V gruppo (15) H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn

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1 V gruppo (15) H He Li Be B C N F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Configurazione elettronica: ns 2 np 3

2 V gruppo N, P e As sono non-metalli; Sb ha proprietà intermedie; Bi ha proprietà metalliche Energia di prima ionizzazione e affinità elettronica riflettono la stabilità della configurazione elettronica V gruppo N P As Sb Bi Z Elettronegatività 3,07 2,06 2,20 1,82 1,67 Raggio atomico (pm) Numeri di ossidazione , -3 T fus ( C) * , +3 +5, +3 +3, +5 +3, +5 T eb ( C) su

3 Sostanze elementari N è un gas costituito da molecole biatomiche N 2, mentre gli altri elementi esistono in diverse forme allotropiche, tutte solide a T amb. As grigio Sb e Bi Fosforo bianco o giallo Fosforo nero o rosso N viene distillato dall aria. Esistono giacimenti minerali di NaN 3 e KN 3. P si trova nei minerali di apatite, Ca 3 (P 4 ) 2 CaX 2. Gli altri si trovano come elementi (raro) o in vari minerali, soprattutto come solfuri. Si ottengono per riduzione degli ossidi ottenuti per arrostimento dei minerali.

4 Reattività N 2 è un gas chimicamente inerte a T amb N N P 4 reagisce con e X anche a T amb P P 4 10 P Cl 2 4PCl 5 A caldo reagisce con molti metalli e non-metalli. E velenoso. E insolubile in H 2. Le forme polimere di P e As sono poco reattive. P 4 reagisce con HN 3 : 1/4P 4 + 5H + + 5N 3 - H 3 P 4 + 5N 2 + H 2 Similmente As. Sb: 2Sb + 6H + + 6N 3 - Sb N 2 + 3H 2 e Bi: Bi + 6H + + 3N 3 - Bi N 2 + 3H 2 P 4 reagisce anche con basi: P 4 + 3H - + 3H 2 PH 3 + 3H 2 P 2 -

5 Idruri Proprietà dei composti Formano sostanze gassose MH 3, con struttura piramidale. Solo NH 3 è termodinamicamente stabile a T amb nei confronti degli elementi: N 2 + 3H 2 2NH 3 NH 3 è il gas più solubile in H 2, con la quale forma dei legami a H. Si comporta da base. Gli altri idruri sono insolubili in H 2. NH 3 si forma tutte le volte che un composto contenente lo ione ammonio viene scaldato in presenza di una base T fus T eb NH PH AsH SbH BiH

6 forte: NH H - NH 3 + H 2 e per riduzione del nitrato in ambiente basico: 3N Al + 5H- + 18H 2 8[Al(H) 4 ]- + 3NH 3 Le reazioni di ossidazione sono termodinamicamente favorite a T amb. Ammoniuri (ammidi) Sono sostanze ioniche che contengono lo ione ammoniuro, NH 2 -. Sono basi forti: NH H 2 NH 3 + H - Immoniuri (immidi) Hanno proprietà simili agli ammoniuri. Li 2 NH è il più noto.

7 Nitruri Anche N forma composti binari con quasi tutti i metalli e molti non metalli. M 3 N e M 3 N 2 sono i derivati degli elementi del I e II gruppo, tutti composti ionici. Si formano per reazione diretta tra gli elementi: 3Ca + N 2 Ca 3 N 2. Con elementi con elettronegatività più alta si hanno nitruri covalenti di formula MN e M 3 N 4. Azoturo di idrogeno (acido azotidrico) E un liquido instabile. In H 2 si comporta da acido debole. Gli azoturi sono sostanze ioniche contenenti lo ione N 3 -. Idrossilammina, NH 2 H

8 E un solido instabile, con carattere basico. La struttura è piramidale Idrazina, N 2 H 4 E un liquido (a T amb ), relativamente instabile nei confronti degli elementi, con forte carattere riducente (si ossida a N 2 ). Ha struttura non planare, analoga a H 2 2. ssidi Gli ossidi di N, eccetto N 2 5 allo stato solido, sono composti formati da molecole discrete a T amb, tutti termodinamicamente instabili.

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11 Gli ossidi degli elementi a numero di ossidazione +5 hanno un carattere acido maggiore di quello degli ossidi a numero di ossidazione +3; esso diminuisce scendendo lungo il gruppo: gli ossidi di N, P e As (+5) reagiscono con acqua dando gli acidi corrispondenti; P 4 6 ha ancora un comportamento acido, mentre As 4 6 si comporta da acido solo nei confronti di basi più forti dell'acqua e Sb 4 6 ha proprietà anfotere. Bi 2 3 ha le proprietà degli ossidi dei metalli in quanto si scioglie negli acidi dando lo ione Bi 3+.

12 sso e idrosso-composti HN 2 è un acido poco stabile. In sol concentrate dismuta 3HN 2 2N + H + + N H 2 I suoi sali sono velenosi. HN 3 è un liquido incolore, costituito da molecole discrete associate da legami a H. Puro può essere ottenuto solo come solido. In fase liquida: 2HN 3 2N 2 + ½ 2 + H 2 Si comporta da acido forte nei confronti dell H 2 : HN 3 + H 2 H N 3 - L acido puro dà la reazione di autoprotolisi. In acqua forma un azeotropo (T eb = 123 C)

13 Viene preparato industrialmente per ossidazione di NH 3 ad alta T con un forte eccesso di aria: 2NH 3 + 5/2 2 2N + 3H 2 2N + 2 2N 2 3N 2 + H 2 2H + + 2N N I nitrati sono composti ionici contenenti lo ione planare N 3 -. Sono tutti solubili in H 2. Per riscaldamento si decompongono. L acido fosfinico, H 3 P 2, è un acido monoprotico, solido fondente a 26.5 C, con proprietà riducenti. L acido triossofosforico(iii) (fosfonico), H 3 P 3, è una sostanza solida, fortemente igroscopica, che si comporta da acido biprotico: H H P H P H H H

14 L acido si decompone per : 4H 3 P 3 3H 3 P 4 + PH 3 L acido esaossodifosforico(iv) (ipofosforico), H 4 P 2 6, è un solido che si forma in soluzione acquosa per lenta ossidazione di P 4 con 2. L acido tetraossofosforico(v) (fosforico), H 3 P 4, è una sostanza cristallina, costituita da molecole discrete legate fra loro da legami a H. E un acido triprotico. Viene preparato per attacco delle rocce fosfatiche con H 2 S 4. L acido da luogo a tre serie di sali. Per riscaldamento di H 3 P 4 avviene una reazione di disidratazione e condensazione che porta alla formazione di acido eptaossodifosforico(v) (difosforico), H 4 P 2 7, il capostipite di una serie di acidi e ossoanioni condensati. P P P P P P P

15 Alogenuri N dà luogo con F e Cl a composti binari di formula NX 3. Sono sostanze gassose, costituite da molecole discrete piramidali. Gli alogenuri di nitrosile, XN, sono sostanze gassose, costituite da molecole discrete non lineari. Gli alogenuri di nitrile, XN 2, sono sostanze gassose e reattive, costituite da molecole trigonali planari. I composti binari di P con X sono numerosi. I più rilevanti hanno formula PX 3 e PX 5. Forma anche alogenuri di fosforile, PX 3, per azione di 2 sui trialogenuri. PF 3 è gassoso e non molto reattivo; PCl 3 e PBr 3 sono liquidi e più reattivi: PCl 3 + 3H 2 3H + + 3Cl - + H 3 P 3

16 PF 5 è costituito da molecole discrete bipiramidali trigonali; PCl 5 è solido, costituito da ioni PCl 4 + e PCl 6 -. Cl Cl P Cl Cl + Cl Cl Cl P Cl Cl Cl Si decompone per riscaldamento: PCl 5 PCl 3 + Cl 2 PBr 5 è un solido costituito da ioni PBr 4 + e Br -. In generale, la tendenza a dare pentaalogenuri diminuisce scendendo lungo il gruppo e al diminuire dell elettronegatività dell alogeno.