Gruppo 15 o gruppo dell’azoto

Il gruppo 15  o gruppo dell’azoto della tavola periodica detto dei pnicogeni è costituito da azoto, fosforo, arsenico, antimonio, bismuto e moscovium.

A quest’ultimo elemento avente numero atomico 115, inserito inizialmente nella tavola periodica con il nome provvisorio di Ununpentium, è stato dato il nome definitivo di moscovium.

Questi elementi appartengono al blocco p è hanno configurazione elettronica esterna ns2, np3.

L’azoto e il fosforo sono non metalli, l’arsenico e l’antimonio sono semimetalli e il bismuto è un metallo.

Questi elementi sono meno reattivi rispetto a quelli del gruppo 16 ovvero del gruppo dell’ossigeno e hanno diversi numero di ossidazione tra cui +3 e +5 che sono tra i più comuni. Possono avere numero di ossidazione -3 sebbene la tendenza ad avere tale numero di ossidazione diminuisce dall’alto verso il basso a causa della minore elettronegatività degli elementi più pesanti rispetto agli omologhi più leggeri.

L’azoto ha una scarsa tendenza a formare legami N-N a causa della repulsione degli elettroni di non legame che avviene quando i raggi atomici sono piccoli e pertanto tende a formare legami multipli. La molecola N2 in cui l’azoto forma un triplo legame è un gas inerte scarsamente reattivo.

Fosforo, arsenico e antimonio tendono invece a formare molecole tetratomiche P4, As4 e Sb4 e sono inoltre presenti in più forme allotropiche.

L’azoto è un elemento essenziale per la crescita e la riproduzione di animali e piante: esso è uno dei costituenti degli amminoacidi che compongono le proteine e degli acidi nucleici deputati alla conservazione e al trasporto dell’informazione genetica e in forma molecolare costituisce circa l’80% dell’aria. L’azoto è presente in molte molecole organiche e inorganiche e va incontro a molte trasformazioni nell’ecosistema passando la una forma all’altra che rientrano nel ciclo dell’azoto.

L’azoto forma con i metalli i nitruri in cui ha numero di ossidazione -3, l’ammoniaca e lo ione ammonio, l’idrazina, una molteplicità di ossidi come N2O, NO2, NO, N2O3, N2O4, N2O5, gli acidi HNO2 e HNO3 e molti sali da essi derivanti tra cui il nitrato di sodio NaNO3 e il nitrato di potassio KNO3. E’ presente in molti composti organici quali ammine, ammidi, immine, immidi, nitrili e sali di diazonio.
Trova largo impiego nella fabbricazione di coloranti, fertilizzanti ed esplosivi.

Il fosforo è un elemento presente in molecole biologiche di importanza strategica per l’uomo; lo si trova sotto forma di fosfato nel DNA, RNA, ATP e fosfolipidi

Forma gli ossidi P4O6 in cui ha numero di ossidazione +3 spesso indicato semplicemente come P2O3 e P4O10 ove ha numero di ossidazione +5. Forma numerosi ossiacidi il più importante dei quali è l’acido fosforico H3PO4. Il fosforo forma due idruri: la fosfina PH3 e la difosfina P2H4 analoghe rispettivamente all’ammoniaca e all’idrazina. Forma inoltre solfuri e alogenuri.

Il fosforo viene utilizzato, nelle sue varie forme, per ottenere fertilizzanti, vetri speciali, in alcune leghe, come addolcente delle acque e nell’industria bellica per la produzione di bombe incendiarie, fumogene e proiettili traccianti.

L’arsenico forma composti analoghi al fosforo sebbene sia meno frequente quando ha numero di ossidazione +5. Come il fosforo forma un idruro AsH3 nota come arsina. L’arsenico viene comunemente usato come dopante di tipo n nei semiconduttori e un suo composto, l’arseniuro di gallio, caratterizzato da elevata mobilità di portatori liberi di cariche, viene usato in dispositivi elettronici ad alta velocità, nelle celle fotovoltaiche d nei dispositivi emettitori di luce.

I composti dell’arsenico come l’arseniato di piombo Pb3(AsO4)2 sono usati come insetticidi o, come nel caso dell’arseniato di calcio Ca3(AsO4)2, come erbicidi.

L’arsenico, la cui tossicità era nota fin dall’antichità, può essere facilmente rilevabile con il saggio di Marsh.

L’arsenico viene inoltre utilizzato nei fuochi pirotecnici sotto forma di disolfuro As2S2 per colorare la fiamma di rosso.

L’antimonio è noto da migliaia di anni e gli antichi Egizi usavano la stibnite costituita da solfuro di antimonio Sb2S3 per uso cosmetico ed in particolare come eyeliner.

L’antimonio è un semimetallo e ha una conducibilità termica ed elettrica minore rispetto a quella dei metalli.

L’antimonio presenta una particolare proprietà tipica dell’acqua che è quella di occupare un volume maggiore allo stato solido rispetto allo stato liquido.

L’antimonio ha come numeri di ossidazione più comuni +3 e +5 sebbene quest’ultimo sia il più stabile. Come gli altri elementi del gruppo forma numerosi ossidi Sb4O6 dove presenta numero di ossidazione +3 e Sb5O10 dove presenta numero di ossidazione +5 e l’idruro di antimonio SbH3 noto con il nome di stibina. Il comportamento semimetallico dell’antimonio può essere evidenziato dal comportamento anfotero di Sb(OH)3  che si comporta da base con l’acido cloridrico secondo la reazione:

Sb(OH)3 + 3 HCl → SbCl3 + 3 H2O

e da acido comportandosi come acido antimonioso H3SbO3 nella reazione con idrossidi alcalini per dare un antimonito secondo la reazione:

H3SbO3 + 3 NaOH → Na3SbO3 + 3 H2O

L’antimonio (III) forma il solfuro Sb2S3 dal tipico colore arancio per reazione dell’acido solfidrico con un sale di antimonio (III) secondo la reazione:

2 Sb3+ + 3 H2S→  Sb2S3 + 3 H2

Questa reazione viene sfruttata nell’ambito dell’analisi chimica qualitativa per la determinazione dell’antimonio che avviene nel secondo gruppo analitico.

L’ossido di antimonio (V) reagisce con soluzioni basiche per formare gli antimoniati secondo la reazione:

Sb2O5 + 6 KOH → 2 K3SbO4 + 3 H2O

L’antimonio è usato nell’industria elettronica per realizzare semiconduttori, rilevatori di infrarosso e diodi. Viene inoltre usato in lega con il piombo o altri metalli per migliorarne la durezza e la resistenza. I composti dell’antimonio vengono usati per realizzare materiali ignifughi, vernici, smalti, vetro e ceramica.

Il bismuto ha come numeri di ossidazione più comuni +3 più stabile e +5.

 L’idruro o bismutina BiH3 è il più instabile della famiglia ed è stato ottenuto solo in tracce. L’unico ossido importante è Bi2O3 che si ottiene per combustione dell’elemento; è una polvere gialla con caratteristiche di ossido basico. Trattando con basi le soluzioni di sali di bismuto precipita l’idrossido Bi(OH)3 solubile in acidi.

I sali come BiCl3, Bi(NO3)3 e Bi2(SO4)3 si idrolizzano in acqua dando luogo alla precipitazione di sali basici contenenti il catione bismutile BiO+ come:

BiCl3 + H2O ⇄ BiOCl + 2 H+ + 2 Cl

I sali basici insolubili si disciolgono in eccesso di acidi. Lo stato di ossidazione V è molto instabile.

Trattando Bi(OH)3 con energici ossidanti
in ambiente alcalino si ottengono i bismutati energici ossidanti in soluzione acida.:

Bi(OH)3 + NaClO + NaOH → NaBiO3 + NaCl + 2 H2O

i quali, trattati con acido nitrico lasciano precipitare l’ossido idrato rosso Bi2O5 ·n H2O il quale perde facilmente ossigeno per ridare il triossido.

Viene usato in prodotti farmaceutici, pigmenti e cosmetici, nelle leghe per saldatura ma viene spesso sostituito al piombo per la sua minore tossicità

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Author: Chimicamo

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