主族元素

VA族: 氮族元素 (V 主族元素 )
這族含有五個元素, 氮(N)為氣態非金屬, 磷(P)和砷(As)為非金屬元素, 銻(Sb)和鉍(Bi)為金屬元素。其中氮和磷是典型非屬, 砷為非金屬元素(Semi-metallic element), 本族有銻(Sb)和鉍(Bi)兩個金屬元素。

       氮在電場激發時的輝光放電, NGE-29(A)

VA族元素的保存: 本族元素(除白磷外)在空氣中很穩定, 採取一般的方法便可長期收藏, 氣體收集方法可參閱氣體元素的收集段落。白磷(黃磷)有毒, 於空氣中會自燃, 產生鮮魚腥味的白色濃煙, 應儲存於水中; 砷化合物呈劇毒性, 灼熱砷時產生大蒜味的白色濃煙,其主要成分為砒霜(三氧化二砷, As2O3)。


砷的同素異形體: a.灰砷(α-砷, As4:三方晶系) b.黑砷(非結晶體)


磷與鬼火

      
(左起一): 黃磷在空氣中因氧化而生成氧化物煙霧 (): 在空氣中猛烈燃燒  (): 靜置在空氣中的磷 ()高感光鏡頭拍攝在黑暗中發出微弱冷光的磷

白磷 (黃磷)為黃白色蠟狀回體, 分子式一般認為是 P4 (砷的分子式為 As4), 有類似臭氧般的特殊腥臭味, 左圖: 在空氣中迅速氧化產生五氧化二磷 (P2O5) 的白色煙塵, 右圖:  當氣溫稍微提升, 磷在空氣自發性猛烈燃燒, 暴露於空氣中的磷在黑暗中發出很微弱的黃綠色光芒, 當它和濃熱的氫氧化鈉溶液作用時產生磷化氫(PH3), 以導氣管將之注入水中再讓它擴散至空氣時, 由於氧化作用, 反應器置於黑暗處時可以看到綠色光環不斷在排氣口出現 同樣地, 當動物死亡後, 屍體在荒野中腐化, 機體中的磷脂(有機磷化合物)分解亦會產生磷化氫, 當它和空間氣中的氧作用, 會產生綠幽幽的微弱冷光, 人稱之為鬼火

元素: 

氮  N   P 砷  As 銻   Sb 鉍  Bi
拉丁文學名: Nitrogenium Phosphorum Arsenium Stibium Bismuthum
命名辭源(含意): nitro genes (硝石生成者) phosphoros (發光物) arsenikon (雄黃) anti+monos (反僧侶) bismuthum (白色物質)
發現者(國家), 年代: Rutherford (), 1772 Brandt (), 1669 Magnus(1193-1280) 史前  十五世紀
原子序數:  7 15 33 51 83
原子量: 14.0067 30.97376 74.9216 121.75 208.9804
熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): 63.29 317.3 (白);  683 (赤) 1090  903.89 544.6
沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): 77.4 553 889 1908 1833 +/-  5
密度(克/厘米3):   1.2506 1.820(白);  2.20(赤) 5.780 (293K) 6.691 (293K) 9.747 (293K)
主要光譜線波長(nm): 391.44 253.565  193.70 217.59 223.06
己知同位素數目(個):  8 7 14 29 19
同位素質量範圍: 12 - 18 28 -  34 69 - 81 112 - 133 199 - 215
地表中豐度(ppm): 780900 1120 1.8 0.2 0.008
海水中豐度(ppm): 19 0.07 0.003 0.0005 0.0002
生物學上的角色:  生命基本元素 生命基本元素 痕量元素 (過量:劇毒) 有毒元素
館 藏 概 要
樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) 1. 高純氣體  99.99%以上, 熔封於玻璃瓶, 容積2cc

2..無極放電管, N2  99.9993%

白磷:新鮮時白色至淺黃色透明至半透明固體,久置後呈黃至橙色不透明蜡狀固體
赤磷: 粉未
紫磷: 99.9%
黑磷(金屬磷): 99.999%
多次昇華提純 塊狀 高純金屬(E.Merck. 1850),塊狀(無砷元素的高純樣本)
首次收集的日期: 28/06/1986 無紀錄可考 4~15/03/1987 27/06/1986 22/03/1987
館藏編號: NGE-29 NGE-13 NGE-36 NGE-23 NGE-37

 

化合物

氮族元素的外層電子構型為 ns2np3, 這族元素與其他元素結合時有很強共價性, 氧化態為 +5, +3或 -3價, 隨著原子序的増加, 金屬性増強, 元素形成 -3 價的可能勻遞減

它們的化合物一般呈白色, 水溶液為無色的, 銻和鉍的酸溶性鹽類在水中發生水解而出現白色沉積物

                     

N -III   (N3-)       : 疊氮化鈉 ( NaN3 )
N III    (NO2-)    : 亞硝酸鉀 ( KNO2 )
N VI    (NO3-)    : 硝酸鈉 ( NaNO3 )
P V                     : 五氧化二磷 ( P2O5 )
As III                 : 三氧化二砷(砒霜) ( As2O3 )
Sb III  (Sb+3)     :化銻 ( SbCl3 )
Bi III   (Bi+3)      : 硝酸鉍 [ Bi(NO3)3 ]

本族的其他化合物

二氧化氮 (NO2 / N2O4) 紅棕色有刺激性氣體(見上左圖), 有毒, 與有機物接觸時可引起硝化現象而變黃, 相對密度: 1.4494, 熔點: -11.20 oC, 沸點:  21.2 oC, 低於 0 oC時締結為四氧化二氮無色氣體(見上右圖)。超過150 oC時分解, 溶於水, 這種氣體可由濃硝酸與銅在常溫下作用而得。


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