Pniktogény, nazývané aj pniktidy alebo pentely, sú chemické prvky 15. skupiny (predtým V.A) periodickej tabuľky prvkov. Samotný názov „pniktogény" pochádza z gréčtiny a znamená „dusiace", čo odkazuje na dusivý charakter plynného dusíka. Do tejto skupiny patria prvky: dusík (N), fosfor (P), arzén (As), antimón (Sb), bizmut (Bi) a superťažké, umelo pripravené moskóvium (Mc).
Všetky pniktogény majú vo svojej valenčnej vrstve 5 elektrónov, ich všeobecná elektrónová konfigurácia je ns² np³. Na dosiahnutie stabilnej konfigurácie najbližšieho vzácneho plynu (oktetu) im chýbajú 3 elektróny, alebo môžu odovzdať 3 či 5 elektrónov. Táto konfigurácia im umožňuje tvoriť zlúčeniny s rôznymi oxidačnými číslami, najčastejšie -III (prijatím 3 elektrónov), +III (odovzdaním p-elektrónov) a +V (odovzdaním všetkých valenčných elektrónov).
Trendy fyzikálnych a chemických vlastností link
Fyzikálne vlastnosti pentelov sa v skupine menia predvídateľným spôsobom:
- Skupenstvo: S rastúcim protónovým číslom prechádzajú prvky od plynu (N) cez nekovové pevné látky (P) a polokovy (As, Sb) až ku kovu (Bi).
- Atómový polomer: S pribúdajúcimi elektrónovými vrstvami rastie smerom nadol v skupine.
- Hustota: Stúpa od dusíka po bizmut.
- Teploty topenia a varu: Tieto hodnoty najprv stúpajú od dusíka k arzénu, ale potom klesajú smerom k bizmutu.
Chemické vlastnosti takisto vykazujú jasné trendy v rámci skupiny:
- Elektronegativita: Výrazne klesá smerom nadol v skupine (N je tretí najelektronegatívnejší prvok).
- Kovový charakter: S rastúcim protónovým číslom prvky postupne strácajú nekovové vlastnosti a nadobúdajú kovový charakter.
- Dusík a fosfor sú typické nekovy.
- Arzén a antimón sú polokovy.
- Bizmut je kov.
- Stabilita oxidačných čísel: V hornej časti skupiny (N, P) je stabilnejší stav +V. Smerom nadol v skupine rastie stabilita stavu +III na úkor stavu +V. Tento jav sa nazýva efekt inertného páru – ťažšie prvky si ochotnejšie ponechávajú valenčné s-elektróny a na väzbu poskytujú len p-elektróny. Oxidačné číslo -III je typické najmä pre zlúčeniny s vodíkom a aktívnymi kovmi.
Biologický význam a toxicita link
Niektoré pniktogény zohrávajú v živých organizmoch kľúčové úlohy:
- Dusík: Je esenciálny biogénny prvok, absolútne nevyhnutný pre život. Tvorí základnú zložku aminokyselín (stavebných jednotiek bielkovín), nukleových kyselín (DNA, RNA), chlorofylu, mnohých vitamínov a ďalších organických molekúl.
- Fosfor: Je ďalším nevyhnutným makroprvkom. Je kľúčovou súčasťou nukleových kyselín, energetickej molekuly ATP (adenozíntrifosfát), fosfolipidov (stavebné jednotky bunkových membrán) a minerálnej zložky kostí a zubov (hydroxyapatit).
- Arzén: Hoci je vo všeobecnosti vysoko toxický, v stopových množstvách môže byť pre niektoré organizmy (vrátane človeka) esenciálny, aj keď jeho presná funkcia nie je úplne objasnená. Niektoré mikroorganizmy ho dokážu využívať v metabolizme.
Ostatné pniktogény (antimón, bizmut) nemajú známy pozitívny biologický význam pre človeka, pričom antimón je toxický a bizmut je považovaný za relatívne málo toxický ťažký kov. Moskóvium je rádioaktívne a v prírode sa nevyskytuje.
Typy zlúčenín prvkov 15. skupiny link
Pentely tvoria širokú škálu anorganických zlúčenín, ktorých charakter sa mení s rastúcim kovovým charakterom prvkov v skupine. Medzi najdôležitejšie typy patria:
- Hydridy (Pniktogénovodíky)
- Oxidy
- Oxokyseliny
- Soli oxokyselín
- Pniktidy (Nitridy, Fosfidy, Arzenidy, Antimonidy, Bizmutidy)
- Halogenidy
Hydridy (Pniktogénovodíky) link
Všetky pniktogény (okrem Mc) tvoria binárne zlúčeniny s vodíkom so všeobecným vzorcom EH₃ (kde E = N, P, As, Sb, Bi). Majú molekulovú štruktúru v tvare trigonálnej pyramídy. Ich stabilita výrazne klesá smerom nadol v skupine (BiH₃ je extrémne nestabilný). Kým amoniak (NH₃) je pomerne stabilný, dobre rozpustný vo vode a má zásadité vlastnosti, ostatné hydridy (fosfán PH₃, arzán AsH₃, stibán SbH₃) sú prudko jedovaté plyny, menej stabilné a len veľmi slabo zásadité. Kyslosť vodíkov v týchto hydridoch mierne rastie smerom nadol.
Oxidy link
Pniktogény tvoria oxidy najmä v oxidačných stavoch +III (všeobecný vzorec E₂O₃) a +V (všeobecný vzorec E₂O₅). Dusík je výnimkou a tvorí oveľa širšiu škálu oxidov (N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₅) s molekulovou štruktúrou. Oxidy ostatných pniktogénov majú zväčša polymérne štruktúry. Acidobázický charakter oxidov sa mení v skupine: oxidy dusíka a fosforu sú prevažne kyslé, oxidy arzénu a antimónu sú amfotérne a oxid bizmutitý (Bi₂O₃) je zásaditý, čo zodpovedá rastúcemu kovovému charakteru prvkov.
Oxokyseliny link
Najvýznamnejšie oxokyseliny tvoria pniktogény v oxidačných stavoch +V (napr. kyselina dusičná HNO₃, kyselina trihydrogénfosforečná H₃PO₄, kyselina arzeničná H₃AsO₄) a +III (napr. kyselina dusitá HNO₂, kyselina fosforitá H₃PO₃, kyselina arzenitá H₃AsO₃). Sila kyselín a ich oxidačné vlastnosti sa v skupine menia. Kyselina dusičná je silná kyselina a silné oxidačné činidlo. Kyselina fosforečná je stredne silná kyselina bez výrazných oxidačných vlastností. Kyseliny fosforitá (H₃PO₃) a fosforná (H₃PO₂) majú špecifickú štruktúru s väzbami P-H a vykazujú redukčné vlastnosti.
Soli oxokyselín link
Sú to iónové alebo kovalentné zlúčeniny odvodené od oxokyselín pniktogénov nahradením jedného alebo viacerých kyslých vodíkov. Medzi najdôležitejšie patria dusičnany (NO₃⁻), dusitany (NO₂⁻), fosforečnany (PO₄³⁻, HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻), fosforitany (HPO₃²⁻) a arzeničnany (AsO₄³⁻). Mnohé z nich sú veľmi stabilné a majú veľký praktický význam, napríklad dusičnany a fosforečnany ako hnojivá, dusitany ako konzervačné látky, fosforečnany ako súčasť detergentov alebo v potravinárstve.
Pniktidy link
Pniktidy sú binárne zlúčeniny pniktogénov (zvyčajne v oxidačnom stave -III) s elektropozitívnejšími prvkami, najmä kovmi. Patria sem nitridy (napr. Mg₃N₂), fosfidy (napr. Ca₃P₂), arzenidy (napr. Na₃As), antimonidy a bizmutidy. Môžu mať rôzne štruktúry (iónové, kovalentné, kovové). Mnohé reagujú s vodou alebo kyselinami za uvoľnenia príslušného hydridu (NH₃, PH₃, AsH₃...). Niektoré (napr. nitridy prechodných kovov) sú veľmi tvrdé a žiaruvzdorné.
Halogenidy link
Pniktogény tvoria s halogénmi (F, Cl, Br, I) zlúčeniny typu EX₃ a EX₅. Existencia a stabilita halogenidov EX₅ klesá smerom nadol v skupine (BiF₅ je známy, ale BiCl₅ nie). Typickými príkladmi sú PCl₃, PCl₅, AsF₃, SbCl₅, BiF₃. Sú to zväčša molekulové zlúčeniny (okrem BiF₃, ktorý má iónový charakter), často kvapaliny alebo prchavé pevné látky. Sú reaktívne, mnohé prudko reagujú s vodou (hydrolyzujú).
