周期系ⅤA族包括氮、磷、砷、銻、鉍五種元素通稱為氮族元素。其中半徑較小的N和P是非金屬元素,而隨著原子半徑的增大,Sb和Bi過(guò)渡為金屬元素,處于中間的As為準(zhǔn)金屬元素。因此,本族元素在性質(zhì)的遞變上也表現(xiàn)出從典型的非金屬到金屬的一個(gè)完整過(guò)渡。
本族元素原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為ns2np3,與ⅦA、ⅥA兩族元素比較,本族元素要獲得3個(gè)電子形成氧化數(shù)為-Ⅲ的離子是較困難的。僅僅電負(fù)性較大的N和P可以形成極少數(shù)為-Ⅲ的離子型固態(tài)化合物L(fēng)i3N、Mg3N2、Na3P、Ca3P2等。不過(guò)由于N3-、P3-離子有較大的半徑,容易變形,遇水強(qiáng)烈水解生成NH3和PH3,因此,這種離子型化合物只能存在于干態(tài),溶液中不存在N3-和P3-的簡(jiǎn)單水合離子。本族元素與電負(fù)性較小的元素化合時(shí),可以形成氧化數(shù)為-Ⅲ的共價(jià)化合物,最常見(jiàn)的是氫化物。
本族元素的金屬性比相應(yīng)的ⅦA和ⅥA族元素來(lái)得顯著,因此,形成正價(jià)的趨勢(shì)較強(qiáng),與電負(fù)性較大的元素化合時(shí)主要形成氧化數(shù)為+Ⅲ、+Ⅴ的化合物,如NF3、PBr5、AsF5和SbCl5等。形成共價(jià)化合物是本族元素的特征。
本族自上而下,除了N(Ⅴ)是較強(qiáng)的氧化劑外,從到+Ⅴ氧化態(tài)的氧化性(從+Ⅴ還原到+Ⅲ)依次增強(qiáng)。+Ⅴ氧化態(tài)的磷幾乎不具有氧化性,它的+Ⅴ氧化態(tài)最穩(wěn)定,而+Ⅴ氧化態(tài)的鉍是最強(qiáng)的氧化劑,它的+Ⅲ氧化態(tài)最穩(wěn)定幾乎不顯還原性。
表13-1 氮族元素的基本性質(zhì)
性質(zhì) | 氮 | 磷 | 砷 | 銻 | 鉍 |
原子序數(shù) | 7 | 15 | 33 | 51 | 83 |
原子量 | 14.01 | 30.97 | 74.92 | 121.75 | 208.98 |
價(jià)電子層結(jié)構(gòu) | 2s22p3 | 3s23p3 | 4s24p3 | 5s25p3 | 6s26p3 |
主要氧化數(shù) | -Ⅲ、-Ⅱ、-Ⅰ+Ⅰ→+Ⅴ | -Ⅲ、+Ⅲ、+Ⅴ | -Ⅲ、+Ⅲ、+Ⅴ | (-Ⅲ)、+Ⅲ+Ⅴ | (-Ⅲ)、+Ⅲ+Ⅴ |
共價(jià)半徑/pm | 55 | 110 | 121 | 141 | 152 |
離子半徑/pm M-3 M+3 M+5 |
171 16 13 |
212 44 35 |
222 58 46 |
245 76 62 |
213 96 74 |
第一電離能/(kJ·mol-1) | 1402 | 1011.8 | 859.7 | 833.7 | 703.3 |
第一電子親和能/(kJ·mol-1) | 0±20 | 74 | 77 | 101 | 100 |
電負(fù)性 | 3.04 | 2.19 | 2.18 | 2.05 | 2.02 |