Dušikova skupina
| 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
Kemijska
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
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
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
Dušika
Dušik[7] se dobiva frakcijskom destilacijom zraka.
Fosfor
Fosfor se dobiva redukcijom fosfata uz prisutstvo ugljika u elektrolučnoj peći.[8]
Arsen
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
Postoje minerali bizmuta, ali je isplativije dobivati bizmut kao nusprodukt proizvodnje olova.[10]
Primjena
- 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
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]