Сообщение об элементах 5 группы

Обновлено: 03.07.2024

Для атомов Р, As, Sb, Bi возможны 2 валентных состояния:

- основное ns 2 np 3

- возбужденное ns 1 np 3 nd 1

1. В связи с отсутствием в атоме азота d-орбиталей на внешнем электронном слое число ковалентных свяязей, образуемых атомом азота по обменному механизму, не может быть больше 3-х.

2. Наличие неподеленной электронной пары на 2s-подуровне атома азота обусловливает возможность образования ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. Таким образом, высшая валентность N равна IV.

3. В соединениях с кислородом азот проявляет степени окисления +1, +2, +3, +4, +5.

В отличие от галогенов и халькогенов, в главной подгруппе V группы наблюдается более резкое изменение свойств элементов и образуемых ими простых веществ по мере увеличения заряда ядра и радиуса атомов:

Вертикальное изменение свойств элементов и образуемых ими простых веществ

В главную подгруппу V группы входят элементы: азот (N), фосфор (Р), мышьяк (Аs), сурьма (Sb) и висмут (Вi). На внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов находятся по пять электронов. Общая электронная формула валентной зоны атомов имеет вид ns 2 np 3 . В отличие от остальных элементов максимальная валентность азота равна четырем (три связи могут быть образованы по обменному механизму и одна – по донорно-акцепторному).

Основные степени окисления данных элементов –3, 0, +3 и +5. При этом для азота возможны все степени окисления: –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Для висмута наиболее устойчивая степень окисления +3, поэтому соединения Вi +5 обладают сильными окислительными свойствами.

Азот – газ без цвета и запаха, плохо растворимый в воде. Молекула азота двухатомна (N₂). Азот – главная составная часть воздуха (78 % по объёму). В промышленности азот получают ректификацией жидкого воздуха. Молекула азота (N≡N) является практически инертным веществом, так как атомы азота связаны посредством трех прочных химических связей. Молекула азота распадается на атомы при температуре 3000 о С примерно на 0,1 %.

Аммиак – бесцветный газ с резким запахом. Температура кипения при атмосферном давлении составляет –33,4 °С. Благодаря хорошим теплофизическим свойствам широко используется в холодильной технике.

Аммиак хорошо растворяется в воде (34 % при температуре 20 о С). Водный раствор аммиака называют нашатырным спиртом. Высокая растворимость аммиака является следствием его взаимодействия с водой с образованием гидроксида аммония NH₃ + НОН ↔ NH₄OH.

Гидроксид аммония - слабое основание

NH₄OH ↔ NH₄ + + OH – , К = 1,8∙10 – 5 .

Аммиак взаимодействует с кислотами с образованием солей аммония:

Аммиак образует ряд комплексных соединений – аммиакатов. Например,

Соли аммония термически неустойчивы и при нагревании разлагаются, при этом возможны 2 типа разложения:

1) Без изменения степеней окисления

2) С изменением степеней окисления, как внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция

В атмосфере кислорода аммиак горит:

Для получения азотной кислоты аммиак окисляют в присутствии катализатора до NO по реакции

Из NO окислением получают NО₂, а затем азотную кислоту:

Азот образует следующие оксиды:

1) N₂О и NO – несолеобразующие оксиды;

2) N₂О₃ и N₂О₅– кислотные оксиды соответственно азотистой и азотной кислот;

3) NО₂(N₂О₄) – смешанный оксид азотистой и азотной кислот.

Азотистая кислота НNО₂ – слабая кислота

Азотистая кислота и её соли (нитриты) проявляют окислительно-восстановительную двойственность, так как азот находится в промежуточной

степени окисления +3.

Азотная кислота НNО₃ – сильная кислота

Концентрированная НNО₃ пассивирует Аl, Fе, Со, Ni, Сr и нержавеющие стали.

Степень восстановления азотной кислоты при взаимодействии её с металлами зависит от активности металла и концентрации кислоты:

Из приведенных реакций следует, чем активней металл и более разбавлена азотная кислота, тем в большей степени она восстанавливается. При этом водород практически не выделяется.

Соли азотной кислоты (нитраты) хорошо растворимы в воде. Наиболее важное практическое значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые называют селитрами. Важна биологическая роль азота, так как он входит в состав белковых молекул.

Фосфор вследствие лёгкой окисляемости не встречается в природе в свободном состоянии. Наиболее важным природным соединением фосфора является минерал фосфорит Са₃(РО₄)₂.

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций: белый, красный, черный и др.

Белый фосфор – очень сильный яд, даже малые дозы его смертельны.

Красный фосфор не ядовит, так как имеет полимерную структуру. При нагревании красный фосфор сублимируется, а при охлаждении паров получается белый фосфор.

Чёрный фосфор образуется при нагревании белого фосфора без доступа воздуха при очень высоком давлении. Внешне чёрный фосфор похож на гра–

фит и обладает полупроводниковыми свойствами.

Фосфор непосредственно взаимодействует с многими веществами: кислородом, галогенами, активными металлами.

При сгорании фосфора в кислороде или на воздухе 4Р + 5О₂ ↔ 2Р₂О₅

образуется оксид фосфора(V) – белое твёрдое вещество, обладающее сильными водоотнимающими свойствами. Р₂О₅ соответствует Н₃РО₄ – слабая трёхосновная кислота.

Известны также следующие слабые кислоты фосфора:

1) фосфористая(Н₃РО₃) – двухосновная,

2) фосфорноватистая(Н₃РО₂) – одноосновная.

Соли фосфорной кислоты применяются в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений.

Мышьяк и все его соединения – сильные яды! Применяется в сельском хозяйстве в качестве инсектицида.

Сурьма – серебристо-белое вещество с металлическим блеском. От металлов сурьма отличается хрупкостью и низкой электропроводностью. Сурьму вводят в некоторые сплавы (гарт) для придания им твердости. Соединения сурьмы сходны с соединениями мышьяка.

Висмут в свободном состоянии – розово-белый металл. В электрохимическом ряду располагается после водорода. В концентрированной азотной кислоте пассивируется. Соединения висмута (+5) обладают сильными окислительными свойствами.

Металлический висмут используется, главным образом, в ядерной энергетике в качестве теплоносителя. Соединения висмута (+3) применяются в медицине и ветеринарии.

Гидроксид аммония - слабое основание

NH₄OH ↔ NH₄ + + OH – , К = 1,8∙10 – 5 .

Аммиак взаимодействует с кислотами с образованием солей аммония:

Аммиак образует ряд комплексных соединений – аммиакатов. Например,

Соли аммония термически неустойчивы и при нагревании разлагаются, при этом возможны 2 типа разложения:

1) Без изменения степеней окисления

2) С изменением степеней окисления, как внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция

В атмосфере кислорода аммиак горит:

Для получения азотной кислоты аммиак окисляют в присутствии катализатора до NO по реакции

Из NO окислением получают NО₂, а затем азотную кислоту:

Азот образует следующие оксиды:

1) N₂О и NO – несолеобразующие оксиды;

2) N₂О₃ и N₂О₅– кислотные оксиды соответственно азотистой и азотной кислот;

3) NО₂(N₂О₄) – смешанный оксид азотистой и азотной кислот.

Азотистая кислота НNО₂ – слабая кислота

степени окисления +3.

Азотная кислота НNО₃ – сильная кислота

Концентрированная НNО₃ пассивирует Аl, Fе, Со, Ni, Сr и нержавеющие стали.

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций: белый, красный, черный и др.

Белый фосфор – очень сильный яд, даже малые дозы его смертельны.

фит и обладает полупроводниковыми свойствами.

Фосфор непосредственно взаимодействует с многими веществами: кислородом, галогенами, активными металлами.

При сгорании фосфора в кислороде или на воздухе 4Р + 5О₂ ↔ 2Р₂О₅

Известны также следующие слабые кислоты фосфора:

1) фосфористая(Н₃РО₃) – двухосновная,

2) фосфорноватистая(Н₃РО₂) – одноосновная.

Соли фосфорной кислоты применяются в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений.

Мышьяк и все его соединения – сильные яды! Применяется в сельском хозяйстве в качестве инсектицида.

Группа 5 (к ИЮПАК style) - это группа элементы в периодическая таблица. Группа 5 содержит ванадий (V), ниобий (Nb), тантал (Ta) и дубний (Дб). Эта группа находится в d-блок таблицы Менделеева. Сама группа не приобрела банальное имя; он принадлежит к более широкой группе переходные металлы.

Три более легких элемента Группы 5 встречаются в природе и обладают схожими свойствами; все трое тяжелые тугоплавкие металлы в стандартных условиях. Четвертый элемент, дубний, был синтезирован в лабораториях, но не обнаружен в природе, так как период полураспада наиболее стабильного изотопа, дубния-268, составляет всего 29 часов, а других изотопов - даже больше. радиоактивный. На сегодняшний день экспериментов в суперколлайдер были проведены синтезировать следующий член группы, unpentseptium (Ups) или unpentennium (Upe). Поскольку unpentseptium и unpentennium опаздывают период 8 элементов маловероятно, что эти элементы будут синтезированы в ближайшее время.

Содержание

Химия

Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют закономерности в своем электронная конфигурация, особенно крайние оболочки, хотя ниобий, как ни странно, не следует тенденции:

Z	Элемент	Количество электронов / оболочка
23	ванадий	2, 8, 11, 2
41	ниобий	2, 8, 18, 12, 1
73	тантал	2, 8, 18, 32, 11, 2
105	дубний	2, 8, 18, 32, 32, 11, 2

Большая часть химии наблюдалась только для первых трех членов группы, химия дубния не очень хорошо известна, и поэтому остальная часть раздела касается только ванадия, ниобия и тантала. Все элементы группы являются химически активными металлами с высокими температурами плавления (1910 ° C, 2477 ° C, 3017 ° C). Реакционная способность не всегда очевидна из-за быстрого образования стабильного оксидного слоя, который предотвращает дальнейшие реакции, аналогично тенденциям в Группе 3 или Группе 4. Металлы образуют разные оксиды: формы ванадия оксид ванадия (II), оксид ванадия (III), оксид ванадия (IV) и оксид ванадия (V), формы ниобия оксид ниобия (II), оксид ниобия (IV) и оксид ниобия (V), но только из оксидов тантала оксид тантала (V) характеризуется. Оксиды металлов (V) обычно неактивны и действуют как кислоты, а не основания, но низшие оксиды менее стабильны. Однако они обладают некоторыми необычными для оксидов свойствами, такими как высокая электропроводность. [1]

Все три элемента образуют разные неорганические соединения, как правило, в степени окисления +5. Также известны более низкие степени окисления, но они менее стабильны, их стабильность снижается с увеличением атомной массы.

История

Ванадий был открыт Андрес Мануэль дель Рио, мексиканский минералог испанского происхождения, в 1801 г. ванадинит. После того, как другие химики отвергли его открытие эритроний он отозвал свой иск. [2]

Ниобий был обнаруженный английским химиком Чарльз Хэтчетт в 1801 г. [3]

Тантал был впервые открыт в 1802 г. Андерс Густав Экеберг. Однако считалось, что он идентичен ниобию до 1846 года, когда Генрих Роуз доказал, что эти два элемента были разными. Чистый тантал производился только в 1903 году. [4]

Этимологии

Ванадий назван в честь Ванадис, скандинавская богиня любви. Ниобий назван в честь Ниоба, фигура из Греческая мифология. Тантал назван в честь Тантал, фигура из греческой мифологии. Дубний назван в честь Дубна, Россия, где это было обнаружено. [4]

Вхождение

В земной коре содержится 160 частей на миллион ванадия, что делает его 19-м по численности элементом. Почва содержит в среднем 100 частей на миллион ванадия, и морская вода содержит 1,5 частей на миллиард ванадия. Типичный человек содержит 285 частей на миллиард ванадия. Известно более 60 ванадиевых руд, в том числе ванадинит, патронит, и карнотит. [4]

В земной коре содержится 20 частей на миллион ниобия, что делает его 33-м по численности элементом в земной коре. Почва содержит в среднем 24 части на миллион ниобия, а морская вода - 900 частей на миллион. квадриллион ниобия. Типичный человек содержит 21 часть на миллиард ниобия. Ниобий находится в минералах колумбит и пирохлор. [4]

В земной коре содержится 2 части тантала на миллион, что делает его 51-м наиболее распространенным элементом. Почва содержит в среднем 1-2 части тантала на миллиард, а морская вода - 2 части на триллион тантала. Типичный человек содержит 2,9 частей тантала на миллиард. Тантал содержится в минералах танталит и пирохлор. [4]

Производство

Приблизительно 70000 тонны ванадиевой руды добывается ежегодно, из них 25000 т ванадиевой руды производится в России, 24000 т - Южная Африка, 19000 в Китае и 1000 в Казахстан. Ежегодно производится 7000 т металлического ванадия. Получить ванадий путем нагревания его руды с углеродом невозможно. Вместо этого ванадий производится путем нагревания оксид ванадия с кальцием в сосуд под давлением. Ванадий очень высокой чистоты получают в результате реакции трихлорид ванадия с магнием. [4]

Ежегодно добывается 230000 т ниобиевой руды, Бразилия добыча 210 000 т, Канада производство 10000 т, и Австралия производя 1000 т. Ежегодно производится 60000 т чистого ниобия. [4]

Ежегодно добывается 70000 т танталовой руды. Бразилия производит 90% танталовой руды, с Канадой, Австралией, Китаем и Руанда также производящий элемент. Спрос на тантал составляет около 1200 т в год. [4]

Дубний производится синтетически путем бомбардировки актиниды с более легкими элементами. [4]

Приложения

Основное применение ванадия - это сплавы, такие как ванадиевая сталь. Ванадиевые сплавы используются в пружины, инструменты, реактивные двигатели, броня покрытие, и ядерные реакторы. Оксид ванадия придает керамике золотистый цвет, а другие соединения ванадия используются в качестве катализаторы производить полимеры. [4]

В небольшое количество ниобия добавляют нержавеющая сталь улучшить его качество. Сплавы ниобия также используются в соплах ракет из-за высокого содержания ниобия. коррозия сопротивление. [4]

У тантала есть четыре основных типа применения. Тантал добавляют в предметы, подвергающиеся воздействию высоких температур, в электронные устройства, в хирургические имплантаты, и для работы с агрессивными веществами. [4]

Токсичность

Чистый ванадий не токсичен. Однако, пятиокись ванадия вызывает сильное раздражение глаз, носа и горла. [4]

Считается, что ниобий и его соединения слабо токсичны, но об отравлении ниобием не известно. Ниобиевая пыль может раздражать глаза и кожу. [4]

Тантал и его соединения редко вызывают травмы, и, когда они это делают, обычно возникают высыпания. [4]

Биологические явления

Из элементов группы 5 только ванадий был определен как играющий роль в биологической химии живых систем, но даже он играет очень ограниченную роль в биохимии живых систем. биология, и это более важно в океанской среде, чем на суше.

Ванадий, необходимый для асцидии и оболочки так как ванабины, был известен в клетки крови из Ascidiacea (морские брызги) с 1911 года, [5] [6] по концентрации ванадия в их крови более чем в 100 раз выше, чем концентрация ванадия в морской воде вокруг них. Некоторые виды макрогрибов накапливают ванадий (до 500 мг / кг в сухом весе). [7] Ванадий-зависимый бромпероксидаза образует броморганические соединения у ряда видов морских водоросли. [8]

Крысы и куры также известно, что ванадий требуется в очень малых количествах, а недостаток приводит к замедлению роста и ухудшению воспроизведение. [9] Ванадий - относительно противоречивый пищевая добавка, в первую очередь для увеличения инсулин чувствительность [10] и бодибилдинг. Ванадил сульфат может улучшить контроль глюкозы у людей с диабет 2 типа. [11] Кроме того, декаванадат и оксованадаты - это виды, которые потенциально обладают многими биологическими активностями и успешно используются в качестве инструментов для понимания нескольких биохимических процессов. [12]

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Элементы главной подгруппы V группы
Презентация Алмаевой Ксении

Фосфор и здоровье человека
Содержание фосфора в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 780 г. Суточная доза для взрослых 1 г.

Бирюза(минерал класса фосфатов)

Фосфор поступает в организм с пищей: рыбой, хлебом, молоком, сырами, мясом, бобовыми (горох, фасоль), овсяной, перловой, ячневой крупой. Обычно всасывается 50 – 90% фосфора, меньше – при употреблении растительных продуктов, т.К. В них он содержится в виде трудно усвояемой фитиновой кислоты. Для правильного питания очень важно его соотношение с кальцием. Оптимальным считается соотношение кальция и фосфора, равное 1:1,5.

Реакция организма на недостаток фосфора
Развивается рахит, снижается умственная и мышечная деятельность.
Реакция организма на избыток фосфора
Развивается мочекаменная болезнь. Р4 и многие соединения фосфора высокотоксичны. Летальная доза Р4 равна 60 мг. Большую опасность представляют ожоги, возникающие при горении фосфора, из-за выделения большого количества тепла при взаимодействии образующегося при горении Р2О5 с влагой кожи. Получившаяся фосфорная кислота Н3РО4 проникает в глубь соединительной ткани, что приводит к отеку из-за прилива внеклеточной жидкости.

Мышьяк и здоровье человека
Все есть яд и ничто не лишено ядовитости,
одна только доза делает яд незаметным.
Т. Парацельс
Содержание мышьяка в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 0,2 – 0,3 мг. Конкретное содержание определяется диетой и окружающей средой. Токсическая доза 5 – 50 мг, летальная доза 50 – 340 мг. Может быть канцерогеном.

Анализ показал, что мышьяка в волосах Наполеона было в 13 раз больше обычного. Врачи пришли к заключению, что он был отравлен мышьяком, который, по их мнению, в виде As2O3 подмешивали к его пище в малых дозах.

В ту эпоху ядом мог быть только мышьяк. 1/5 г мышьяка достаточно, чтобы убить человека за 24 ч, но мышьяк сохраняет свои свойства и при введении малыми дозами, при этом убийство растягивается на месяцы. Это вещество серого цвета без запаха и вкуса, а симптомы отравления им напоминают симптомы холеры, распространенной тогда в Европе. Диагностировать отравление во времена наполеона было практически невозможно, как и долгое время спустя. А если человека, которого решили отравить, заставляли принимать одновременно такие медикаменты, как каломель или же некоторые соли калия и сурьмы, то при вскрытии и вовсе невозможно обнаружить следы мышьяка.Поскольку император все последние дни принимал каломель и соли калия и сурьмы, то к моменту вскрытия малейший след мышьяка должен был пропасть.

Оказалось также, что обои в апартаментах бывшего императора тоже содержали мышьяк. Они были выкрашены красивой зеленой краской, в состав которой входил метаарсенат (III) меди Cu(AsO2)2. Каждый квадратный метр обоев стен наполеоновской спальни содержал 0,12 г мышьяка. При отсыревании таких обоев в воздух могли попадать токсичные соединения мышьяка.

Симптомы отравления мышьяком
Чередование дремоты и бессонницы, отек ног, потеря волос – все это симптомы хронического отравления мышьяком. Увеличение печени умершего, не имевшей явных следов поражения, - это точно соответствует состоянию печени при таком отравлении.

В 1840 г. вскрыли могилу Наполеона. Тело Наполеона не бальзамировали и предали земле таким, каким оно было после вскрытия. Оно было закрыто в четырех гробах, в том числе двух металлических, но ни один из них не был воздухонепроницаемым. Со дня погребения прошло 19 лет, но тело Наполеона не было тронуто тлением. Его лицо изменилось меньше, чем лица людей, стоявших вокруг его могилы. Существует объяснение этого чуда – мышьяк; он – смертельный яд, но в то же время предохраняет живые ткани от разложения. Музеи используют это свойство мышьяка для консервации экспонатов.

И несмотря на вышеизложенное, соединения мышьяка – ценнейшие лекарственные средства, целебные свойства которых были известны Гиппократу и Аристотелю. И хотя роль соединений мышьяка с открытием антибиотиков значительно снизилась, некоторые его препараты применяют до сих пор. Мистический ореол, окружавший мышьяк, его многоликость имеют под собой реальное обоснование: по своему положению в периодической системе он проявляет свойства, характерные и для металлов, и для неметаллов, а отсюда и разнообразие свойств.

Биологическая роль мышьяка
Мышьяк участвует в процессах, связанных с механической работой и мышлением, уменьшает токсичность селена (наилучшее средство против селенового токсикоза), ртути и свинца при их избытке в организме. Принимает участие в нуклеиновом обмене, т.е. имеет прямое отношение к синтезу белка. Мышьяк необходим для синтеза гемоглобина, хотя и не входит в его состав.

Источники поступления мышьяка в организм человека.

Знаете ли вы, что…

· В желудочно-кишечном тракте животных нередко образуется камень, называемый безоар. Он использовался веками как средство от различных ядов, особенно от мышьяка, которым в средние века отравили немало людей. Камень носили в перстне или медальоне и принимали внутрь с водой. Такой камень был у английской королевы Елизаветы I. Современные американские исследования показали, что безоар действительно эффективно обезвреживает соединения мышьяка.
· Мышьяк (вместе с тридцатью другими микроэлементами) входит в состав целебного мумие.

Висмут и здоровье человека.

Основной нитрат висмута Bi(OH)2NO3 – белый порошок, практически нерастворим в воде и спирте, легко растворим в соляной кислоте. Назначают внутрь при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, при воспалительных заболеваниях кишечника в качестве вяжущего и антисептического средства. Препарат применяют также наружно в мазях, присыпках при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек.

Соединения висмута обладают противоспирохетозным действием и механизм их действия сводится к тому, что ионы висмута, проникая в спирохеты (микроорганизмы, клетки которых имеют форму извитых нитей), связывают сульфгидрильные группы (SH) их ферментов. Это приводит к нарушению жизнедеятельности и гибели спирохет – возбудителей сифилиса. Препараты висмута применяются для внутримышечного введения, т.к. при приеме внутрь соединения, содержащие висмут, практически не всасываются из пищеварительного тракта.

Побочное действие препаратов висмута чаще всего проявляется в виде признаков поражения тех органов, в которых избирательно накапливаются ионы висмута. А они могут вызывать поражения почек, печени, изменение картины крови.
Отложение висмута на слизистых оболочках рта сопровождается развитием стоматита и появлением серых каемок на деснах вокруг зубов (висмутовая кайма).Для профилактики этого осложнения рекомендуется часто полоскать рот.

Читайте также: