Деякі важливі фізичні характеристики p-елементів VА групи наведені у таблиці 10.
Таблиця 10
5.2. Прості речовини В промисловості азот одержують ректифікацією рідкого повітря. В лабораторії: 2NH3 + 3CuO → N2 + 3Cu + 3H2O; 4NH3 +3O2 → 2N2 + 6H2О; NH4NO2 → N2 + 2H2O; (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O; 5Mg + 12HNO3p → N2 + 5Mg(NO3)2 + 6H2O. Фосфор одержують в електричних печах за реакцією: Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 → 2P + 3CaSiO3 + 5CO. У разі швидкої конденсації парів під водою утворюється білий фосфор. Червоний фосфор утворюється з білого при нагріванні у відсутності повітря, чорний – з білого, нагріванням його при високому тиску. Миш’як отримують розкладом природної сполуки арсенопіриту. Сурму, миш’як, вісмут одержують з природних сульфідів. Азот і фосфор – типові неметали, сурма, миш’як мають металічні та неметалічні модифікації, вісмут – метал. Молекулярний азот хімічно малоактивний, за кімнатної температури реагує тільки з літієм. При активації молекул ( нагрівання, електричний розряд, каталізатор та ін.) азот окислює багато металів і неметалів, утворюючи нітриди. Окислюється лише фтором та киснем. P, As, Sb, Bi мають більш високу хімічну активність. Вони можуть і відновлюватись, і окислюватись: з легкістю реагують з неметалами – киснем, сіркою, галогенами тощо, з багатьма металами. Не взаємодіють з кислотами-неокислювачами, при нагріванні реагують з кислотами-окислювачами. При нагріванні у воді та у розчинах лугів білий та червоний фосфор диспропорціонує: P04 + 3NaOH +3 H2O → P‾3H3 + 3NaH2P+1O2 Сурма та вісмут стійкі до води та лугів. Миш’як у воді не розчиняється , а лугами при нагріванні окислюється. При переході від миш’яку до вісмуту стабілізується більш низький ступінь окислення +3; хімічний зв’язок у сполуках стає більш іонним. Реакції з простими речовинами. З лужними та лужноземельними металами утворюють нітриди, фосфіди, арсеніди, стибіди, вісмутіди складу Ме+13Е або Ме+23Е2. З іншими металами утворюють сполуки змінного складу МехЕу. N2 + 6Li → 2Li3N; N2 + 3H2 2NH3; 4E + 3O2 → 2E2O3 ( E = P,As,Sb, Bi ); 4P + 5O2 2P2O5; N2 + O2 2NO; 2E + 5S → E2S5 → ( E = P, As, Sb, Bi ); 2E + 3Г2 → 2ЕГ3 ( E = P, As, Sb, Bi; Г = F, Cl, Br, I ); N2 + 3F2 2NF3. Реакції з найважливішими реагентами: Bi + 6HNO3p → Bi(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O; 2As + 3H2SO4конц → 2HAsO2 + 3SO2 + 2H2O; 2Bi + 6H2SO4конц → Bi2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O; 2As + 6NaOH → 2Na3AsO3 + 3H2; 3P + 5HNO3конц + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO; 2Sb + 10HNO3конц → Sb2O5 + 10NO2 + 5H2O. З соляною кислотою не реагують.
5.3. Бінарні сполуки 5.3.1. Сполуки з воднем. Для елементів групи VA відомі водневі сполуки складу ЕН3. Для азоту, крім того ще і N2H4 (гідразин) та HN3 (азотистоводнева кислота), а для фрсфору – P2H4 (дифосфін ). ЕН3 – отруйні ( крім NH3 ) гази, малорозчинні у воді (крім NH3). AsH3, SbH3, BiH3 – термічно нестійкі. Аномальна поведінка NH3 пов’язана з асоціацією молекул за рахунок водневих зв’язків. N2H4, P2H4, HN3 – рідини. N2H4 та HN3 – вибухонебезпечні сполуки, а P2H4 – самозапалюється у повітрі. В лабораторії NH3 одержують дією лугів на солі амонію:
2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + 2H2O + CaCl2
В промисловості: 1. Синтезом з простих речовин за умов: Т=450оС, Р=30МПа (1000ат), каталізатор – губчате залізо з активуючими домішками ( Al2O3, K2O та інші): N2 + 3H2 → 2NH3 2. Дією води на нітриди активних металів: AlN + 3H2O → Al(OH)3 + NH3 Гідразин можна одержати окисленням NH3: 2NH3 + NaClO → N2H4 + NaCl + H2O HN3 – за реакцією: N2H4 + HNO2 → HN3 + 2H2O PH3 – розкладом фосфідів водою, кислотами: Ca3P2 + 6H2О → 3Ca(OH)2 + 2PH3, або взаємодією білого фосфору з концентрованим розчином лугу: 4P + 3NaOH + 3H2O → PH3 + 3NaH2PO2. гіпофосфіт натрію AsH3, SbH3, BiH3 – одержують дією кислот на сполуки елементів з металами: Ca3E2 + 6HCl → 3CaCl2 + 2EH3. AsH3, SbH3 можна одержати відновленням сполук елементів воднем під час його виділення: H3AsO3 + 3Zn + 6HCl → AsH3 + 3ZnCl2 + 3H2O Арсин утворюється при наявності у розчині будь-якої сполуки миш’яку. На цьому базується реакція Марша для виявлення миш’яку: 2AsH3 2As + 3H2 Утворюється “миш’якове дзеркало” – чорний блискучий шар миш’яку. Аналогічно утворюється і “сурм’яне дзеркало”. Розрізняють їх дією сильних окисників (HNO3, NaClO ) – As розчиняється з утворенням H3AsO4, а Sb переходить у білий осад Sb2O5∙xH2O. EH3, N2H4, P2H4 – сильні відновники: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O; 2NH3 + Г2 → 6HГ + N2 (Г=Cl, Br); 2NH3 + 2KMnO4 → N2 + 2MnO2 + 2KOH + 2H2O; 2NH3 + NaClO → N2H4 + NaCl + H2O; 2PH3 + 4O2 → P2O5 + 3H2O; 5PH3 +8KMnO4 + 12H2SO4 → 5H3PO4 + 8MnSO4 + 4K2SO4+ 12H2O; N2H4 + O2 → N2 + 2H2O. Для NH3 та N2H4 характерні реакції приєднання за рахунок донорно-акцепторної взаємодії: NH3 та N2H4 як ліганди входять до складу багатьох комплексних сполук, реагують з водою, кислотами: NH3 + H2O D NH4+ + OH-; Іон амонію N2H4 + H2O D N2H5+ + OH-; Іон гідразонію NH3 + HCl → NH4Cl; N2H4 + HCl → N2H5Cl; CuSO4 + 4NH3 → [Cu(NH3)4]SO4; ZnCl2 + 2N2H4 → [Zn(N2H4)2]Cl2. Здатність до реакцій приєднання в ряду NH3, PH3, AsH3, SbH3 послаблюється . AsH3 та SbH3 не утворюють комплексних сполук, з водою та кислотами не реагують. РН3 з водою не взаємодіє, але з сильними кислотами утворює солі фосфонію: PH3 + HI → PH4I
PH3 також входить до складу деяких комплексних сполук як ліганд. При нагріванні солі амонію розкладаються. Характер розкладу залежить від аніону: якщо сіль утворена леткою кислотою, то продуктом розкладу є кислота та аміак, які при охолодженні можуть знову з’єднуватись, утворюючи вихідну сіль. Якщо кислота багатоосновна, нелетка, не є окисником, то утворюються аміак та кисла сіль амонію (або кислота). Якщо ж сіль амонію утворена кислотою, аніон якої сильний окисник, то розклад солі супроводжується окисленням аміаку до вільного азоту чи до оксидів азоту: (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O; NH4Cl NH3 + HCl; (NH4)2SO4 NH3 + NH4HSO4; NH4H2PO4 NH3 + H3PO4; NH4NO2 N2 + 2H2O; NH4NO3 N2O + 2H2O; (NH4)2Cr2O7 N2 + Cr2O3 + 4H2O. Для аміаку характерні також реакції заміщення атомів водню атомами металів, галогенів, гідроксидом: 2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2; 4NH3 + 3F2 → NF3 + 3NH4F. При заміщенні трьох атомів водню утворюються нітриди: 2Al + 2NH3 2AlN + 3H2 Нітриди активних металів розкладаються водою: Mg3N2 + 6H2O → 3Mg(OH)2 + 2NH3 При заміщенні двох атомів водню утворюються іміди, а одного – аміди. Продуктом заміщення одного атому водню гідроксильною групою є гідроксиламін N‾1H2OH. Це кристалічна речовина, сильний відновник, хоч може бути і окисником. У розчині – слабка основа: NH2OH + HCl → [NH3OH]Cl HN3(2) – у розчині слабка одноосновна кислота, азотистоводнева або азидоводнева. Її солі, азиди, як правило, вибухонебезпечні; так, Pb(N3)2 використовують як детонатор. HN3 та азиди можуть бути і окисниками, і відновниками: Сu + 3H 2 → Cu(N3)2 + 2 + H3; 6KMnO4+5HNN2 + 9H2SO4 → 6MnSO4+3K2SO4+5N2+5HNO3+9H2O.
5.3.2. Сполуки з галогенами Відомі сполуки з галогенами складу ЕГ3 і ЕГ5 (крім азоту).
ЕГ3 та ЕГ5 – гази, рідини, тверді речовини, мають низькі температури плавлення, крім BiГ3, – твердих речовин з високими температурами плавлення. NГ3,крім NF3, – вибухонебезпечні речовини. Одержують NГ3 взаємодією галогенів з аміаком чи солями амонію: 4NH3 + 3F2 → NF3 + 3NH4F; NH4Cl + 3Cl2 → NCl3 + 4HCl. ЕГ3, ЕГ5(Е=P, As, Sb, Bi) – синтезом із простих речовин: 2P +3Г2 → 2РГ3; 2Sb + 5Cl2 2SbCl5. ЕГ3 можна одержати термічним розкладом ЕГ5: SbCl5 SbCl3 + Cl2. РГ3, AsГ3, EГ5 – галогенангідриди, гідролізують: PCl3 + 3H2O → H3PO3 + 3HCl; AsCl3 2H2O → HАsO2 + 3HCl; ЕГ5 +4H2O → H3EO4 + 5HГ (E=P,As). Гідроліз PCl5 відбувається ступінчато: PCl5 + H2O → POCl3 + 2HCl; оксохлорид фосфору(V) POCl3 + 3H2O → H3PO4 + 3HCl SbГ3, BiГ3 – солі, гідролізують з утворенням оксосолей: ЕCl3 + H2O D EOCl + 2HCl (E=Sb, Bi). ЕГ3, крім NГ3 та EГ5, схильні до комплексоутворення: EF5 + KF → K[EF6] (E=P,As,Sb). 5.3.3. Оксиди Для азоту відомі оксиди, що відповідають всім ступеням окислення – від +1 до +5. Для P,As,Sb,Bi – оксиди складу Е2О3 та Е2О5. NO, E2O3 (E = As, Sb, Bi), P2O3, P2O5 можна одержати синтезом з простих речовин: N2 + O2 → 2NO; 4P + 5O2 → 2P2O5; 4Sb + 3O2 → 2Sb2O3. N2O одержують термічним розкладом NH4NO3: NH4NO3 → N2O + 2H2O. NO одержують в промисловості окисленням аміаку: 4NH3 + 5O2 4NО + 6H2O, а в лабораторії – відновленням розбавленої азотної кислоти міддю: 3Cu + 8HNO2p → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. NO2 одержують у промисловості окисленням NO киснем повітря: 2NO + O2 → 2NO2, а в лабораторії : Cu + 4HNO3конц → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O. N2O3 – за реакцією: NO + NO2 D N2O3. N2O5 – дегідратацією HNO3 фосфорним ангідридом: 2HNO3 + P2O5 → 2HPO3 + N2O5, або N2O3 + 2O3 → N2O5 + 2O2 As2O5, Sb2O5, As2O3, Sb2O3, Bi2O3 – окисленням простих речовин: 2Sb + 10HNO3конц → Sb2O5 + 10NO2 + 5H2O, або прокалюванням гідроксидів: 2Bi(OH)3 → Bi2O3 + 3H2O Всі оксиди, крім NO,P2O3, термічно нестійкі: N2O3 D NO + NO2; 2N2O5 4NO2 + O2; 2N2O 2N2 + O2; 2NO2 2NO + O2; As2O5 As2O3 + O2; Bi2O5 Bi2О3 + O2. NO2 за низьких температур димеризується: 2NO2 N2O4, ΔH=-57кДж.
N2O та NO з водою не реагують; NO2,розчиняючись у воді та в лугах, диспропорціонує: 2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3; 2NO2 + KOH → KNO2 + KNO3 + H2O. Оксиди N(III,V), P(III,V), As(III,V), взаємодіючи з водою, утворюють відповідні кислоти. Sb2O5 розчиняється у лугах, Sb2O3 – у лугах та в соляній кислоті , а Bi2O3 – у кислотах: Sb2O5 + 2KOH + 5H2O → 2K[Sb(OH)6]; Sb2O3 + 6NaOH + 3H2O → 2Na3[Sb(OH)6]; Sb2O3 + 6HCl → 2SbCl3 + 3H2O; Bi2O3 + 6HNO3 → 2Bi(NO3)3 + 3H2O. Всі оксиди азоту – окисники, найбільш сильний окисник N2O5. Sb2O5 – сильний окисник у кислому середовищі: Sb2O5 + 10HCl → 2SbCl3 + 2Cl2 + 5H2O. NO, N2O3, NO2, E2O3 (E = As, Sb, Bi) окислюються дією сильних окисників: 2Bi2O3 + 2O3 → 2Bi2O5 + O2; 3As2O3 + 4HNO3 + 7H2O → 6H3AsO4 + 4NO. Характерною властивістю NО є легкість взаємодії з киснем за звичайних умов: 2NO + O2 → 2NO2. NO схильний до комплексоутворення. Як ліганд входить до складу деяких комплексних сполук: [Fe(H2O)6]SO4 + NO D [Fe(H2O)5 NO]SO4 + H2O. 5.3.4. Сполуки з іншими елементами Елементи групи VA утворюють багато сполук з сіркою. Для азоту та фосфору найбільш стійкі S4N4 та P4S3, для миш’яку, сурми, вісмуту найбільш характерні сполуки складу E2S3 та E2S5. Всі сполуки з сіркою, крім S4N4, – забарвлені, тверді речовини, не розчинні у воді; S4N4 – темно-червона рідина. E2S3 та E2S5 одержують дією сірководню чи сульфідів лужних металів на сполуки As, Sb, Bi: 2HAsO2 + 3H2S As2S3 + 4H2O; 2H3AsO4 + 5H2S As2S5 + 8H2O; 2SbCl3 + 3Na2S → Sb2S3 + 6NaCl; 2BiCl3 + 3H2S → Bi2S3 + 6HCl. E2S3, E2S5, P4S3 можна одержати, сплавляючи прості речовини з сіркою: 2Bi + 3S Bi2S3; P4 + 3S P4S3. S4N4 – взаємодією сірки та рідкого аміаку: 10S + 16NH3 D 6(NH4)2 S+ S4N4. Всі сполуки елементів з сіркою, крім Bi2S3 та S4N4, є тіоангідридами. Тіокислоти, що їм відповідають, розкладаються у момент утворення при дії сильних кислот на тіосолі: (NH4)3AsS3 + 3HCl → H3AsS3 + 3NH4Cl; 2H3AsS3 → As2S3 + 3H2S. Сульфіди P, As, Sb утворюють тіосолі при взаємодії з сульфідами лужних металів та сульфідом амонію: As2S3 + 3Na2S → 2Na3AsS3; As2S3 + 3(NH4)2S → 2(NH4)3AsS3; Sb2S3 + 3(NH4)2S → 2(NH4)3SbS3; As2S5 + 3(NH4)2S → 2(NH4)3AsS4. Bi2S3 у сульфіді амонію не розчиняється. Сульфіди As,Sb, Bi не розчиняються у кислотах-неокисниках, а розчиняються в концентрованих розчинах кислот-окисників: 3As2S5 + 40HNO3 + 4H2O → 6H3AsO4 + 15H2SO4 + 40NO. 5.5. Гідроксиди та їх похідні Для всіх елементів групи VA відомі гідроксиди, що відповідають ступеням окислення +3 та +5 ( крім вісмуту ) , а для фосфору – ще і +1 та +4 (табл. 11).
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|