Dušikova skupina

Izvor: Wikipedija
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretraživanje
Z Element Simbol N0 elektrona po ljuskama
7 dušik N 2, 5
15 fosfor P 2, 8, 5
33 arsen As 2, 8, 18, 5
51 antimon Sb 2, 8, 18, 18, 5
83 bizmut Bi 2, 8, 18, 32, 18, 5

Dušikova skupina sadrži elemente 15. skupine periodnog sustava elemenata: dušik, fosfor, arsen, antimon i bizmut.

Skupina je po IUPAC-u pod brojem 15, no često se može naći i pod nazivima skupina VA (CAS) i skupina VB (starija IUPAC notacija) (V označava rimsku brojku 5).[1] "Pet" ("V") u povjesnim nazivima dolazi od peterovalentnosti dušika, što omogućuje postojanje spojeva poput N2O5.

U engleskome jeziku, naziv za element 15. skupine je pnictogen /ˈnɪktədʒᵻn/ ili rjeđe pnigogen. Naziv potječe iz starogrčkog πνίγειν (pnígein) "gušiti", što se odnosi na sposobnost plinovita dušika da uguši osobu.[2]

Svojstva[uredi | uredi kôd]

Kemijska[uredi | uredi kôd]

Poput ostalih skupina, i članovi ove skupine pokazuju sličnosti u svojstvima, poput broja valentnih elekrona, što znači da se slično ponašaju.

Svi elementi imaju 5 elektrona u valentnim ljuskama: 2 elektrona u s podljusci i 3 nesparena elektrona u p podljusci. Potrebna su im 3 elektrona kako bi dostigli pravilo okteta u valentnoj ljusci, te su s toga pretežno trovalentni. najvažniji elementi ove skupine su dušik (N), koji je, kao dvoatomna molekula, glavni sastojak zraka, i fosfor (P), koji, uz dušik, ima ključnu ulogu za sav život na planetu.

Spojevi[uredi | uredi kôd]

Spojevi elemenata dušikove skupine ponekad imaju egzotična svojstva (dijamagnetizam ili čak paramagnetizam na sobnoj temperaturi, prozirnost, i stvaranje električne struje pri zagrijavanju. Spojevi oblika REaMbPnc; gdje je RE rijetki zemni metal (svi lantanoidi, skandij i itrij); M je element ugljikove ili borove skupine; a Pn je element dušikove skupine osim dušika; imaju neobična vezna svojstva između ionskih i kovalentnih.[3]

Elementi dušikove skupine iznimno su stabilni u spojevima, jer, zbog svoje elektronske konfiguracije, stvaraju dvostruke i trostruke kovalentne veze. Upravo ovo svojstvo zaslužno je za njihovu potencijalnu toksičnost, najočitiju u spojevima fosfora, arsena ili antimona. Kad njihovi spojevi reagiraju s raznim spojevima unutar ljudskog tijela, stvaraju se slobodni radikali koje jetra ne može lako razgraditi, pa se ondje nakupljaju.

Prva tri elementa dušikove skupine: dušik, fosfor, i arsen imaju oksidacijski broj −3. Antimon i bizmut mogu imati oksidacijski broj +3 (čime gube elektrone p-podljuske) ili +5 (čime gube elektrone p- i s-podljuske).[4]

Elementi dušikove skupine mogu reagirati s vodikom, pri čemu stvaraju hidride (poput dušikova hidrida odn. amonijaka).

Fizikalna[uredi | uredi kôd]

Dušikova skupina sastoji se od dva nemetala (jedan plinovit, drugi krut), dva polumetala, i jednog metala. Svi su elementi krutog agregatnog stanja pri sobnoj temperaturi osim plinovitog dušika. Dušik i bizmut, iako su u istoj skupini, imaju izraženo različita fizikalna svojstva. Na sobnoj temperaturi, na primjer, dušik je proziran nemetalni plin, dok je bizmut srebrna krutina izraženih metalnih svojstava.[5]

Gustoće elemenata povećavaju se povećanjem periode,[5] prema tablici[6]:

Element Gustoća u STP Taljenje/°C Vrenje/°C Kristalna struktura
Dušik 0.001251 g/cm3 -210 -196 šesterokutna
Fosfor 1.82 g/cm3 44 280 kubična
Arsen 5.72 g/cm3 603 (sublimira) Romboidni paralelpiped
Antimon 6.68 g/cm3 631 1587
Bizmut 9.79 g/cm3 271 1564

Dobivanje[uredi | uredi kôd]

Dušika[uredi | uredi kôd]

Dušik[7] se dobiva frakcijskom destilacijom zraka.

Fosfor[uredi | uredi kôd]

Fosfor se dobiva redukcijom fosfata uz prisutstvo ugljika u elektrolučnoj peći.[8]

Arsen[uredi | uredi kôd]

Arsen se dobivazagrijavanjem minerala arsenopirita uz prisutstvo kisika. Ovo stvara As4O6, iz kojeg se ugljikovom redukcijom dobiva arsen. Metalni arsen je moguće dobiti i zagrijavanjem arsenopirita na 650 do 700 °C bez kisika.[9]

Bizmut[uredi | uredi kôd]

Postoje minerali bizmuta, ali je isplativije dobivati bizmut kao nusprodukt proizvodnje olova.[10]

Primjena[uredi | uredi kôd]

  • Tekući dušik koristi se kao kriogena tekućina.[5]
  • Dušik, glavni sastojak amonijaka, ključan je za život biljaka.[5]
  • Fosfor se koristi za izradu šibica i eksploziva.[5]
  • Fosfatna gnojiva su ključan dio uzgoja biljaka.[5]
  • Arsen se u prošlosti koristio za izradu zelene boje, no otkrićem njegove toksičnosti, prestao se koristiti za izradu boje.[5]
  • Arsen se u organskim spojevima ponekad koristi u hrani za kokoši.[5]
  • Slitina antimona i olova koristi se u izradi nekih metaka.[5]
  • Prosječni čovjek (70 kg) u tijelu sadrži 1.8 kg dušika, 480 grama fosfora, 7 mg arsena, 2 mg antimona i manje od 500 mikrograma bizmuta.[11]

Otrovnost[uredi | uredi kôd]

Dušik nije otrovan, no udisanje čistog dušika uzrokuje gušenje.[12] Mjehurići dušika u krvi uzrokuju dekompresijsku bolest. Mnogi spojevi dušika, poput dušikova cijanida ili raznih eksploziva veoma su opasni.[11]

Bijeli fosfor, alotropska modifikacija fosfora, veoma je otrovan, smrtna doza je 1 milligram po kilogramu tjelesne težine.[5] Bijeli je fosfor veoma zapaljiv. Neki organski spojevi fosfora mogu blokirati određene enzime ljudskog tijela, što može dovesti do smrti.[11]

Elementarni arsen je otrovan, kao i mnogi njegovi anorganski spojevi; međutim, neki organski spojevi arsena mogu ubrzati rast kokoši.[5] Smrtna doza arsena za odraslog čovjeka je 200 milligrama.[11]

Antimon je blago toksičan.[12] U većim dozama, antimon uzrokuje povračanje,[5] nakon čega se žrtva prividno oporavi, no umre nakon par dana. Antimon se veže na enzime, i teško ga je ukloniti iz tijela. Stibin, SbH3 je znatno toksičniji od čistog antimona.[11]

Bizmut nije toksičan, no prevelika konzumacija može oštetiti jetru. Samo je jedna osoba umrla od trovanja bizmutom.[11] Konzumcija topljivih bizmutovih soli može zacrniti zubno meso.[5]

Izvori[uredi | uredi kôd]

  1. Fluck, E. 1988. New notations in the periodic table (PDF). Pure and Applied Chemistry. 60 (3): 431–6
  2. Girolami, GS. 2009. Origin of the Terms Pnictogen and Pnictide. Journal of Chemical Education. 86 (10): 1200–1. doi:10.1021/ed086p1200
  3. "Pnicogen – Molecule of the Month". University of Bristol
  4. Boudreaux, Kevin A. "Group 5A — The Pnictogens". Department of Chemistry, Angelo State University, Texas
  5. a b c d e f g h i j k l m Gray, Theodore. 2010. The Elements
  6. Jackson, Mark. 2001. Periodic Table Advanced, ISBN 1572225424
  7. "nitrogen (N) | chemical element". Encyclopædia Britannica.
  8. "phosphorus (P) | chemical element". Encyclopædia Britannica.
  9. "arsenic (As) | chemical element". Encyclopædia Britannica.
  10. Bell, Terence. "Metal Profile: Bismuth". About.com.
  11. a b c d e f Emsley, John. 2011. Nature's Building Blocks, ISBN 978-0-19-960563-7
  12. a b Kean, Sam. 2011. The Disappearing Spoon