Grupin e 15 të elementeve të sistemit periodik e përbëjnë azoti-N,fosfori-P,arseni-As,antimoni-Sb,bizmuthi-Bi dhe ununpentiumi-Uup.Në nivelin e fundit energjetik këto elemente kimike kanë pesë elektrone.Një çift elektronik ndodhet në nënnivelin ns ,ndërsa tri elektrone tek në orbitalet px,py dhe pz. .Konfiguracioni elektronik i përgjhithshëm i tyre është ns2 np3.Në natyrë paraqiten në më shumë isotope.Atomet e fosforit me numër mase 32 dhe 33 janë izotope radioaktive me kohë të gjysëmzbërthimit prej 14,26 dhe 34 ditë. Si edhe grupin e 14-të të SPE ashtu edhe grupin e 15-të e karakterizon llojllojshmëria e vetive të elementeve kimike.Karakteri metalik i elementeve të grupit 15 rritet me rritjen e numrit atomik.

Azoti dhe fosfori janë jometale të theksuara,arseni dhe antimoni janë metaloide ndërsa bizmuthi është metal.

Elementet e grupit 15 si substanca elementare

Të gjithë elementet e grupit 15 kanë nga 5 elektrone valentore.Për shkak të madhësisë së vogël të atomeve vetëm azoti ndërton molekula dyatomike.Elementet tjerë të këtij grupi paraqiten në disa modifikime alotropike.

Molekulat e azotit janë dyatomike.Atomet janë të lidhur me lidhje trefishe të cilën e bëjnë një lidhje-

σ(sigma) dhe dy lidhje π të formuara me mbimbulim anësorë të orbitaleve- p.Lidhja është jopolare dhe mjaftë e fortë (EN≡N =946 kJ/mol) .

Për shkak të radiusit atomik të madh,dukshëm më të madh se radiusi atomik i azotit ,fosfori nuk mund të ndërtojë molekula dyatomike.Në molekulën e fosforit të bardhë,P4,katër atome të fosforit zënë kulmet e tetraedrit të rregullt (60º).Duke pasë parasysh se orbitalet px,py dhe pz në mes tyre ndodhen nën këndin 90º,lidhjet njëfishe kovalente në këtë molekulë ndërtohen me mbimbulimin e pjesërishëm të orbitaleve.Largësia e madhe në mes atomeve dhe mbimbulimi i pjesshëm i orbitaleve i bëjnë lidhjet në molekulën e fosforit të bardhë mjaft të dobëta.Në mes molekulave jopolare katëratomike ekzistojnë forcat e dobëta të Van der Valsit (i mbajnë së bashku).

Fosfori i kuq,Pn është modifikim alotropik shumë më stabil i fosforit se fosfori i bardhë.Fosfori i kuq ka strukturë zinxhirore.Molekulat e mëdha Pn janë të ndërtuara nga numër i madh i atomeve të cilët formojnë zinxhirë tetraedrash në formë kafazi.Përveç fosforit të bardhë dhe të kuq është i njohur edhe fosfori i zi.Ky modifikim alotropik ka vetëm kuptim teorik sepse vështirë fitohet.

Arseni dhe antimoni paraqiten si molekula mjaft jostabile katëratomike As4 dhe Sb4.Modifikimet stabile të përhimta të këtyre dy elementeve kanë strukturë shtresore (Asn dhe Sbn).Bizmuthi gjithashtu ndërton strukturë shtresore si edhe rrjetë kristalore metalike e cila ndërtohet me numër të vogël të elektroneve valentore.

azoti fosfori arseni antimoni bizmuthi74pm 110pm 121p

m141pm 152pm

Radiusi (rrezja) atomik i elementeve të grupit 15 të shprehura në pm-pikometër.

VETITË FIZIKE TË ELEMENTEVE TË GRUPIT 15

Azoti është gaz pa ngjyrë dhe pa shije.Molekulat dyatomik N2 janë jopolare ,me masë molekulare të vogël,ashtu që në temperaturë -196ºC kalon në gjendje agregate të lëngët.Fosfori i bardhë P4 është i butë si rrëshirë,çka tregon për ndërveprimet e dobëta ndërmolekulare.Si molekulë jopolare nuk tretet në ujë por në tretësa jopolarë siç është disulfur karboni (S=C=S).Veti specifike e këtij modifikimi alotropik të fosforit është se ndriçon në errësirë –fosforeshenca.Fosfori i kuq ka temperarturë dukshëm më të lartë të shkrirjes se

fosfori i bardhë,çka edhe pritet,duke pasë parasysh që ka strukturë zinxhirore.Për dallim nga fosfori i bardhë nuk tretet në disulfur karboni (CS2).Arseni sublimon.Anomalia në temperaturë të shkrirjes së bizmuthit ,më e ulët se temperatura e shkrirjes së antimonit,është pasojë e ekzisencës së forcave të dobëta metalike.

Tshk/ºC Tvl /ºC ρ (g/cm3)Azoti -210 -195,8 1,02Fosfori i bardhë

44,1 280 1,81

Fosfori i kuq 593 SublimonArseni Sublimon Sublimon 5,73Antimoni 631 1380 6,69Bizmuthi 271 1500 9,78

Vetitë kimike të elementeve të grupit 15

Si e arrijnë konfiguracionin elektronik stabil elementet e grupit 15 ?

Energjitë e jonizimit janë mjaft të larta çka edhe pritet duke pasë parasyshë se atomet e këtyre elementeve në nivelin e fundit energjetik kanë pesë elektrone valentore.Nënniveli energjetik gjysëm i mbushur kontribon në në stabilitetin e atomeve.Formimi i joneve stabile pozitive praktikisht është i pamundur,përveç te metali bizmuthi te i cili është dëshmuar prana e joneve Bi3+.Nga ana tjetër elementet e grupit të pestë do të mundnin të pranojnë tri elektrone dhe në këtë mënyrë të arrijnë konfiguracionin elektronik stabil si të gazit fisnik më të afërt.Jonet të ngarkuar negativisht siç janë N3- dhe P3- mund të gjinden në rrjeta kristalore të nitrideve dhe fosfideve.

Pa marrë parasysh në mundësinë e formimit të joneve Bi3+,N3- dhe P3-,një numër i pakrahasueshëm më i madh i komponimeve të elementeve të grupit 15 ka lidhje kovalente tipike.Tri elektrone tek,ekzistenca e elektroneve të brendshme të orbitaleve –d (përjashtim bën azoti) dhe vlerave të koeficientit të elektronegativitetit tregojnë se këta elemente leht formojnë çifte të përbashkëta elektronike.Për shkak të radiusit të vogël atomik azoti mund të formojë lidhje njëfishe,dyfishe dhe trefishe kovalente.

Duke pas parasysh konfiguracionin elektronik dhe vlerat për koeficiente të elektronegativitetit,elementet e grupit 15 mund të kenë numra oksidues prej @ 3 deri +5.Komponimet stabile të fosforit,arsenit dhe antimonit më së shumti kanë shkallët e oksidimit +3 dhe +5 ndërsa të bizmuthit +3.

FORMIMI I KOMPONIMEVE BINARE T Ë ELEMENTEVE TË GRUPIT 15

Azoti është gaz inert.Lidhja e fortë trefishe kovalente (:N≡N:)është arsye se përse azoti reagon vetëm nën ndikim të temperatures së lartë,presionit ose kushteve tjera specifike.Në mënyrë të drejtpërdrejt komponohet me metale dhe disa jometale.Me hidrogjenin jep amoniakun. . -3 +1 N2(g) + 3H2(g) ↔2NH3(g) amoniaku

Azoti nuk digjet dhe nuk i ndihmon djegies. Në azot qiri fiket çka shërben si provë për praninë e azotit..Tek në temperaturën e harkut elektrik 3000ºC reagon me oksigjenin duke dhënë oksid azoti (II). . 3000ºC +2 -2 N2(g) + O2(g) ↔ 2NO oksid azoti (II)

Për dallim nga azoti,fosfori i bardhë është është substance mjaft reaktive dhe helmuese.

Në ajr spontanisht ndizet.Me sasi të mjaftueshme të oksigjenit jep oksid fosfori (V).Nëse nuk ka sasi të mjaftueshme të oksigjenit fitohet oksidi i fosforit (III). . +3 -2

Ei /ev (I) Koef.elektroneg.7N 14,5 315P 11 2,132As 10 251Sb 8,6 1,983Bi 8 1,9

. P4(s) + 3O2(g) → P4O6 oksid fosfori (III)

. +5 -2

. P4(s) + 5O2(g) → P4O10 oksid fosfori (III)

Për dallim nga fosfori i bardhë,fosfori i kuq është shumë më pak reaktiv dhe nuk është toksik (helmues).Ndizet në 260ºC.Me metale fosfori ndërton fosfide,në mënyrë të vrullshme reagon me sulfurin dhe elementet halogjene. . +3 -1 . P4(s) + 6Cl2(g) → 4PCl3(s) klorur fosfori (III) . . PCl3(s) + Cl2(g) → PCl5(s) klorur fosfori (V)

Elementet tjerë të grupit 15 tregojnë raktivitet dukshëm më të vogël se fosfori i bardhë.

Azoti është gaz kimikisht inert,çka është pasojë e lidhjes së fortë trefishe në molekulën dyatomike.

Fosfori i bardhë është jashtzakonisht reaktiv ,ndizet në ajr.Ruhet në ujë.

Aftësia reduktuese e elementeve të grupit 15

Elementet e grupit 15 nuk reagojnë me ujin.Në azotin elementar nuk veprojnë as acidet më të forta as bazat.Fosfori i bardhë ,si elementi më reaktiv mund të reagojë me baza alkaline,por edhe me acide.Asnjëri prej elemnteve të grupit 15 nuk është posaçërisht reaktiv ,duke përjashtuar fosforin e bardhë.

Përhapja në natyrë e elementeve të grupit 15

Nga të gjitha gazrat,në atmosferë ka më së shumti azot,78% të përqindjes vëllimore të ajrit.Në korën e tokës ka vetëm në formë të komponimeve.minerali më i përhapur i azotit është shalitra e kilit,NaNO3.Fosfor ka në natyrë më tepër se azot ,por jo në gjendje të lirë por kryesisht në formë të komponimeve.Radhitet në dhjetë elementet më të përhapura në koren e tokës.Është i pranishëm në botën e gjallë.Komponimi më i përhapur i fosforit është fosfati kalciumi,Ca3(PO4)2.Ky komponim në korën e tokës

ndodhet si mineral fosforit dhe apatit,por i pranishëm edhe në qenie të gjalla.Gjindet në eshtra dhe dhëmbë.

Proteinat,,aminoacidet,acidet nukleike, vitaminat dhe shumë komponime tjera biologjike përmbajnë azot dhe fosfor.Komponimet e arsenit,antimonit dhe bizmuthit ka në natyrë,më së shumti në formë të xeheve sulfure.

Përfitimi i elementeve të grupit 15

Sasitë më të mëdha të azotit nuk përfitohen në reaksione kimike por izolohen nga ajri i lëngët me metodën e cila quhet destilim fraksional.Azoti deri te harxhuesit vie në bombola çeliku nën presion në gjendje aggregate të lëngët.Në laborator ky gaz fitohet më së shumti me zbërthimin e nitritit të amoniumit,NH4NO2 përkatësisht përzierjes së klorur-amonit,NH4Cl dhe nitrit natriumit. .-3 +3 0 NH4NO2(s) → N2(g) + 2H2O(g) .nitrat amoniumi . -3 +3 0 .NH4Cl(s) + NaNO2(s) → N2(g) + 2H2O(g) + NaCl(s)

klorur amoniumi

Fosfori i bardhë sot në industri përfitohet më reduktimin e mineraleve më të përhapur të fosforit,fosforitit dhe apatitit.Si mjet reduktues përdoret koksi.Rëra e kuarcit i shtohet ashtu që të largohet kalciumi. .

+5 0 0 +2 . 2Ca3(PO4)2(s) + 10C(s) + 6SiO2 → P4(s) + 10CO(g) + 6CaSiO3(s) . fosfat kalciumi silikat kalciumi

Me nxehjen e fosforit të bardhë në temperaturë prej 260ºC fitohet fofori i kuq.

260ºC

P4(s) fosfori i bardhë → Pn(g) fosfori i kuq

Arseni ,bizmuthi dhe antimoni fitohen nga xehet sulfure së pari me fërgim,pastaj me reduktimin e oksidit të fituar më së shumti me koks.

Zbatimi i elementeve të grupit 15

Azoti është gazi inert më i lirë.Përdoret për formimin e atmosferës inerte për të mbrojtur nga ndikimet e jashtme dhe reaksionet e mundshme të substancave të ndryshme.Me azot mbushen llampat,por edhe ambalazhat e produkteve ushqimore (çipsi).Në gjendje aggregate të lëngët përdoret për ftohje të shpejt.Në azot të lëngët edhe transportohen substancat e ndieshme ndaj oksidimit dhe lagështisë.Azoti i lëngët gjen zbatim në prodhimin e ushqimit,në mjeksi,veterinë,në hulumtime shkencore.Azoti në reaksion me me hidrogjenin jep amoniak Sasitë më të mëdha të këtij gazi përdoren në përfitimin e amoniakut nga I cili prodhohen plehret artificiale.

Fosfori i kuq përdoret në prodhimin e shkrepsave.Kutia e shkrepsave anash është e lyer me përzierjen e fosforit të kuq,pluhurit të qelqit dhe ngjitësit.

Përdorimi i arsenit dhe antimonit bazohet më së shumti në prodhimin e legurave.Këto metaloide i shtohen plumbit për prodhimin e saçmës,ndërsa legura me antimon për prodhimin e plumbit të fortë për shtypshkronja.Legura e plumbit dhe antimonit len gjurmë të mpreht.

KOMPONIMET E ELEMENTEVE T Ë GRUPIT 15

Të gjitha komponimet e elementeve të grupit 15 me hidrogjenin janë substanca të gazta dhe helmuese.Molekulat e këtyre komponimeve janë me strukturë piramidale.Nga të gjitha hidruret amoniaku ka zbatim më të madh.

AMONIAKU

Amoniaku është njëri ndër komponimet më të rëndësishme inorganike i azotit.Me koeficient të elektronegativitetit 3,0 azoti është një nga katër elementet kimike më elektronegative (F,O,N,Cl).Me hidrogjenin formon lidhje kovalente polare,por më pak polare se lidhja O @ H në molekulën e ujit.Struktura (tetraedrike) piramidale,si pasojë e hibridizimit sp3 të azotit është arsye pse molekula e amoniakut si tërësi është polare.Në temperaturë të dhomës është gaz ,me erë të pakëndshme,pangjyrë dhe fort helmues.

(Tvl.= K 33,42ºC ,Tshk.= K 77ºC). Në gjendje agregate të lëngët dhe të ngurtë ndërton lidhje hidrogjenore,të cilat janë shumë më të dobëta se lidhjet hidrogjenore në mes molekulave të ujit.Amoniaku tretet mirë në ujë.Një vëllim i ujit tretë 700 vëllime amoniak.Një prej shkaqeve të tretshmërisë së madhe të amoniakut është edhe fakti se me molekulat e ujit formon lidhje hidrogjenore (O @ H @ N ose N @ H @ O),por edhe fakti se amoniaku reagon me ujin.Çifti elektronik i lirë në azot lidhë protonin,H+ me çʼrast fitohet joni amonium.

NH3(g) + H2O(l) ↔ NH4+

(aq) + OH K (aq)

NH4OH është NH4+ + OH �

hidroksid amoniumi.

Si bazë,amoniaku i gaztë reagon me acide duke dhënë kripra amoniumi.

NH3(g) + HCl(aq) → NH4Cl(aq) klorur -amoniumi

NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq) nitrat- amoniumi

NH3(g) + H2SO4(aq) → (NH4)2SO4(aq) sulfat- amoniumi

Edhe një veti karakterisitike e rëndësishme për këtë substacë.Duke pas parasysh që numri oksidues i azotit në amoniak është @ 3,ndërsa numrat oksidues të mundshëm në komponimet e tyre prej @ 3 deri +,amoniaku është mjet reduktues (lëshon elektrone).Një nga reaksionet më të rëndësishme të amoniakut si mjet reduktues është djegia e e kësaj substance (oksidimi katalitik me oksigjen,katalizator Pt-platina). . -3 +2 . 4NH3(g) + 5O2(g) ↔ 4NO(g) + 6H2O(g)

Rëndësia e këtij reaksioni është në atë që përfaqëson reaksionin e parë në vargun e reaksioneve kimike me të cilat fitohet acidi nitrik.

Amoniaku sipas teorisë protolitike është bazë.Amoniaku është mjet i fortë reduktues.Sasitë më të mëdha të këtij gazi përdoren për prodhimin e acidit nitrik dhe plehrave artificiale siç është nitrati i amoniumit,por edhe për përfitimin e karbonatit të natriumit (metoda e Solvejeut.).Në botë në vit prodhohen rreth 100 milion tonelata amoniak.Në industri amoniaku fitohet më sintezë direkte të elementeve me metodën e Haber-Boshit.

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ΔrH = K 92,2kJ/mol

Sipas parimit Le shatelie,duke pas parasysh se është fjala për reaksion ekzoterm,ekuilibri (barazpesha) lëviz në të djathtë (fitohet më shumë amoniak),nëse shtypja rritet, ndërsa temperatura zvogëlohet.Por problemi është se çdo zvoglim i temperaturës ngadalëson reaksionin kimik.Që reaksioni të jet mjaft i shpejt dhe njëkohsisht rendimenti i amoniakut të fituar i kënaqshëm,është i domosdoshëm përdorimi i katalizatorit.Për këtë reaksion janë hulumtuar më tepër se 20000 katalizatorë të ndryshëm.Sot si katalizator në metodën e Haber-Boshit të prodhimit të amoniakut përdoret hekuri shum i pastër.Kushtet,shtypja dhe temperatura rregullohen ashtu që reaksioni të rrjedhë shpejt dhe të arrihet presion mesatarë i amoniakut. Amoniaku ndahet dhe përzierja e pareaguar kthehet në proces.

Përzierja e hidrogjenit dhe azotit pastrohet nga primesat, helmues të katalizatorit dhe pastaj raporti i tyre rregullohet në 3:1.Përzierja komprimohet në shtypje prej 20 deri 30 Mpa dhe nxehet në temperaturën prej 475 deri 600ºC.Përzierja futet në furrën kontaktuese ku bëhet sinteza.Në furrë gjinden gypat pjesa e brendshme e të cilave është prej hekuri i cili ka rolin e katalizatorit.Në sipërfaqe të hekurit ndodh sinteza e amoniakut.Amoniaku i sintetizuar pastaj ftohet dhe ndahet si lëng,ndërsa përzierja e gazt e pareaguar kthehet në furrën kontaktuese.

Në laborator amoniaku mës së shumti fitohet nga kloruri i amoniumit me nxehje ose me reaksionin me baza të forta ose okside bazike.

NH4Cl + NaOH → NH3 + H2O + NaCl –veprimi me baza të forta (NaOH)

2NH4Cl + CaO → 2NH3 + H2O + CaCl2 -vepimi me oksid bazik (CaO)

NH4Cl → NH3 + HCl –me nxehje

OKSIDET E ELEMENTEVE TË GRUPIT 15

Azoti ndërton pesë okside.Këta janë suboksid azoti N2O,monoksid azoti NO,dioksid azoti NO2, treoksid azoti N2O3, dhe pentoksid azoti N2O5.Përveç oksideve të të përmendur është i njohur edhe dimeri N2O5, i cili fitohet nga oksidi i azotit(IV) NO2 në temperaturë nën 21ºC

2NO2(g) ↔ N2O4(g)

. i kuq në të kaft i pangjyrë

Vetitë e oksideve të azotit dallohen në me veti.Oksidi i azotit(III) është me ngjyrë të kaltër të mbyllët.Është i qëndrueshëm vetëm si substancë e ngurtë në temperaturë nën @ 102ºC.Oksidi i azotit (V) është substancë e ngurtë,derisa oksidet tjera në temperaturë dhome janë të gaztë.Oksidi i azotit (IV) ka ngjyrë karakteristike të kuqe në të kaft. ksidet tjerë janë të pangjyrë.Të gjitha oksidet përveç suboksidit të azotit janë shumë helmues.

Oksidet e azotit në laborator por edhe në industri përfitohen në mënyra të ndryshme.

Sipas vetive acido-bazike oksidi i azotit (I) dhe oksidi i azotit(II) rradhiten në okside neutrale,derisa N2O3 dhe N2O5 janë okside acidike,anhidride të acidit nitror (N2O3) dhe acidit nitrik (N2O5).Oksidi i azotit (IV) gjithashtu tregon veti acidike .Reagon edhe me ujin edhe me baza,me çrast vie deri te disproporcionimi.

+3 +3 . N2O3(s) + 2H2O(l) → 2HNO2(aq) acidi nitror

+5 +5 . N2O5(s) + 2H2O(l) → 2HNO3(aq) acidi nitrik

. 2NO2(s) + H2O(l) → HNO2(aq) + H+

(aq) + NO3 K (aq)

. acidi nitror ……………………………

. acidi nitrik

N2O3(s) + 2NaOH(aq) → 2NaNO2(aq) +H2O(l) nitrit natriumi

N2O5(s) + 2NaOH(aq) → 2NaNO3(aq) +H2O(l) nitrat natriumi

NO2(g) + 2NaOH(aq) → NaNO2(aq) + NaNO3(aq) + H2O(l)

Për dallim nga azoti,fosfori ndërton vetëm dy okside stabile,P4O6 dhe P4O10,substanc të bardha kristalore.Oksidi i fosforit (III) është anhidrid i acidit fosforor,derisa oksdi i fosforit (V) anhidrid i acidit meta,orto dhe pirofosforik.

+3 +3 . P4O6(s) + 6H2O(l) ↔ 4H2PHO3(aq) acid fosforor

+5 +5 . P4O10(s) + 2H2O(l) ↔ 4HPO3(aq) acidi metafosforik

P4O10(s) + 6H2O(l) ↔ 4H3PO4(aq) acidi ortofosforik

P4O10(s) + 4H2O(l) ↔ 2H4P2O7(aq) acidi pirofosforik ose difosforik.

Si okside acidike,reagojnë me baz.Fitohen me djegien e fosforit.

Arseni dhe antimoni ndërtojnë okside amfoterne (As4O6 dhe Sb4O6) dhe okside acidike (As4O10 dhe Sb4O10).Oksidi i bizmuthit Bi2O3 është bazik.

ACIDET DHE BAZAT E LEMENTEVE TË GRUPIT 15

HIDROKSID AMONIUMI

Hidroksidi i amoniumit formohet me tretjen e amoniakut në ujë.Radhitet në baza të dëbëta (K= 1,8 · 10 @ 5 mol/dm3)Në treg shitet si tretësirë ujore me përqëndrim rreth 21%.Pasi që zbërthehet në amoniak dhe ujë,ka erë shumë të pakëndshme.