Pnictógeno
Els pnictógenos, pnicógenos,[1][2] nitrogenoides o nitrogenoideos són els elements químics que formen el grup 15 (V A, utilisat anteriorment) o grup V A de la taula periòdica: Nitrogen (N), fòsfor (P), arsènic (As), antimoni (Sb), bismut (Bi) i l'element sintètic moscovio (Mc), el descobriment del qual ya ha segut confirmat. Els elements més importants d'este grup són nitrogen (N), que en la seua forma diatómica és el component principal del aire, i el fòsfor (P) que, com el nitrogen, és essencial per a totes les formes de vida conegudes.
Nom i etimologia
[editar | editar còdic]El terme "pnictógeno" (o "pnicógeno") deriva de l'antiga paraula grega πνίγειν (pnígein) que significa "asfixiar", referint-se a la propietat asfixiant o sofocant del gas nitrogen. També es pot utilisar com a mnemònic per als dos elements més comuns d'este grup, P i N. El terme "pnicógeno" va ser sugerit pel químic holandés Anton Eduard van Arkel a principis de la década de 1950. També s'escriu "nictógeno" o "nicógeno". El terme "pnicógeno" és més rar que el terme "pnictógeno", i la proporció de treballs d'investigació acadèmica que utilisen "pnictógeno" i els que utilisen "pnicógeno" és de 2,5 a 1. Prové de la raïl grega πνιγ- (asfixiar, estrangular), per lo que la paraula "pnictógeno" també és una referència als noms holandesos i alemans del nitrogen (stikstof i Stickstoff, respectivament, "substància sofocant": és dir, substància en l'aire , incapaç de respirar). Per lo tant, "pnictógeno" podria traduir-se com "asfixiant". La paraula "pnicturo" també prové de la mateixa raïl.[3]
Propietats
[editar | editar còdic]Característiques químiques
[editar | editar còdic]De la mateixa manera que atres grups, els membres d'esta família mostren patrons similars en la configuració electrònica, especialment en les capes més externes, lo que dona lloc a tendències en el comportament químic.
| Número atómico Z | Element químic | Electrons per capa |
|---|---|---|
| 7 | Nitrogen | 2, 5 |
| 15 | Fòsfor | 2, 8, 5 |
| 33 | Arsènic | 2, 8, 18, 5 |
| 51 | Antimoni | 2, 8, 18, 18, 5 |
| 83 | Bismut | 2, 8, 18, 32, 18, 5 |
| 115 | Moscovio | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
(predit)
|
Este grup té la característica de que tots els elements que ho componen tenen 5 electrons en la seua capa més externa, és dir, 2 electrons en la subcapa s i 3 electrons no apareados en la subcapa p. Per lo tant, els falten 3 electrons per a aplegar a la capa p. Per tant, els falten 3 electrons per a omplir la seua capa més externa en el seu estat no ionizado. El símbol del terme de Russell-Saunders de l'estat fonamental en tots els elements del grup és 4S3⁄2.
Els elements més importants d'este grup per a la vida en la Terra són el nitrogen (N), que en la seua forma diatómica és el component principal de l'aire, i el fòsfor (P), que, com el nitrogen, és essencial per a totes les formes de vida conegudes.
Composts
[editar | editar còdic]Els composts binarios del grup poden denominar-se colectivament pnictidos. Els composts pnictidos tendixen a tindre propietats exòtiques com ser diamagnéticos i paramagnéticos a temperatura ambiente, ser transparents, o generar electricitat quan es calfen. Atres pnictidos inclouen la varietat ternaria terra rara (RE) del grup principal de pnictidos. Estos tenen la forma de REaMbPnc, a on M és un element del grup del carbono o del grup del bor i Pn és qualsevol pnicógeno llevat nitrogen. Estos composts es troben entre els composts d'iònic i covalente i, per lo tant, tenen propietats d'enllaç inusuals.[4]
Estos elements també destaquen pel seu estabilitat en els composts per la seua tendència a formar covalente doble enllaçs i triple enllaçs. Esta propietat d'estos elements conduïx al seu potencial toxicitat, més evident en el fòsfor, l'arsènic i l'antimoni. Quan estes substàncies reaccionen en diverses substàncies químiques del cos, creen forts radicals lliures que no són fàcilment processats pel fege, a on s'acumulen. Paradòxicament, este mateix enllaç fort causa la toxicitat reduïda del nitrogen i del bismut (quan estan en molècules), perque estos enllaços forts en atres àtoms són difícils de dividir, creant molècules molt poc reactives. Per eixemple, el N2, la forma diatómica del nitrogen, s'utilisa com a gas inerte en situacions en les que utilisar argón o un atre gas noble seria massa car.
La formació d'enllaços múltiples es veu facilitada pels seus cinc electrons de valència, mentres que la regla de l'octet permet un pnictogen per a acceptar tres electrons en enllaços covalente. Degut a que 5 Plantilla:Abbr 3, deixa sense usar dos electrons en un parell solitari a menos que hi haja una càrrega positiva entorn (com en el [[amoni|Plantilla:Chem2]]). Quan un pnictógeno forma només tres enllaços simples, els efectes del parell solitari solen donar lloc a una geometria molecular piramidal trigonal.
Estats d'oxidació
[editar | editar còdic]Els pnictógenos llaugers (nitrogen, fòsfor i arsènic) tendixen a formar càrregues -3 quan es reduïxen, completant el seu octet. Quan es oxidan o ionizan, els pnictógenos solen adoptar un estat d'oxidació de +3 (en perdre els tres electrons de la capa p en la capa de valència) o +5 (en perdre els tres electrons de la capa p i abdós electrons de la capa s en la capa de valència). No obstant, és més provable que els pnicógenos més pesats formen l'estat d'oxidació +3 que els més llaugers degut a que els electrons de la capa s estan més estabilisats.[5]
-3 estat d'oxidació
[editar | editar còdic]Els pnictógenos poden reaccionar en hidrogen per a formar hidrur de pnictógenos com amoníac. Baixant pel grup, a fosfano (fosfina), arsano (arsina), estibano (estibina), i finalment bismutirina (bismutina), cada hidrur de pnictógeno es torna progressivament menys estable (més inestable), més tòxic, i té un àngul hidrogen-hidrogen més chicotet (de 107. 8° en amoníac[6] a 90,48° en bismutano).[7] (Ademés, tècnicament, només l'amoníac i el fosfano tenen el pnictógeno en l'estat d'oxidació -3 perque, per al restant, el pnictógeno és menys electronegativo que l'hidrogen).
Els sòlits cristalins que presenten pnictógenos totalment reduïts inclouen el nitrur d'itri, el fosfuro de calcio, l'arseniuro de sodi, l'antimoniuro d'indi, i inclús sals dobless com el fosfuro d'alumini, gali i indi. Entre ells es troben els semiconductors III-V, com l'arseniuro de gali, el segon semiconductor més utilisat despuix del silici.
+3 estat d'oxidació
[editar | editar còdic]Plantilla:Vore també El nitrogen forma un número llimitat de composts estables III. l'òxit de nitrogen(III) només pot aïllar-se a baixes temperatures, i l'àcit nitroso és inestable. El trifluoruro de nitrogen és l'únic trihaluro de nitrogen estable, mentres que el tricloruro de nitrogen, el tribromuro de nitrogen i el triyoduro de nitrogen són explosius: el triyoduro de nitrogen és tan sensible als chocs que ho detona el contacte d'una ploma (els tres últims presenten nitrogen en l'estat d'oxidació -3). El fòsfor forma un òxit +III que és estable a temperatura ambiente, àcit fosforoso, i varis trihaluros, encara que el triyoduro és inestable. L'arsènic forma composts +III en l'oxigen com arsenito, àcit arsènic i Òxit d'arsènic (III), i forma els quatre trihaluros. L'antimoni forma òxit d'antimoni(III) i antimonita pero no oxiácidos. Els seus trihaluros, trifluoruro d'antimoni, tricloruro d'antimoni, tribromuro d'antimoni, i triyoduro d'antimoni, com tots els trihaluros pnictogenos, tenen cada u geometria molecular piramidal trigonal.
L'estat d'oxidació +3 és l'estat d'oxidació més comuna del bismut perque la seua capacitat per a formar l'estat d'oxidació +5 es veu obstaculisada per la propietats relativistes en elements més pesats, efectes que són encara més pronunciats en el cas del moscovio. El bismut(III) forma un òxit, un oxicloruro, un oxinitrato, i un sulfur. Es prediu que el moscovio(III) es comporta de forma similar al bismut(III). Es prediu que el moscovio forma els quatre trihaluros, dels quals tots llevat el trifluoruro es prediu que són solubles en aigua. També es prediu que forma oxicloruro i oxibromuro en l'estat d'oxidació +III.
+5 estat d'oxidació
[editar | editar còdic]Per al nitrogen, l'estat +5 sol servir només com a explicació formal de molècules com el N2O5, ya que l'alta electronegatividad del nitrogen fa que els electrons es compartixquen casi uniformement.Plantilla:Clarify Els composts nicrógenos en número 5 són hipervalente. El fluorur de nitrogen(V) és només teòric i no s'ha sintetisat. El "verdader" estat +5 és més comú per als pnicógenos típics essencialment no relativistes fòsfor, arsènic, i antimoni, com es mostra en els seus òxits, òxit de fòsfor(V), òxit d'arsènic(V) i òxit d'antimoni(V), i els seus fluorur, fluorur de fòsfor(V), fluorur d'arsènic(V), fluorur d'antimoni(V). A lo manco dos formen també aniones fluorur relacionats, hexafluorofosfato i hexafluoroantimonato, que funcionen com aniones no coordinantes. El fòsfor forma inclús òxit-halurs mixts, coneguts com oxihaluros, com l'oxicloruro de fòsfor, i pentahaluros mixts, com el trifluorodicloruro de fòsfor. Existixen composts de pentametilpnictogeno(V) para arsènic, antimoni, i bismut. No obstant, per al bismut, l'estat d'oxidació +5 es torna rar per l'estabilisació relativista dels orbitales 6s coneguda com efecte parell inerte, de modo que els electrons 6s són contraris a unir-se químicament. Açò fa que l'òxit de bismut(V) siga inestable[8] i fluorur de bismut(V) per ser més reactiu que els atres pentafluoruros pnictógenos, lo que ho convertix en un agent fluorante extremadament potent. Este efecte és encara més pronunciat per al moscovio, prohibint-li alcançar un estat d'oxidació +5.
Reactivitat
[editar | editar còdic]A altes temperatures són massa reactius i a voltes formen enllaços covalente entre el N i el P i enllaços iònics entre Sb i Bi i atres elements. El nitrogen reacciona en O2 i H2 a altes temperatures.
Eixemple de reacció en H2:
N2 + 3H2 → 2NH3
El bismut reacciona en O2 i en halógenos, formant bismita i bismutina entre atres composts.
A continuació es mostra una taula en les característiques generals d'estos elements.
| Propietat | N | P | As | Sb | Bi |
|---|---|---|---|---|---|
| Estructura electrònica externa | 2s² 2p³ | 3s² 3p³ | 4s² 4p³ | 5s² 5p³ | 6s² 6p³ |
| Densitat (kg/m³) | 1,25 (1) | 1.820 | 5.780 | 6.690 | 8.900 |
| Punt de fusió (°C) | -210 | 44 | 814 | 613 | 271 |
| 1.ª Energia de ionisació (kJ/mol) | 1.402 | 1.012 | 947 | 834 | 703 |
| Electronegatividad | 3,0 | 2,1 | 2,1 | 1,9 | 1,8 |
| Estats d'oxidació comunes | -3, +5 | ±3, +5 | ±3, +5 | ±3, +5 | ±3, +5 |
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Aldabe, S., et al. (2004). "pnicógenos"#v=onepage&q="pnicógenos" Química 2: Química en acció (en espanyol), Bons Aires: Colihue, p. 20. ISBN 950-581-344-9.
- ↑ «¿Quins són els elements pnicógenos? ¿I els icoságenos, els cristalógenos, els calcógenos…?». Consultat el 12 de juny de 2021.
- ↑ “Origin of the Terms Pnictogen and Pnictide” (2009). Journal of Chemical Education 86 (10): 1200. American Chemical Society. doi:. Bibcode: 2009JChEd..86.1200G.
- ↑ "Pnicogen - Molecule of the Month". Universitat de Bristol
- ↑ Boudreaux, Kevin A. "Group 5A - The Pnictogens". Departament de Química, Universitat Estatal de Angelo, Texas
- ↑ (1997) Chemistry of the Elements, 2nd edició, Oxford: Butterworth-Heinemann, p. 423. ISBN 0-7506-3365-4.
- ↑ “{{{title}}}” . Angew. Chem. Int. Ed.. PMID 12203530.
- ↑ (1994) Concise enciclopèdia química, Walter de Gruyter, p. org/details/conciseencyclope00eagl/page/136 136. ISBN 978-3-11-011451-5.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Pnictógeno» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.