5. glavna skupina

V tej skupini se popolnoma spremenijo lastnosti elementov. Lažja elementa dušik in fosfor imata izrazite nekovinske. Oba tvorita izključno kisle okside. Srednja elementa arzen in antimon sta polkovini in tvorita amfoterne okside, medtem ko je bizmut že kovina, ki tvori bazične okside.

Elementi V. skupine se razlikujejo po številu elektronov v notranjih lupinah. Zaradi tega premer atomov narašča od dušika proti bizmutu.Vzporedno z tem se spremenijo fizikalne in kemijske lastnosti. Dušik je plin, fosfor je trdna nekovina, medtem ko ima bizmut kovinski sijaj. Te lastnosti je možno predvideti iz elektronske zgradbe elementov.

Elektronska konfiguracija elementov V. skupine:

(n - številka periode)

Elektronska konfiguracija izoliranih atomov je n s² np³ s tremi samskimi elektroni v treh

p-orbitalah. Pomembno za vezavo molekule je dejstvo, da so te orbitale pravokotno ena proti drugi v prostoru.

• Kemijska vez elementov V. skupine in način kemijske vezave v V. skupini.

V skladu z elektronsko konfiguracijo imamo na razpolago tri samske elektrone v

p-orbitalah.V primeru stabilne dvoatomske molekule se morajo vezati vsi trije elektroni. Pričakujemo lahko nastanek enega čelnega prekrivanja p-orbital in dveh bočnih prekrivanj.Stabilne dvoatomske molekule s σ in π vezmi v V vertikali ima samo dušikova molekula, pri kateri je možno prekrivanje π orbital,pri ostalih elementi z večjimi atomi pa so možna le σ prekrivanja.

Molekuli dušika ostane na razpolago 6 veznih elektronov vtreh molekulskih veznih orbitalah-dveh π-in eni б-.Energija trojne vezi 9,7 ev (900KJ/mol) je sorazmerno velika in je največja med molekulami elementov prve periode.Zato sodi dušik med najmanj reaktivne snovi.

Ostali elementi imajo dvoatomne molekule le pri visokih temperaturah. Zato obstaja v plinastem stanju pri normalnih pogojih le dušik.Atomi ostalih elementov v skupini so preveliki in ne morejo tvoriti več vezi hkrati,ker odpade bočno prekrivanje orbital.Pojav je podoben kot v primeru elementov fluora in kisika. Oba sta edina v svojih skupinah,kjer lahko pride zaradi majhne velikosti atomov do bočnega prekrivanja p-orbital.Ostali elementi tvorijo molekule in obenem zasitijo vezi tako,da se vežejo v večje prostorske tvorbe.

Fosfor tvori npr.tetraedre ,kar je najenostavnejša oblika molekule,ki izpolnjuje zahtevo po nasičenju vseh treh p-vezi=p-p=.Kot med vezmi v tetraedru, v molekuli p₄ je 60° in ne 90°, kot bi pričakovali v primeru optimalne vezave p-orbital.Posledica tega je slabše prekrivanje p-orbital pri tvorbi molekule in s tem slabša vezivna energija.P₄ molekula ni stabilna, zato so možne različne alotropske modifikacije fosforja, odvisno od pogojev priprave.

Pri tvorbi teh struktur ostane pravilo vezave isto t.j. tri nasičene б-vezi iz treh samskih

p-elektronov.Podobno velja za ostale elemente skupine. Ena izmed modifikacij ima plastovito strukturo,pri kateri se elementi vežejo v med seboj povezane šesterokotnike.Pri tem so prvi sosedje v eni ravnini in preostali atomi v drugi ravnini.Plasti so med seboj povezane s slabkejšimi medmolekulskimi vezmi. Plastovite strukture dajo tudi optimalno vezavo samskih elektronov.Strukture A_S , S_b, in B_i so podobne, le razdalja med plastmi se manjša R₂/R₁ znaša za P-1,3,za A_S-1,25, S_b-1,15 in za B_i-1,14.Pri tem je R₂ razdalja med plastmi in R₁ je dolžina vezi. Pri B_i postaja struktura bolj izotropna, kar je povezano z bolj izraženim kovinskim značajem:

Elementi VI. Skupine z elektronsko konfiguracijo ns²np⁴≡ns²( p_x²p_y¹p_z¹) tvorijo verige, medtem, ko tvorijo elementi V skupine z elektronsko konfiguracijo ns²np³≡ns²(p_x¹p_y¹p_z¹) plasti-valovite plastovite strukture , v katerih so atomi piramidalno koordinirani od sosedov.

Za V skupino so značilne predvsem kovalentne spojine,saj so skoraj na"sredini" periode.Način vezave v tej skupini je pogojen z elektronsko konfiguracijo petih elektronov v najvišjem energijskem nivoju.Elementi V skupine lahko tvorijo spojine, v katerih imajo oksidacijska stanja od -3 do+5.Pri tem je potrebno upoštevati, da bodo spojine s parnim oksidacijskim številom paramagnetne in nestabilne, podobno kot pri halogenih in halkogenih.

a) Za sprejem treh elektronov in nastanek elektronske konfiguracije žlahtnih plinov je potrebna prevelika energija 2093 KJ/mol.Poleg tega je potrebno pretrgati trojno vez.Pri molekuli dušika N₂ je energija vezi 944,7 KJ/mol. Le v ekstrmnih primernih, ko je zaradi nekaterih najbolj elektropozitivnih elementov sproščene dovolj mrežne energije, da nastane ionska zgradba zdušikovimi anioni, priden do nastanka ionske stru kture, kot npr. v Li₃N.

To je tudi edini znani primer nastanka spojine iz molekulskega dušika pri sobni temperaturi.Natrijev nitrid Na₃N in magnezijev nitrid Mg₃N₂ nastaneta pri višji temperaturah. Nastanek fosfidnega iona iz elementarnega fosforja je energijsko bolj ugoden, za nastanek je potrebno le 1460 KJ/mol.V tem primeru je sproščena energija manjša.Znano je sorazmerno malo ionskih fosfidov, npr. Na₃P, Mg₃P, Ca₃P.

Anione tvorita le dušik in fosfor, katione pa tvorita antimon in bizmut.Prav tako je nastanek kationov z odvzemom treh elektronov energijsko neugoden proces. Ionizacijska energija za tri elektrone znaša v primeru dušika 8450 kJ/mol, za fosfor pa 5830 kJ/mol. Taka energija močno presega vse možne vire iz kemijskih reakcij in mrežnih energij oziroma solvatacijske energije v primeru raztopin. Znani so le nekateri kationi Sb in Bi.

Elementi 5.skupine imajo po tri samske elektrone in lahko tvorijo po tri kovalentne vezi (npr. XH₃, XCl₃, XR₃; R - organski radikal). Molekule so piramidalne, valenčni kot pa se zmanjšuje z vrstnim številom. Z manjšanjem kota pa se povečuje internost neveznega elektronskega para, s tem pa se spremenijo nekatere kemijske lastnosti. Tipičen primer so hidrihi elementov 5.skupine; NH₃ (106°), ki je močna baza in ima vodikovo vez, medtem ko PH₃ (93°), SbH₃ (92°), AsH₃ (91°) nimajo bazičnih lastnosti.

Elementi 5.skupine lahko tvorijo več kovalentnih vezi. Ker je N druge periode in ne more uporabiti za vezavo d-orbitale, je njegovo max. število kovalentnih vezi 4.