Нітроген і Фосфор, їх місце в Періодичній системі будови атомів. Алотропні модифікації Фосфору. Азот і Фосфор як прості речовини: будова молекул, поширення в природі. Фізичні властивості азоту і фосфору. Хімічні властивості азоту та фосфору: взаємодія з металами, воднем, киснем. Застосування

Нітроген і Фосфор у Періодичній системі хімічних елементів знаходяться в головній підгрупі п’ятої групи. На зовнішньому енергетичному шарі обидва елемента містять по 5 електронів у стані s²p³. Тому найвищий ступінь окиснення цих елементів дорівнює +5, найнижчий - –3.

Відмінність полягає у тому, що в атомі Фосфору на зовнішньому електронному шарі є вільні d-орбіталі. Це дає можливість йому приходити у збуджений стан.

Хімічний елемент Нітроген не утворює алотропних модифікацій. У вільному стані існує у формі лише однієї простої речовини - азоту. Молекула азоту складається з двох атомів, має формулу N₂. Хімічний зв’язок у ній ковалентний неполярний і дуже міцний, бо атоми утримуються потрійним зв’язком.

За звичайних умов азот - газ без кольору, запаху і смаку, легший за повітря. Зріджується при температурі –196° і твердне при температурі –210°. У воді розчиняється гірше, ніж кисень. Це пояснюється неполярністю його молекул.

На відміну від Нітрогену, хімічний елемент Фосфор утворює кілька алотропних модифікацій, які відрізняються між собою за будовою молекул і властивостями. Це - білий, червоний і чорний фосфор.

Білий фосфор - м’яка, безбарвна кристалічна речовина, схожа на віск. Має молекулярні кристалічні ґратки, у вузлах яких розміщені тетраедричні молекули P₄. Летка, легкоплавка речовина, має характерний запах часнику. Не розчиняється у воді, але добре розчиняється у сірковуглеці CS₂ і бензині. Легкозаймиста речовина, тому зберігають її під водою. Білий фосфор у темряві на повітрі світиться зеленкувато-жовтим світлом. Це явище називається люмінесценція. Воно спричиняється повільним окисненням білого фосфору. Білий фосфор - надзвичайно отруйна речовина, навіть у малих дозах. 50 мг білого фосфору - смертельні!

При тривалому слабкому нагріванні білий фосфор переходить у червоний. Червоний фосфор - порошок червоно-бурого кольору, неотруйний. Має атомні кристалічні ґратки. Не розчиняється у воді і сірковуглеці. Без запаху, у темряві не світиться. Встановлено, що червоний фосфор є сумішшю кількох алотропних модифікацій, які відрізняються одна від одної кольором - від яскраво-червоного до фіолетового.

Червоний фосфор легко вбирає вологу, тобто є гігроскопічним. При нагріванні без доступу повітря випаровується, а при охолодженні його пара перетворюється на білий фосфор.

Чорний фосфор - речовина, схожа на графіт, масна на дотик, має металічний блиск, не отруйний, виявляє властивості напівпровідників. Добувають чорний фосфор тривалим нагріванням білого фосфору під великим тиском.

У природі Нітроген зустрічається як у вільному стані, так і у зв’язаному. У вільному стані Нітроген у вигляді азоту входить до складу повітря. У повітрі азоту 78 % за об’ємом, або 76 % за масою. Сполуки Нітрогену в невеликих кількостях є у ґрунті. Також він входить до складу білкових речовин і багатьох природних органічних сполук.

На відміну від Нітрогену, Фосфор зустрічається в природі тільки в сполуках. Найважливіші його мінерали - це фосфорити й апатити. До їх складу Фосфор входить у вигляді кальцій ортофосфату Ca₃(PO₄)₂. Фосфор входить також до складу білкових речовин.

За хімічною активністю азот менш активний, ніж фосфор. Це пояснюється наявністю потрійного зв’язку в його молекулі. Азот і фосфор мають такі хімічні властивості:

1) реагують із багатьма металами при нагріванні, утворюючи відповідно нітриди і фосфіди. Лише з літієм азот реагує за звичайної температури, утворюючи ліній нітрид (Li₃N):

6Li + N₂ → 2Li₃N;

2) реагують із неметалами.

З воднем азот взаємодії при нагріванні, високому тиску і в присутності каталізатора. При цьому утворюється аміак NH₃:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃.

Фосфор із воднем практично не взаємодіє.

У реакціях із металами і воднем азот і фосфор виступають як окисники.

З киснем азот сполучається за температури електричної дуги, понад 2000 °С, утворюючи нітроген (II) оксид NO:

N₂ + O₂ → 2NO.

Фосфор під час горіння в кисні утворює фосфор(V) оксид P₂O₅. А під час повільного окиснення утворюється фосфор(III) оксид P₂O₃.

Азот у великих кількостях використовується для добування аміаку. Білий фосфор широкого застосування не має. Звичайно його використовують у фармацевтичних препаратах, а також для утворення димових завіс. Червоний фосфор використовується у виробництві сірників. Чорний фосфор застосовується дуже рідко.