V.A skupina

Charakteristika skupiny a postavení v PSP (skupenství, kovový charakter).

  • V. A (pentely)
  • prvky: N (dusík), P (fosfor), As (arsen), Sb (antimon), Bi (bismut)
  • el. konfigurace: ns2 np3 > 5 valenčních elektronů
  • s rostoucím protonovým číslem – roste kovový charakter, klesá elektronegativita
  • N, P, As (nekovy), Sb (polokov), Bi (kovy)
  • N (plyn), P, As, Sb, Bi (ve sloučeninách)

Elektronová konfigurace – vyvození vaznosti a oxidačních čísel.

  • v základní stavu – 3 vazné (> kovalentní vazby)
  • ex. 5ti vazné,  (5 valenčních elektronů, excitují), krom N (3 vazný, i 4 v NH4 – koordinačně kov. vazba)
  • -III (s kovy N, P, As), III, V
  • stálost vyšších oxidačních čísel ve skupině klesá, NV,PV, Bi> nestálý BiIII bismutité sloučeniny

Výskyt dusíku v atmosféře a fosforu ve fosforečnanech.

dusík – výskyt

  • volný v atmosféře N2: 78% 
  • vázaný: kyselina dusičná (chilský ledek) > dusičnany
  • biogenní prvek

fosfor – výskyt

  • volně se fosfor nevyskytuje, příliš reaktivní
  • vázaný: kyselina fosforečná > fosforečnany (fosforečnan vápenatý – fosforit, apatit)
  • fosforečnan vápenatý: kosti, zuby
  • vázán v organických sloučeninách – významný biogenní prvek

Charakteristika jednotlivých prvků a jejich využití.

Dusík

  • plyn bez barvy, chuti a zápachu
  • molekula NΞN > pevná vazba > stabilní
  • ve vodě málo rozpustný
  • tvorba vodíkových můstků
  • ochranná atmosféra (brambůrky)
  • výroba: amoniaku, kyseliny dusičné a dusičnanů (hnojiva)
  • + argon > plnění žárovek
  • inertní atmosféra: přečerpávání hořlavin
  • nízké t.t. a t.v.

Fosfor

  • pevná l.
  • 3 krystalové modifikace (jev alotropie)
  • všechny modifikace nerozpustné ve vodě
  •  bílí fosfor
    • molekuly
    • reaktivní > snaha o rozpad na jednotlivé atomy
    • samozápalný
    • jedovatý
    • fosforeskuje
    • uchovává se pod vodou
  • červený fosfor
    • polymerní struktura
    • méně reaktivní
    • méně samozápalný
    • není jedovatý
    • zahřáním > bílí
    • škrtátka sirek
  • černý fosfor
    • vrstvená polymerní struktura
    • nejedovatý
    • nereaktivní

Arsen, antimon, bismut

  • vzácné v zemské kůře, ve sloučeninách s chalkogeny
  • arsen: jedovatý, kovově šedá, ocelově lesklá, křehká krystalická látka
  • bismut: slitina liteřina, křehká bílý kov, nádech do červena
  • antimon: šest modifikací
  • reakce s vodíkem MH3, reakce s halogeny
  • oxidy: arsenitý, antimonitý, bismutitý
  • oxid arseničný > trihydrogenarseničná
  • oxid antimoničný, oxid bismutičný
  • kyseliny: arsenitá, antimonitá

Příprava a výroba dusíku.

příprava

  • NH4NO2 > (teplo) > N2 + 2H2O

výroba

  • destilace zkapalněného vzduchu

Výroba fosforu.

  • bílý: z apatitu redukcí koksem za přítomnosti křemene v elektrické peci
  • červený: přeměnou bílého fosforu za nepřítomnosti vzduchu při teplotě 350°C

Významné sloučeniny těchto prvků.

  • fosfan (PH3): obdoba amoniaku, slabší vazba (P-H, než N-H), bezbarvý, prudce jedovatý plyn česnekového zápachu , čistý na vzduchu – samozápalný, redukční vlastnosti

Významné oxidy dsíku a fosforu a jejich využití.

Významné kyseliny dusíku a fosforu.

Dusík

  • sloučeniny s vodíkem:

Amoniak NH3:

  • bezbarvý, snadno zkapalnitelný plyn štiplavého zápachu, vodíkové můstky, dobře rozpustný ve vodě, zásadotvorný, stálý
  • výroba: Haberova syntéza:  N2 + 3H2 > 2NH3
  • příprava: z amonných solí NH4Cl + NaOH > NaCl + NH4OH (rozpad > NH3 + H2O)
    • využití: kapalné hnojivo, výroba kyseliny dusičné > hnojiva a plasty, výbušniny, chladicí kapalina

Hydrazin N2H4, Azoimid HN3, Amidy

  • sloučeniny s kyslíkem:
    • N2O – oxid dusný: bezbarvý plyn, nasládlá chuť, ve sprejích
    • NO – oxid dusnatý: bezbarvý, jedovatý plyn
    • N2O3 – oxid dusitý: tmavě modrá kapalina
    • NO2 – oxid dusičitý: hnědočervený zapáchající plyn, výroba HNO3
    • N2O5 – oxid dusičný: bezbarvá krystalická látka, nestabilní
    • HNO2 – kyselina dusitá: slabá kyselina, > soli NO2– dusitany – rakovinotvorné, potravinářství, NaNO2: konzervace masných výrobků; oxidační i redukční činidla
    • HNO3 – kyselina dusičná: silná kyselina (63-5%) (1:3HCl – lučavka královská (Au, Pt)), silné oxidační činidlo, reakce s kovy (neušlechtilé – nereaguje), (ušlechtilé – zředěná > (sůl + NO), koncentrovaná > (sůl + NO2), dusičnany (dusíkatá hnojiva – ledky)
    • hnojiva (ledky), (draselný KNO3, chilský NaNO3, amonný NH4NO3, vápenatý Ca(NO3)2)
    • konzervanty – masné výrobky
    • výroba výbušnin – nitrační směs > na org. l. (HNO3 + H2SO4) – koncentrované
    • nadměrné množství dusičnanů > oxiduje červené krevní barvivo (hemoglobin FeII) na FeIII > (methenohemoglobinemie ) modrání kůže (nepřenáší kyslík), (u kojenců smrtelné)

 Fosfor

  • sloučeniny s vodíkem:

Fosfan PH3:

  • bezbarvý, jedovatý plyn, páchne po česneku, silné redukční činidlo, špatně rozpustný ve vodě, fosfoniové soli
  • sloučeniny s kovy:

Fosfidy: červený fosfor, fosfid vápenatý (Ca3P2)

  • sloučeniny s halogeny:
    • halogeny fosforité (PX3), fosforečné (PX5), tetrahalogendifosfany
    • chlorid fosforitý PCl3
  • sloučeniny s kyslíkem:
    • oxid fosforitý P4O6:
      • bílá krystalická látka
      • velmi jedovatý
      • spalování fosforu (omezený vzduch)
      • kyselý
      • s vodou – roztok kyseliny fosforité
      • snadno oxiduje
  • oxid fosforečný P4O10:
    • bílá, sněhu podobná sloučenina
    • reaktivní s vodou
    • dehydratační schopnosti: sušení látek
    • spalování fosforu (přidaný vzduch)
    • kyselina fosforná H3PO2: bílá krystalická látka, silné redukční vlastnosti
    • kyselina fosforitá H3PO3: bezbarvá, ve vodě dobře rozpustná krystalická látka
    • kyselina hydrogenfosforečná HPO3: polymerní sklovitá látka, dobře rozpustná ve vodě
    • kyselina trihydrogenfosforečná H3PO4: bezbarvá krystalická látka, silná kyselina, dobře rozpustná ve vodě, antikorozní úprava kovů
      • dihydrogenfosforečnany: rozpustné ve vodě
      • hydrogenfosforečnany, fosforečnany
      • fosforečnan vápenatý (Ca3(PO4)2: fosforečná hnojiva

Výroba a využití amoniaku.

  • výroba: Haberova syntéza:  N2 + 3H2 > 2NH3
  • příprava: z amonných solí NH4Cl + NaOH > NaCl + NH4OH (rozpad > NH3 + H2O)
  • využití: kapalné hnojivo, výroba kyseliny dusičné > hnojiva a plasty, výbušniny, chladící kapalina

Výroba těchto kyselin.

H3PO4

  • výroba: P4O10 + 6H2O > 4H3PO4
  • příprava: Ca3(PO4)+ 3H2SO4 > 2H3PO4 + 3CaSO4

HNO3

  • výroba:                4 NH3 + 5 O2 > 4 NO + 6 H2O

2 NO + O2 > 2 NO2

3 NO2 + H2O > 2 HNO3 + NO

  • příprava: 2NaNO3 + H2SO4 > 2HNO3 + Na2SO4

Rozpustnost jejich solí.

  • dusitany: dobře rozpustné ve vodě
  • dusičnany: rozpustné ve vodě
  • dihydrogenfosforečnany: ve vodě rozpustné
  • hydrogenfosforečnany, fosforečnany: rozpustné ve vodě jako soli alkalických kovů

Hnojiva.

  • dusíkatá hnojiva
    • dusík > tvorba listové hmoty
    • hnojiva (ledky), (draselný KNO3, chilský NaNO3, amonný NH4NO3, vápenatý Ca(NO3)2)
    • dusíkaté vápno (kyanamid vápenatý) CaCN2, síran amonný (NH4)2SO4, močovina NH2CONH2
  • fosforečná hnojiva
    • výroba: přeměna nerozpustných fosforečnanů na rozpustné dihydrogenfosforečnany silnou kyselinou
    • výchozí surovina: apatit, fosforit
    • fosforečnan vápenatý (Ca3(PO4)2: fosforečná hnojiva

Porovnání obsahu dusíku v jednotlivých hnojivech.