Grupo V-a Tabla Periodica 1t1x6y

3.2.3. Familia o grupo del nitrógeno. Grupo 5A

El grupo VA (actualmente 15) recibe también el nombre de grupo del nitrógeno por ser éste el primer elemento de la lista. Tienen 5 electrones en el último nivel, con la configuración electrónica externa ns2np3. Los dos primeros elementos del grupo, el nitrógeno y el fósforo son no metales, el arsénico y antimonio metaloides y el bismuto metal, es decir que se produce una variación gradual de las propiedades a medida que se avanza en el grupo.

3.2.3.1. Estado natural Nitrógeno, de símbolo N, es un elemento gaseoso que compone la mayor parte de la atmósfera terrestre. El nitrógeno se encuentra únicamente en estado libre en el aire, en una proporción de 78% en volumen. En estado combinado se encuentra principalmente formando compuestos nitrogenados, sobre todo nitrato de sodio. El nitrógeno esta presente en todos los organismos vivos, en las proteínas y en los ácidos nucleicos.

Fosforo, de símbolo P, es un elemento que no se encuentra nunca en estado libre, ya que es muy activo, pero combinado constituye una proporción considerable de la corteza terrestre. El fósforo se presenta en tres formas alotrópicas diferentes: fósforo ordinario (o blanco), fósforo rojo y fósforo negro. De los tres, solamente el blanco y el rojo tienen importancia a nivel comercial.

Arsénico, Es un elemento semimetálico extremadamente venenoso, se encuentra en estado solido a 20 °C. El elemento puro se encuentra en la naturaleza ocasionalmente. El arsénico sustituye con frecuencia a algún azufre en los sulfuros, que son las menas principales de muchos de los metales pesados.

Antimonio, El antimonio presenta por lo general las propiedades de un metal, aunque a veces se comporta como un no metal. Existe en distintas formas físicas, pero normalmente tiene apariencia metálica. Existe ocasionalmente como elemento libre, normalmente asociado a la plata, el arsénico o el bismuto. Cristaliza en el sistema hexagonal pero los cristales son bastante raros de encontrar.

Bismuto, El estado del Bismuto en su forma natural es solido. Es un elemento químico de aspecto rojo, blanco brillante y pertenece al grupo de los metales del bloque “p”

3.2.3.2. Características estructurales físicas y químicas. El nitrógeno es un gas no tóxico, incoloro, inodoro e insípido. Puede condensarse en forma de un líquido incoloro que, a su vez, puede comprimirse como un sólido cristalino e incoloro. El nitrógeno aparece en dos formas isotópicas naturales; artificialmente se han obtenido cuatro isótopos radiactivos. Tiene un punto de fusión de -210,01 °C, un punto de ebullición de -195,79 °C y una densidad de 1,251 g/l a 0 °C y 1 atmósfera de presión. Su masa atómica es 14,007. El fosforo ordinario recién preparado es blanco, volviéndose amarillo pálido al exponerse a la luz del sol. Es un sólido ceroso, cristalino y resulta fuertemente venenoso. A una temperatura de 34 °C arde en el aire espontáneamente y debe almacenarse bajo agua Es muy soluble en disulfuro de carbono. El fósforo blanco tiene un punto de fusión de 44,1 °C y un punto de ebullición de 280 °C. Al calentarse en ausencia de aire a una temperatura entre 230 y 300 °C se transforma en fósforo rojo, un polvo microcristalino no venenoso. Se sublima a 416 °C y tiene una densidad relativa de 2,34 g/cm3. El fósforo negro se obtiene calentando fósforo blanco a 200 °C y bajo presión. Tiene una densidad relativa de 2,69 g/cm3 El Arsénico químicamente se encuentra entre los metales y los no metales. Ocupa el lugar 52 en abundancia entre los elementos naturales de la corteza terrestre. Cuando se calienta, se sublima, pasando directamente de sólido a gas a 613 °C. Una de las formas más comunes del arsénico es gris, de apariencia metálica y tiene una densidad relativa de 5,7g/cm3. Existe también una forma amarilla no metálica con una densidad relativa de g/cm3. Una tercera forma alotrópica, el arsénico negro de estructura hexagonal y densidad 4.7 g/cm3. La masa atómica del arsénico es 74,92. Todas las formas alotrópicas excepto la gris carecen de lustre metálico y tienen muy baja conductividad eléctrica por lo que el elemento se comportara como metal o no metal.

El antimonio es un elemento semimetálico, blanco-azulado y frágil. Ocupa el lugar 64 en abundancia entre los elementos naturales de la corteza terrestre. La masa atómica del antimonio es 121.75; tiene un punto de fusión de unos 630 °C, un punto de ebullición de unos 1.750 °C, y una densidad relativa de 6,7 g/cm3. Existe ocasionalmente como elemento libre, normalmente asociado a la plata, el arsénico o el bismuto. Bismuto es un elemento metálico escaso, de color rosáceo. Su número atómico es 83. Es un mal conductor del calor y la electricidad, y puede incrementarse su resistencia eléctrica en un campo magnético. Entre los elementos no radiactivos, el bismuto tiene el número atómico y la masa atómica (208,98) más altos. Tiene un punto de fusión de 271 °C, un punto de ebullición de 1.560 °C y una densidad relativa de 9,8 g/cm3

3.2.3.3. Reactividad química El nitrógeno elemental tiene una reactividad baja hacia la mayor parte de las sustancias comunes, a temperaturas ordinarias. A altas temperaturas, reacciona con cromo, silicio, titanio, aluminio, boro, berilio, magnesio, bario, estroncio, calcio y litio para formar nitruros; con O2, para formar NO, y en presencia de un catalizador, con hidrógeno a temperaturas y presión bastante altas, para formar amoniaco. El fosforo La reactividad de este alótropo del fósforo es intermedia entre las otras dos formas alotrópicas. La gran diferencia de reactividad del fósforo blando y la del rojo, hace que sea interesante observar el valor del ΔHº para la conversión del fósforo rojo en blanco, siendo ésta de tan sólo 17.6 KJ.mol^-1. De manera contraria al fósforo blanco, el rojo no es nada soluble en disulfuro de carbono y tampoco es tóxico. Hay también unos cuantos compuestos con cinco o seis átomos unidos al fósforo; son muy reactivos y tienden a ser inestables. La mayor parte de estas estructuras químicas incluye tres o cuatro átomos enlazados al fósforo, pero existen también estructuras con dos, cinco o seis átomos unidos a cada átomo de fósforo.

Arsénico: Por calentamiento intenso se producen humos tóxicos. Reacciona violentamente con oxidantes fuertes y halógenos, originando peligro de incendio y explosión. Reacciona con ácido nítrico, ácido sulfúrico caliente. En o con ácidos o sustancias ácidas y ciertos metales (p.ej. galvanizados, metales ligeros) se forma gas tóxico de arsina.

Antimonio: Por combustión, formación de humos tóxicos (óxidos de antimonio). Reacciona violentamente con oxidantes fuertes (ej.: halógenos, permanganatos alcalinos y nitratos) originando riesgo de incendio y explosión. Reacciona en medio ácido con hidrógeno naciente produciendo un gas muy tóxico (estibamina). En o con ácidos concentrados en caliente, emite gases tóxicos (estibamina).

Bismuto: No se altera en el aire frío, pero a alta temperatura reacciona formando trióxido de bismuto. Reacciona fácilmente con el ácido nítrico y se ataca muy lentamente con los ácidos clorihídrico y sulfúrico con el que produce SO2.

3.2.3.4. ENERGÍA DEL NITROGENO

1.ª Energía de ionización

1402,3 kJ/mol

2.ª Energía de ionización

2856 kJ/mol

3.ª Energía de ionización

4578,1 kJ/mol

4.ª Energía de ionización

7475 kJ/mol

5.ª Energía de ionización

9444,9 kJ/mol

6.ª Energía de ionización

53266,6 kJ/mol

7.ª Energía de ionización

64360 kJ/mol

3.2.3.5. Tendencia metálica, no metálica y metaloide. Debido a las diferentes tendencias, se presenta una variación en las propiedades dentro del grupo: Nitrógeno (N): No metal. Fosforo (P): No metal Arsénico (As): Metaloide

Antimonio (Sb): Metaloide Bismuto (Bi): Metal

3.2.3.6 Formación de oxiácidos y aniones complejos del fósforo El fosforo existe como molécula de P4. Forma dos óxidos sólidos de formulas P4O6 y P4O10. El oxiácido mas importante H3PO4 se forma cuando el siguiente oxido reacciona con H2O: P4O10(s) + 6H2O(l)

4H3PO4(ac)

La mayoría de los compuestos del fósforo son trivalentes y pentavalentes. El óxido de fósforo (V), un sólido amorfo, blanco y delicuescente, sublima a 250 °C. Reacciona con agua formando ácido fosfórico y se utiliza como agente desecante. Aniones del fósforo: Fosfato (PO4 )3-

Dihidrógeno fosfato (H2PO4)1Hidrógeno fosfato (HPO4)2-

3.2.3.7. Obtención de: nitrógeno y fosforo. El nitrógeno se obtiene industrialmente por la destilación fraccionada del aire líquido. Puesto que el punto de ebullición del nitrógeno es inferior al del oxígeno, al calentar el aire líquido se destila primero el nitrógeno, mientras que el oxígeno permanece en estado liquido en el destilador. Se obtiene un nitrógeno de elevada pureza calentando una mezcla de nitrito de sodio y cloruro de amonio: NaNO2 + NH4Cl

NaCl + 2H2O + N2

El fosfato cálcico, a altas temperaturas, reacciona con la sílice en un horno eléctrico, produciéndose silicato cálcico y anhídrido fosfórico. El anhídrido fosfórico al reaccionar con el coque se reduce y se forma oxido de carbono y vapores de fosforo. Esta mezcla de introduce en condensadores de agua, en los que se deposita el fosforo en estado solido. Esta condensación no sirve únicamente para separar el fosforo del oxido de carbono, sino también que el aire lo vuelva a oxidar: Ca3 (PO4)2 + SiO2 + 5 C

3 CaSiO3 + 5 CO + P2

•Acido nítrico El acido nítrico es uno de los ácidos inorgánicos mas importantes. Se utiliza en la producción de fertilizantes, colorantes, fármacos y explosivos. El método industrial mas importante para la producción del acido nítrico es el proceso ostwald. Las materias primas, amoniaco y oxigeno molecular, se calientan en presencia de un catalizador de platino-rodio aproximadamente a 800°C: 4NH3(g) + 5 O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) El oxido nítrico formado se oxida rápidamente (sin catálisis) en dióxido de nitrógeno: 2NO(g) + O2(G) 2NO2(g) Cuando se disuelve en agua , el NO2 forma tanto acido nitroso como acido nítrico: 2NO2(g) + H2O(l) HNO2(ac) + HNO3(ac) Por calentamiento, el acido nitroso se convierte en acido nítrico como sigue: 3HNO2(ac) HNO3(ac) + H2O(l) + 2NO (g) El NO generado puede recircularse para producir el NO2, del segundo paso.

En el estado de oxidación +5 el fosforo, en presencia de catalizadores y de vapor de agua, se oxida formando anhídrido fosfórico o pentóxido d e fósforo (P2O5). El ácido fosfórico (H3PO4) se obtiene a partir del anhídrido fosfórico en ebullición. Es un triácido y reemplazando uno, dos o tres de sus hidrógenos por metales, dará lugar a tres clases de sales, que reciben el nombre genérico de fosfatos. En general todos los fosfatos son fundamentales para la industria. La mayor parte se utiliza en la fabricación de fertilizantes, un alto porcentaje en la de detergentes, en la preparación de piensos, fármacos, para ablandamiento de aguas, etc. Y en la fosfatación. El nitrógeno es un gas diatómico que forma numerosos óxidos, generalmente gaseosos. Puede ganar tres electrones adquiriendo carga -3, formando nitruros iónicos con los metales de los grupos I y II. El fósforo es un molécula tetra-atómica. Forma los óxidos P4O6 y P4O10. El arsénico, antimonio y bismuto tienen estructuras tridimensionales. El bismuto es un metal mucho menos reactivo que los de los grupos anteriores

3.2.3.8. Usos industriales y biológicos Nitrógeno: uno de los compuestos mas importantes del nitrógeno es el amoniaco (NH3). El amoniaco es un gas incoloro, de olor penetrante y que irrita los ojos. Es muy soluble en agua y esta disolución es la que se encuentra habitualmente en el mercado. Posee características básicas. Se licua fácilmente y por ello se emplea como refrigerante. También se emplea como disolvente y como producto de limpieza. Fosforo: se utiliza principalmente en la industria de cerillas que están constituidas por un oxidante, fosforo rojo o sulfuros de fosforo, arena silícea y madera u otro material combustible. El fosforo también es empleado como raticida. El la industria farmacéutica tiene gran utilidad. También se utiliza para la fabricación de bombas y granadas incendiarias. Los compuestos comerciales del fósforo más importantes son el ácido fosfórico y sus sales denominadas fosfatos. La mayor parte de los compuestos del fósforo se utilizan como fertilizantes. También se emplean para aclarar disoluciones azucaradas, así como en pruebas de tejidos de seda y materiales ignífugos, y en aleaciones de fósforo-bronce y fósforo- cobre. El fósforo blanco se usa para preparar raticidas y el fósforo rojo para elaborar fósforos o cerillas.

Arsénico El arsénico se usa en grandes cantidades en la fabricación de vidrio para eliminar el color verde causado por las impurezas de compuestos de hierro. Una carga típica en un horno de vidrio contiene un 0,5 % de trióxido de arsénico. A veces se añade al plomo para endurecerlo, y también se usa en la fabricación de gases venenosos militares como la lewisita y la adamsita. Hasta la introducción de la penicilina, el arsénico era muy importante en el tratamiento de la sífilis. En otros usos médicos ha sido desplazado por las sulfamidas o los antibióticos. Los arseniatos de plomo y calcio se usan frecuentemente como insecticidas. Ciertos compuestos de arsénico, como el arseniuro de galio (GaAs), se utilizan como semiconductores. El GaAs se usa también como láser. El disulfuro de arsénico (As2S2), conocido también como oropimente rojo y rubí arsénico, se usa como pigmento en la fabricación de fuegos artificiales y pinturas.

Antimonio Se usa en la producción de diodos, dispositivos de efecto Hall, semiconductores y detectores infrarrojos. En aleaciones con estaño (en el metal antifricción), en el peltre, metal inglés, etc. Se utiliza también en baterías y acumuladores donde aleado con plomo da resistencia a la corrosión, en cojinetes y rodamientos y en tipos de imprenta Es un componente menor en soldaduras suaves. Los compuestos de antimonio se utilizan en la fabricación de materiales resistentes al fuego, en esmaltes, vidrios, pinturas. El trióxido de antimonio es retardante de llama.El trisulfuro de antimonio se utiliza en la punta de los fósforos de seguridad. El trióxido de antimonio se utiliza como catalizador en la polimerización del plástico (PET). El trióxido también se emplea como pigmento blanco en pinturas exteriores. Es también un estabilizador de color en pinturas. El sulfuro de antimonio fue el principal ingrediente del kohl usado por los egipcios como maquillaje de ojos. Bismuto El principal uso del bismuto está en la manufactura de aleaciones de bajo punto de fusión, que se emplean en partes fundibles de rociadoras automáticas, soldaduras especiales, sellos de seguridad para cilindros de gas comprimido y en apagadores automáticos de calentadores de agua eléctricos y de gas. Algunas aleaciones de bismuto que se expanden al congelarse se utilizan en fundición y tipos metálicos. Otra aplicación importante es la manufactura de compuestos farmacéuticos.

Oxiácidos sencillos Formados por tetraedros aislados de fósforo enlazado a átomos de -O o grupos -OH. Los más importantes y sus correspondientes aniones se resumen en la tabla siguientes: *Acido fosfórico H3PO4 P4O10 + 6 H2O 4 H3PO4 *Ácido fosforoso Se obtiene por hidrolisis de PCl3 o P4O6. PCl3 + 2 H2O 3 HCl + HPO(OH)2 P4O6 + 6 H2O 4 HPO(OH)2 *Ácido hipofosforoso Su anión, H2PO2-, puede obtenerse cuando el fósforo blanco reacciona con una disolución de una base en caliente: P4 (s) + 4 OH- + 4 H2O 4 H2PO2- (ac) + 2 H2 (g)