Строение и физические свойства

Азот состоит из молекул N₂, в которых образуются 3 химические связи (1 s и 2 p). Связь прочная (Е_св = 941 кДж/моль), что объясняет широкую распространенность азота в атмосфере. Азот – бесцветный газ, без запаха и вкуса. Плотность жидкого азота при –196°С – 0, 81 г/см³, температура плавления
–210, 0°С, температура кипения –195, 8°С.

Фосфор существует в виде более 10 модификаций, важнейшими из которых являются:

– Белый фосфор – белое со слабым желтым оттенком воскообразное вещество или бесцветные, идеально прозрачные кристаллы, похожие на алмазы. Имеет молекулярную кубическую (a) или ромбоэдрическую (b-модификация) кристаллическую решетку, в узлах которой находятся тетраэдрические молекулы Р₄. Такая структура обусловливает низкую температуру плавления (44°С), высокую летучесть (температура кипения 275°С), большую растворимость в неполярных растворителях (например, в сероуглероде СS₂) и высокую химическую активность. Белый фосфор – огнеопасное и чрезвычайно ядовитое вещество. Температура воспламенения» 40°С. Плотность 1, 828 г/см³. При длительном нагревании без доступа воздуха при 280–340°С переходит в красный фосфор.

– Красный фосфор – мелкокристаллическое мало летучее вещество с атомной кристаллической решеткой. Цвет его различен – от оранжевого и ярко-красного до коричневого и черно-фиолетового. Нерастворим в органических растворителях. Красный фосфор – неоднородный продукт, его свойства (цвет, плотность, температура плавления и т. п.) зависят от условий получения. В структуре красного фосфора существуют связанные между собой бесконечные цепи из тетраэдров Р₄. В этой структуре могут быть выделены группировки Р₈ и Р₉. При нагревании до 423°С красный фосфор возгоняется, при охлаждении его пара образуется белый фосфор. Красный фосфор почти не ядовит и менее огнеопасен, чем белый (температура воспламенения» 240°С). С окислителями образует сильно взрывчатые смеси.

При длительном нагревании белого фосфора при 400°С в присутствии катализатора – мельчайших капель ртути, либо при нагревании белого фосфора при 200°С и давлении 12000МПа образуется черный фосфор.

– Черный фосфор – вещество, по внешнему виду и свойствам напоминающее графит, жирное на ощупь, легко разделяемое на чешуйки. Черный фосфор является полупроводником. При комнатной температуре ни в чем не растворяется. Химически малоактивен. Неядовит. Температура воспламенения 490°С. Кристаллическая решетка состоит из «ребристых» слоев атомов фосфора.

Если пар белого фосфора, нагретый до 1000°С, конденсировать при –196°С, то происходит образование коричневого фосфора, состоящего, видимо, из молекул Р₂.

Мышьяк и сурьма имеют ряд аллотропных модификаций (мышьяк – желтый, подобный белому фосфору, и серый; сурьма – серая, черная, желтая). Наиболее устойчивы металлоподобные формы: серый мышьяк и серебристо-белая сурьма. Это хрупкие вещества, легко измельчаемые в ступке в порошок.

Висмут – мягкий, хрупкий металл серебристо-белого цвета с едва заметным фиолетовым (розовым) оттенком. Менее хрупок, чем сурьма. Плотность в жидком состоянии (10, 05 г/мл) больше, чем в твердом (9, 747).

Кристаллическая решетка у мышьяка, сурьмы и висмута – атомная ромбоэдрическая. В газовой фазе находятся в виде молекул As₄, Sb₄, Вi₂.