при обсуждении свойств галогенов и халькогенов, при движении по группе сверху вниз нарастают металлические свойства. В V группе они появляются уже у фосфора, одна из модификаций которого, черный фосфор, обладает металлическим блеском и хорошей электропроводимостью.

В природе основная масса азота сосредоточена в атмосфере (объемная доля 78 %), и общее содержание его в земной коре, включая и атмосферу, невелико — примерно в 10 раз меньше, чем углерода или хлора.

Фосфор в природе находится исключительно в виде солей фосфорной кислоты, в основном в форме апатита Са,(Р0₄)_эХ, где X — обычно одновалентная группировка — F", ОН', СГ. Мышьяк, сурьма и висмут чаше всего встречаются в виде сульфидов.