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, N^V,P^V, Bi^V > nestálý Bi^III 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 Fe^II) na Fe^III > (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)₂ + 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.