Pentely (skupina dusíku)

1. Elektronová konfigurce p3-prvků
2. Vlastnosti p3-prvků
3. Výskyt p3-prvků
4. Výroba dusíku a fosforu
5. Využití dusíku a fosforu
6. Chemické vlastnosti dusíku a fosforu


1. Elektronová konfigurace p3-prvků

Označení p3-prvky znamená, že 3 valenční elektrony (ty, které se nachází v nejvzdálenější obsazené - valenční - vrstvě od jádra) těchto prvků se nachází v orbitalu typu p.

Elektronová konfigurace p3-prvků je tedy: [VP] ns2 np3

(VP... vzácný plyn      n ... číslo periody, kde se daný prvek nachází)

(nahoru)

2. Vlastnosti p3-prvků

Všechny p3-prvky se souhrnně označují pojmem pentely (skupina dusíku). Tyto prvky se mohou vyskytovat ve všech oxidačních stavech od I do V.

Dusík a fosfor patří mezi nekovy, arsen a antimon se řadí k polokovům a bismut je klasifikován jako kov.

Dusík je bezbarvý plyn bez chuti a zápachu. Je nehořlavý (proto název dusík - ,,dusí plamen ‘‘) a vytváří dvouatomové molekuly N2, ve které jsou atomy dusíku spojené trojnou kovalentní vazbou (N ≡ N).

Obr.: Molekula dusíku

Vlastnosti fosforu jsou závislé na jeho modifikaci – bílý fosfor P4 je na vzduchu samozápalný a jedovatý, proto musí být uchováván pod vodou. Červený fosfor není ani samozápalný, ani jedovatý, dodáním energie se přemění na fosfor bílý, čehož se využívá při užívání zápalek (k přeměně dojde při tření hlavičky o škrtátko). Černý fosfor má spíše kovové vlastnosti.

Obr.: Molekula bílého fosforu

Obr.: Červený a bílý fosfor

"Do větší zkumavky nasypeme 1 g červeného fosforu, vsadíme ji do držáku a pomocí svorky ji upevníme k laboratornímu stojanu. Druhou zkumavku naplníme do poloviny jejího objemu studenou vodou a vsadíme ji do hrdla té větší. Zapálíme kahan a začneme zkumavku zahřívat. 3. Jakmile se na dně menší zkumavky objeví bílá látka, opatrně ji vyjmeme a přidržíme ji chvíli ve vzduchu. Červený fosfor při zahřívání sublimoval (přecházel z pevného přímo do plynného skupenství). Tyto páry se ochladily na dně vsazené zkumavky, kde se vyloučil bílý fosfor P4. Zatímco je červený fosfor stálý a nejedovatý, tak bílý fosfor je vysoce toxický a na běžném vzduchu samozápalný – proto se musí uchovávat pod vodou."

(nahoru)

3. Výskyt p3-prvků

Dusík je nejrozšířenějším prvkem v zemské atmosféře, kde zaujímá 78 % jejího objemu. Kromě toho se vyskytuje vázaný v mnoha minerálech, jako třeba v chilském ledku NaNO3. Fosfor je zastoupen například ve fosforitu Ca3(PO4)3 či fluorapatitu Ca5(PO4)3F.

      

Dusík a fosfor jsou také součástmi mnoha látek organického původu - bílkoviny, nukleové kyseliny, ATP aj. Fosfor je důležitým stavebním prvkem kostí.

(nahoru)

4. Výroba dusíku a fosforu

Dusík se vyrábí frakční destilací zkapalněného vzduchu, která probíhá při teplotě -196 °C Pro jeho přípravu je možné využít tepelného rozkladu dusitanu amonného, dichromanu amonného či azidu sodného:

NH4NO2 → N2 + 2 H2O

(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4 H2O

2 NaN3 → 2 Na + 3 N2

Fosfor se vyrábí redukcí fosforečnanů PO43- koksem C v přítomnosti křemenného písku SiO2:

2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 CP4 + 6 CaSiO3 + 10 CO

(nahoru)

5. Použití dusíku a fosforu

Dusík se v elementární podobě využívá pro vytvoření inertní atmosféry při přečerpávání hořlavin, plnění sáčků s brambůrkami či výrobu důležitých chemických sloučenin. Fosfor nachází uplatnění při výrobě zápalek.

(nahoru)

6. Chemické vlastnosti dusíku a fosforu

Dusík se za zvýšené teploty, tlaku a přítomnosti katalyzátoru slučuje s vodíkem za vzniku amoniaku:

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Produktem hoření fosforu je bílý oxid fosforečný:

P4 + 5 O2 → P4O10

"Na spalovací misku vsazené do zátky od kuželové baňky nabereme červený fosfor a nad plynovým kahanem ho zapálíme. Jakmile fosfor vzplane, vložíme lžičku do kuželové baňky, takže ji pomocí zátky zazátkujeme. Po ukončení hoření zbude v baňce bílý prášek, ke kterému přilijeme vodu a pomocí indikátorového papírku zjistíme pH vzniklého roztoku. Shořením fosforu vznikl bílý oxid fosforečný, který poskytuje reakcí s vodou kyselinu fosforečnou."

(nahoru)