15. skupina – Web o chemii, elektronice a programování

Obsah

15. skupina (pniktogeny) periodického systému prvků obsahuje celkem šest prvků: dusík, fosfor, arsen, antimon, bismut a moskovium. Starší označení této skupiny je pentely. Všechny prvky mají ve valenční slupce pět elektronů (ns² np³), patří do p-bloku PSP.

15. skupina periodické soustavy prvků (pniktogeny) zahrnuje dusík, fosfor, arsen, antimon, bismut a umělý prvek moskovium. Její prvky mají pět valenčních elektronů, a proto vykazují podobné chemické vlastnosti. Směrem dolů ve skupině roste kovový charakter od nekovového dusíku a fosforu až po kovový bismut. Prvky 15. skupiny jsou důležité v biologii, průmyslu i moderních technologiích.

Ilustrační obrázek vygenerovaný pomocí AI

Dusík je hlavní složkou zemské atmosféry (78 % objemu), avšak v zemské kůře se vyskytuje pouze v relativně malém množství (cca 25 ppm). Obsah fosforu v zemské kůře je podstatně vyšší. Jeho koncentrace v půdě je přibližně 0,1 % a v mořské vodě 15 až 60 ppb. Arsenu je v zemské kůře asi 1,5 ppm, antimonu pouze 0,2 ppm a bismutu ještě méně, okolo 48 ppb.

Moscovium je uměle připravený supertěžký prvek s velmi krátkým poločasem rozpadu. Jeho chemické vlastnosti byly studovány pouze omezeně a řada údajů je zatím založena na teoretických výpočtech.

Dusík se získává převážně frakční destilací kapalného vzduchu, fosfor redukcí fosforečnanů uhlíkem. Arsen se často získává jako vedlejší produkt při zpracování rud mědi, olova nebo zlata. Antimon se získává redukcí jeho rud, bismut se získává jako vedlejší produkt při zpracování rud olova nebo wolframu.

Prvek	El. konfigurace	Rel. at. hmotnost	Elektronegativita	T. tání [°C]	T. varu [°C]
Dusík	2s² 2p³	14,007	3,04	−210	−195,8
Fosfor	3s² 3p³	30,974	2,19	44,15 (bílý fosfor)	276,85
Arsen	3d¹⁰ 4s² 4p³	74,922	2,18	614	817 (subl.)
Antimon	4d¹⁰ 5s² 5p³	121,760	2,05	630,63	1635
Bismut	4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³	208,980	2,02	271,5	1564
Moskovium	5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p³	290

Trendy ve skupině

Atomový poloměr roste společně s protonovým číslem, elektronegativita ve skupině klesá.

Kovový charakter

Kovový charakter prvku postupně narůstá:

dusík a fosfor jsou nekovy
arsen a antimon jsou polokovy
bismut je typický kov

Oxidační čísla

Typická oxidační čísla pro tuto skupinu jsou -III, +III a +V.

U bismutu se projevuje vliv inertního elektronového páru, díky čemuž je nejstabilnějším oxidačním stavem +III. Bismutičné sloučeniny jsou nestabilní, mají tendenci se redukovat na bismutité.

Toxicita

Arsen je vysoce toxický, sloučeniny antimonu jsou rovněž značně toxické, zatímco bismut patří mezi nejméně toxické těžké kovy.

Využití

Prvky 15. skupiny nacházejí významné uplatnění v biologii, průmyslu i moderních technologiích. Dusík je nezbytný pro život a využívá se při výrobě amoniaku, hnojiv a také jako ochranná atmosféra. Fosfor je důležitou součástí hnojiv, zápalek a chemického průmyslu. Arsen se používá při výrobě některých polovodičů, antimon ve slitinách, akumulátorech a retardérech hoření. Bismut nachází uplatnění ve farmaceutickém průmyslu a při výrobě nízkotavitelných slitin. Moskovium je syntetický prvek bez praktického využití a slouží především k vědeckému výzkumu.

Biologický význam

Dusík a fosfor patří mezi biogenní prvky, dusík je součástí např. aminokyselin, bílkovin a nukleových kyselin. Fosfor je součástí DNA, ATP a kostní tkáně, kde se vyskytuje převážně ve formě apatitu.

Arsen, antimon a bismut nejsou považovány za běžné biogenní prvky. Arsen se však může ve stopových množstvích vyskytovat v některých organismech.