[科普中國(guó)]-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(zhì)和化合物和我們息息相關(guān)。

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），位于碳族和氧族之間。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(zhǔn)金屬；銻，鉍是金屬。1

氮族元素的發(fā)現(xiàn)和存在氮?dú)獾陌l(fā)現(xiàn)是在研究空氣的組成過(guò)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(shí)，許多其他的化學(xué)家用不同的方法得到了氮?dú)?。絕大部分氮以單質(zhì)的形式存在，少量的氮以銨鹽，硝酸鹽的形式存在于土壤中。

17世紀(jì)，德國(guó)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(fā)光的物質(zhì)。這就是磷。自然界不存在單質(zhì)磷，總是以磷酸鹽的形式存在。

砷和銻都是中國(guó)古代書(shū)籍就有記載的元素。曾經(jīng)，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(xué)家弗拉明證明是一種元素。銻主要以硫化物礦的形式存在。1

氮族元素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氮族元素的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)是 ,它們的p軌道都是半充滿狀態(tài)，因而與同周期的前后元素相比，有較高的電離能。由于惰性電子效應(yīng)，氮族元素從上到下氧化數(shù)為3的化合物穩(wěn)定性逐漸增加。氮族的最根本的特征是其中所有元素的原子最外層都有5個(gè)電子——s亞層的2個(gè)電子和p亞層的3個(gè)未成對(duì)電子，因此它們?cè)谠討B(tài)時(shí)仍需3個(gè)電子才能充滿其最外層。

氮族元素的常見(jiàn)氧化態(tài)有：-3、+3和+5。除此之外，磷還有-2和+1的氧化態(tài)，而氮的氧化態(tài)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(shù)是4，其他元素最高的配位數(shù)是6。1

氮族元素重要的單質(zhì)和化合物單質(zhì)氮的單質(zhì)是氮?dú)猓椎某Ｒ?jiàn)單質(zhì)有白磷和紅磷。

氮?dú)獬叵率菤怏w，其余元素單質(zhì)是固體。氮?dú)馐强諝獾闹匾M成部分，體積分?jǐn)?shù)約為79%；白磷在空氣中會(huì)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(qiáng)，但氮?dú)獾难趸詤s不強(qiáng)，是因?yàn)榈獨(dú)夥肿又写嬖阪I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(tài)為+1外，其他的氮族元素氫化物中H的氧化態(tài)都為-1（因?yàn)镻、As的電負(fù)性小于H）。

氮族元素氫化物溶于水時(shí)常常水合，不僅不像氧族、鹵素一樣形成無(wú)氧酸溶液，反而生成弱堿。但是在液態(tài)時(shí)由于自偶電離亦可成為酸。

由于存在孤對(duì)電子，氮族元素氫化物很容易因?yàn)閄→H配位鍵形成離子，如銨離子（）、鏻離子（）、鉮離子（）。

學(xué)名氨氣，是常見(jiàn)的堿性氣體，在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用。比如其較高的汽化熱常用于制冷劑，催化氧化反應(yīng)間接制取硝酸等。

磷化氫又稱(chēng):膦; 膦烷;

物理性質(zhì): 無(wú)色氣體。純時(shí)幾乎無(wú)味,但工業(yè)品有腐魚(yú)樣臭味。分子式H3-P。分子量34。相對(duì)密度 1.17。熔點(diǎn) -133℃。沸點(diǎn) -87.7℃。自燃點(diǎn) 100～150℃。蒸氣壓 20 atm(-3℃)。微溶于水(20℃時(shí),能溶解 0.26 體積磷化氫)。

化學(xué)性質(zhì): 磷化氫是一個(gè)比氨還要弱的多堿,它與識(shí)配的鹵化氫作用可生成鹵化磷,磷化氫是比氨還要強(qiáng)的還原劑,在空氣中容易燃燒,與氧發(fā)生爆炸反應(yīng).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(dá)到一定程度時(shí)可發(fā)生爆炸。能與氧氣、鹵素發(fā)生劇烈化合反應(yīng)。通過(guò)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(lèi)反應(yīng)。 在約357°C下,磷化氫開(kāi)始分解,生成磷和氫.磷化氫可與氯發(fā)生自發(fā)反應(yīng).

用途:可用于n-型半導(dǎo)體的摻雜劑,加加聚反應(yīng)的引發(fā)劑,縮聚反應(yīng)的催化劑,也可用于有機(jī)合成.

砷化氫

與、類(lèi)似，砷能生成氫化物，砷化氫或稱(chēng)為胂，是一種無(wú)色、具有大蒜味的劇毒氣體。熔點(diǎn)(156.1K) 沸點(diǎn)(210.5K) 都很低，是共價(jià)型分子。

應(yīng)用:醫(yī)學(xué)上鑒定砷的“馬氏試砷法”的根據(jù)。檢驗(yàn)方法是用Zn、鹽酸和試樣混在一起，將生成的氣體導(dǎo)入熱玻璃管，若試樣中有砷的化合物存在，就會(huì)生成，因生成的在加熱部位分解產(chǎn)生As，As積集而成亮黑色的“砷鏡”（能檢出0.007mgAs）?！吧殓R”如果能用次氯酸鈉溶液洗滌而溶解，則證明是砷:砷鏡溶于NaClO，銻鏡則不溶。

氧化物氮族元素常見(jiàn)的氧化物有和。

、是酸性氧化物，、是兩性氧化物，是堿性氧化物。

y氧化二氮俗稱(chēng)笑氣；NO、是硝酸工業(yè)的中間產(chǎn)物，屬于大氣的主要污染物，會(huì)導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)；（其實(shí)是）是常用的效率高的酸性干燥劑；有劇毒，俗稱(chēng)砒霜。

氫氧化物硝酸，屬于強(qiáng)酸；磷酸，屬于中強(qiáng)酸；砷酸是兩性氫氧化物，而則是堿。

硝酸是國(guó)民工業(yè)“三大強(qiáng)酸”之一，是比較理想的氧化性酸和硝化劑；磷酸是可樂(lè)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(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)鈉離子的試劑；亞硝酸鈉在食品工業(yè)中作為臘肉、香腸的增色劑，會(huì)致癌；高鉍酸鹽是強(qiáng)氧化劑。

有機(jī)物氮和磷都是有機(jī)物中的常見(jiàn)原子。

含氮的氨基酸是蛋白質(zhì)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(nóng)業(yè)上常施氮肥和磷肥。12

氮族元素其余相關(guān)數(shù)據(jù)

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本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大學(xué)