氮族

氮族（the Nitrogen group）是元素周期表上的第VA族（IUPAC第15族），包括氮（N、nitrogen）、磷（P、phosphorus）、砷（As、arsenic）、銻（Sb、antimony）、 鉍（Bi、bismuth）等。氮族元素的許多單質和化合物和我們息息相關。

基本介紹

• 中文名：氮族
• 外文名：the Nitrogen group
• 位置：元素周期表上的第VA族
• 包括：氮，磷，砷，銻，鉍

氮族元素的定義

氮族（the Nitrogen group）是元素周期表上的第VA族（IUPAC第15族），位於碳族和氧族之間。氮族元素包括氮（N、nitrogen）、磷（P、phosphorus）、砷（As、arsenic）、銻(Sb、antimony)、鉍（Bi、bismuth）。其中，氮和磷是非金屬；砷是準金屬；銻，鉍是金屬。

氮族元素的發現和存在

氮氣的發現是在研究空氣的組成過程中完成的。1772年，盧瑟福在論文中描述了一種不能維持生命，不能被石灰水吸收，不能燃燒的濁氣。與其同時，許多其他的化學家用不同的方法得到了氮氣。絕大部分氮以單質的形式存在，少量的氮以銨鹽，硝酸鹽的形式存在於土壤中。

17世紀，德國商人布蘭德將沙子木炭等混合蒸餾加熱，偶然得到了能在黑暗中發光的物質。這就是磷。自然界不存在單質磷，總是以磷酸鹽的形式存在。

砷和銻都是中國古代書籍就有記載的元素。曾經，砷被作為一種貴重藥物，又有毒性。砷主要以硫化物和氧化物的形式存在；銻曾在1753年被化學家弗拉明證明是一種元素。銻主要以硫化物礦的形式存在。

氮族元素的結構特點

氮族元素的價電子層結構是 ,它們的p軌道都是半充滿狀態，因而與同周期的前後元素相比，有較高的電離能。由於惰性電子效應，氮族元素從上到下氧化數為3的化合物穩定性逐漸增加。氮族的最根本的特徵是其中所有元素的原子最外層都有5個電子——s亞層的2個電子和p亞層的3個未成對電子，因此它們在原子態時仍需3個電子才能充滿其最外層。

氮族元素的常見氧化態有：-3、+3和+5。除此之外，磷還有-2和+1的氧化態，而氮的氧化態則從-3到+5都有。

除了氮以外，其他氮族元素都有空的d軌道可以參與成鍵，所以氮的最高配位數是4，其他元素最高的配位數是6。

氮族元素重要的單質和化合物

單質

氮的單質是氮氣，磷的常見單質有白磷和紅磷。

氮氣常溫下是氣體，其餘元素單質是固體。氮氣是空氣的重要組成部分，體積分數約為79%；白磷在空氣中會自燃，有劇毒.（致死量0.1g，與氰化鉀相同，但容易被忽視。）

氮的非金屬性很強，但氮氣的氧化性卻不強，是因為氮氣分子中存在鍵能較高的N≡N三鍵的緣故。

氫化物

氮族元素的氫化物為。除了中H的氧化態為+1外，其他的氮族元素氫化物中H的氧化態都為-1（因為P、As的電負性小於H）。

氮族元素氫化物溶於水時常常水合，不僅不像氧族、鹵素一樣形成無氧酸溶液，反而生成弱鹼。但是在液態時由於自偶電離亦可成為酸。

由於存在孤對電子，氮族元素氫化物很容易因為X→H配位鍵形成離子，如銨離子（）、鏻離子（）、鉮離子（）。

學名氨氣，是常見的鹼性氣體，在很多領域都有套用。比如其較高的汽化熱常用於製冷劑，催化氧化反應間接製取硝酸等。

磷化氫又稱:膦; 膦烷;

物理性質: 無色氣體。純時幾乎無味,但工業品有腐魚樣臭味。分子式H3-P。分子量34。相對密度 1.17。熔點 -133℃。沸點 -87.7℃。自燃點 100～150℃。蒸氣壓 20 atm(-3℃)。微溶於水(20℃時,能溶解 0.26 體積磷化氫)。

化學性質: 磷化氫是一個比氨還要弱的多鹼,它與識配的鹵化氫作用可生成鹵化磷,磷化氫是比氨還要強的還原劑,在空氣中容易燃燒,與氧發生爆炸反應.與空氣混合物爆炸下限 1.79%(26 g/m3)空氣中含痕量P2H4可自燃; 濃度達到一定程度時可發生爆炸。能與氧氣、鹵素髮生劇烈化合反應。通過灼熱金屬塊生成磷化物,放出氫氣。還能與銅、銀、金及他們的鹽類反應。 在約357°C下,磷化氫開始分解,生成磷和氫.磷化氫可與氯發生自發反應.

用途:可用於n-型半導體的摻雜劑,加加聚反應的引發劑,縮聚反應的催化劑,也可用於有機合成.

砷化氫

與、類似，砷能生成氫化物，砷化氫或稱為胂，是一種無色、具有大蒜味的劇毒氣體。熔點(156.1K) 沸點(210.5K) 都很低，是共價型分子。

套用:醫學上鑑定砷的“馬氏試砷法”的根據。檢驗方法是用Zn、鹽酸和試樣混在一起，將生成的氣體導入熱玻璃管，若試樣中有砷的化合物存在，就會生成，因生成的在加熱部位分解產生As，As積集而成亮黑色的“砷鏡”（能檢出0.007mgAs）。“砷鏡”如果能用次氯酸鈉溶液洗滌而溶解，則證明是砷:砷鏡溶於NaClO，銻鏡則不溶。

氧化物

氮族元素常見的氧化物有和。

、是酸性氧化物，、是兩性氧化物，是鹼性氧化物。

y氧化二氮俗稱笑氣；NO、是硝酸工業的中間產物，屬於大氣的主要污染物，會導致光化學反應；（其實是）是常用的效率高的酸性乾燥劑；有劇毒，俗稱砒霜。

氫氧化物

硝酸，屬於強酸；磷酸，屬於中強酸；砷酸是兩性氫氧化物，而則是鹼。

硝酸是國民工業“三大強酸”之一，是比較理想的氧化性酸和硝化劑；磷酸是可樂的成分；硝酸鹽是常用氧化劑和氮肥；磷酸鹽是常用磷肥；K[Sb(OH)6]是實驗室中檢驗鈉離子的試劑；亞硝酸鈉在食品工業中作為臘肉、香腸的增色劑，會致癌；高鉍酸鹽是強氧化劑。

有機物

氮和磷都是有機物中的常見原子。

含氮的胺基酸是蛋白質的組成部分，含氮、磷的核苷酸是核酸的組成部分，二者都是生物體所必需的元素，因此農業上常施氮肥和磷肥。

氮族元素其餘相關數據

性質	氮	磷	砷	銻	鉍
元素符號	N	P	As	Sb	Bi
原子序數	7	15	33	51	83
相對原子質量	14.01	30.97	74.92	121.8	220.90
常見氧化態	-3，-2，-1，+1,+2,+3,+4，+5	-3，+1,+3,+5	-3，+3,+5	+3,+5	+3,+5
原子共價半徑/pm	75	110	122	143	152
離子半徑/pm	171	21	222	245
離子半徑/pm			69	92	108
離子半徑/pm	11	34	47	62	74
第一電離能; kJ/mol	1402.3	1011.8	944	831.6	703.3
電負性	3.04	2.19	2.18	2.05	2.02
價電子層構型