Цель работы: изучение химических свойств элементов - азота, фосфора, кислорода и серы.

Азот и фосфор являются элементами VA группы периодической системы. На внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов находится пять электронов – s2p2, из них три неспаренных р - электрона. Поэтому в нормальном состоянии они проявляют валентность равную трем. Атомы азота при переходе в возбужденное состояние могут увеличивать число неспаренных электронов до четырех. В этом случае за счет потери одного электрона образуется электронная конфигурация – s1p3. При возбуждении атомов фосфора увеличение числа непарных электронов происходит за счет использования d - подуровня с образованием электронной конфигурации s1p3d1, поэтому фосфор, в отличие от азота, может проявлять валентность, равную пяти.

Характерные степени окисления азота: -3 (аммиак NН3 и соли аммония, амид натрия NaNH2); -2 (гидразин N2Н4, гидразин-гидрат N2Н4*Н2О); +1[оксид азота (I) N2O]; +2 [оксид азота (II) NO,] +3 (соли азотистой кислоты HNO2, особенно NaNO2); +4 [оксид азота(IV) NO2 диоксид]; +5 (азотная кислота НNО3 и ее соли, особенно NаNО3, KNO3, NН4NО3).

Характерные степени окисления фосфора: -3 (фосфин РН3), +1 (гипофосфит натрия NaH2PO2); +3 (трихлорид фосфора РС13, фосфористая кислота Н3РО3); +5 [оксид фосфора (V) P2O5 или фосфорный ангидрид, фосфорная кислота Н3РO4 и ее соли, особенно NaH2PO4, Na2HPO4*l2H2O, Nа3РO4*12Н2О, Са3(РO4)2. Са(Н2РO4)2, СаНРO4, соли пирофосфорных кислот nР2O5*mН2O - полифосфаты, пентахлорид фосфора PCl5, оксохлорид фосфора или хлороокись фосфора РОС13J.

Размеры атомов азота и фосфора меньше, а энергия ионизации этих элементов больше, чем углерода и кремния. В связи с этим азот и фосфор не теряет электроны при химических реакциях и не превращается в элементарные катионы.

Таким образом, азот и фосфор являются неметаллами, причем неметаллические свойства у них выражены сильнее чем у углерода и кремния.

С водородом азот и фосфор образуют летучие соединения с общей формулой ЭН3: NН3 - аммиак, РН3 - фосфин.

Азот и фосфор образуют с металлами химические соединения, в которых они играют роль электроотрицательных элементов. Эти соединения получили названия нитридов и фосфидов. По типу химической связи между металлами и азотом или фосфором нитриды и фосфиды могут быть разделены на три группы:

а.) солеподобные или ионные,

б) ковалентные,

в) металлоподобные.

К ионным нитридам и фосфидам относятся соединения азота или фосфора с металлами IВ и IIВ групп периодической системы, например,

нитриды – Li3N, Nа3N, Mg3N2, Сu3N, Zn3N2;

фосфиды – Li3P, Сu3Р, Мg3P2, Zn3P2, Сd3Р2.

К ковалентным нитридам и фосфидам относятся соединения азота или фосфора с элементами IIIА и IVA групп периодической системы. Например,

нитриды - ВN, A1N, Si3N4.

фосфиды - ВР, AlP, GaP, ZnP.

К металлоподобным нитридам и фосфидам относятся соединения азота и фосфора с металлами. IIIВ - VIIIB групп периодической системы, лантаноидами, актиноидами, т.е. с металлами, атомы которых имеют недостроенные внутренние d- и f- подуровни, например:

нитриды - TiN, Cr2N, СrN, Мn3N2, ZnN;

фосфиды – Тi3Р, TiP, Сr3Р, СrР.

Металлоподобные нитриды  и фосфиды тугоплавки, обладают высокой твердостью, жаростойкостью, химической стойкостью и металлической электропроводностью.

С кислородом азот образует ряд оксидов: N2O, NО, N2О3, NO2, N2O4, N2О5. Все оксиды азота химически активны. Из них оксид азота (II) обладает ярко выраженными восстановительными свойствами. Все же остальные оксиды азота проявляют преимущественно свойства окислителей.

Фосфор образует с кислородом несколько оксидов, но наиболее важное значение имеют два – Р2О3, P2O5.

Высшие оксиды азота, начиная с N2О3, являются кислотными и, соединяясь с водой, образуют кислоты – HNO2, HNO3.

Оксиды фосфора Р2О3 и P2O5 также проявляют кислотные свойства. Они соединяются с водой и образуют кислоты Н3РО3 (фосфористая кислота), НРО3 (фосфорная метакислота), Н3РO4 (фосфорная ортокислота) и H4P2O7 (двуфосфорная кислота).

Группа VIA составляют 0, S, Se, Те и Ро. На внешнем энергетическом уровне атомов этих элементов находится шесть электронов s2p4. Из них непарных только два р - электрона, что и объясняет их окислительное число -2 в нормальном состоянии.

Все элементы этой подгруппы являются неметаллами. Соединения серы, селена и теллура с кислородом образованы ковалентными связями.

Кислород и сера образуют соединения, в которых атомы кислорода Или серы связаны между собой, - это пероксиды -О-О- с окислительным числом кислорода -1, надпероксиды O2 с окислительным числом кислорода 1/2, озониды О3 с окислительным числом 1/3.

С кислородом сера, селен и теллур образуют два ряда соединений типа ЭО2 с окислительным числом +4 и ЭО3 с окислительным числом +6. SO2. SeO2, TeO2 проявляют кислотные свойства. Соответствующие им кислоты Н2SО3 и H2SeO3 непрочны, кислота же Н2ТеО3 не выделена и известна только в виде своих солей.

Кроме H2S, H2SO3, H2SO4 сера образует несколько кислот, из которых неустойчивая тиосерная Н2S2О3 и сильные окислители - двусерную H2S2O7 и пероксодвуоерную (надсерную) H2S2O8.

Характерные степени окисления серы -2 (H2S и сульфиды, тиосульфат натрия Na2S2O3*5H2O в этом соединении один атом серы имеет степень окисления -2, а другой +6; +4 (SO2, соли H2SO3 - сульфиты, особенно Nа2SО3); +6 [серная кислота H2SO4 и сульфаты, двусерная кислота H2S2O7, пероксодвусерная H2S2O6, пероксодисульфаты Na2S2O6 и (NН4)2S2O8].

Экспериментальная часть.

• Восстановительные свойства аммиака.
• Окислительные свойства азотной кислоты.
• Реакция обнаружения иона аммония в растворе.
• Окислительные и восстановительные свойства сернистой кислоты.
• Взаимодействие серной кислоты с металлами.
• Окислительные и восстановительные свойства пероксида водорода.
• Контрольные вопросы и задачи.