Bài giảng Hóa đại cương vô cơ - Chương 7: Nguyên tố nhóm V

144
 Chương này giúp sinh viên:
 1. Hiểu rõ cấu tạo và tính chất của đơn chất N, P và
các hợp chất giữa N, P, As với O.
 2. Chỉ ra những chất được ứng dụng trong Y - Dược
hoặc có độc tính cao của các nguyên tố VA.
Mục tiêu
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất
7.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý chủ yếu
7.1.3. Các phản ứng chung
7.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất
7.1.5. Một số hợp chất thông dụng phổ biến
7.1.6. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính
7.2. Nhóm 5B (V - Nb – Ta)
7.2.1. Trạng thái thiên nhiên
7.2.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý
7.2.3. Một số hợp chất và ứng dụng trong Y-Dược
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
Nội dung
Nguyên tố
Nguồn thiên nhiên 
chủ yếu
Chế tạo nguyên tố Ứng dụng của đơn chất
Nitrogen Không khí (N2 chiếm 
78% thể tích); mỏ
muối NO3
-
Cất phân đoạn không
khí lỏng
- Làm khí quyển trơ trong luyện kim, chế
biến dầu mỏ; bảo quản dược phẩm
- Nguyên liệu cho sản xuất NH3
- N2 lỏng để bảo quản lâu dài các vật thể
sinh học; ứng dụng tương lai trong siêu
dẫn
Phosphor Quặng phosphat 
(như fluor apatit 
Ca5(P04)3F)
Khử các quặng 
phosphat bằng C
Nguyên liệu để chế tạo H3PO4, PCI3,
P4S3 và P4S10 (chất diệt côn trùng)
Arsen Khoáng arsenopirit 
(FeAsS)
Nhiệt phân vắng không 
khí
Làm hợp kim chì; đèn diode cho phim
ảnh
stibi
(antimoni)
Quặng stibnit Sb2S3; 
phế thải trong luyện 
Cu, Pb
Nướng quặng Sb2S3
trong không khí, sau
khử bằng C
Làm acquy chì - acid (5% Sb)
Bismuth Quặng bisthmunit 
(Bi2S3)
Nướng quặng Bi2S3
trong không khí, sau
khử bằng Fe
Làm hợp kim; dược chất
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
Nhóm VA
Tên
Nguyên
Tố
Bán 
kính 
nguyên 
tử (A°)
Bán 
kính 
ion 
(Ao )
Năng 
lượng ion 
hoá thứ 
nhất (eV)
Độ âm 
điện 
(thăng 
Pauling)
Khối
lượng
riêng
(g/cm3)
Nhiệt độ
nóng
chảy
(°C)
Nhiệt 
đô sôi 
(°C)
% 
trong
vỏ quả
đất
7
N
14,01
2s22p3
(-3, +5, +4, +3, 
+2, +1)
Nitrogen 0,70
0,32
(+3)
0,27
(+5)
14,48 3,0 0,879 -210 -196 5.10-8
15
P 
30,97 
3s23p3
(-3, +5, +3)
Phosphor 1,16
0,58
(+3)
0,52
(+5)
11,10 2,1 1,82 44,1 280 0,12
33
As
74,92
4s24p3
(-3, +5, +3)
Arsen 1,21
0,72
(+3)
0,60
(+5)
10,5 2,0 5,78 816 615 5.10-4
7.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý chủ yếu
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Nhóm VA
Tên
nguyên
tố
Bán 
kính 
nguyên 
tử (A°)
Bán 
kính 
ion 
(Ao)
Năng 
lượng ion 
hoá thứ 
nhất (eV)
Độ âm 
điện (thang 
Pauling)
Khối
lượng
riêng
(g/cm3)
Nhiệt độ
nóng
chảy
(°C)
Nhiệt 
độ sôi 
(°C)
% trong
vỏ quả
đất
51
Sb
121,76
5s25p3
(-3, +5, +3)
stibi
(antimoni)
1,41
0,90
(+3)
0,74
(+5)
8,5 1,9 6,70 631 1587 10-4
83
Bi
208,98 
6s26p3
(+5, +3)
Bismuth 1,50
1,17
(+3)
0,90
(+5)
8,0 1,9 9,81 271 1564 2.10-5
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý chủ yếu
 Amoniac được chế tạo trong công nghiêp
N2(k) + 3H2 (k) 2NH3 (k)
Các halogenid tạo thành bởi phản ứng trực tiếp của halogen với 
nguyên tố
2E (r) + 3X2 —> 2EX3 (E = p, As, Sb, Bi; trừ N)
EX3 + X2 —> EX5 (E = tất cả, trừ N và Bi)
Các acid có oxy (oxoacid) tao thành từ phản ứng giữa nước và 
halogenid của các phi kim:
EX3 + 3H20 (l) —> H3E03 (aq) + 3HX (aq)
(E = tất cả, trừ N)
Chú ý: số oxy hóa của E (+3, +5) không thay đổi khi kết hợp nước.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.3. Các phản ứng chung
 Các ion phosphat mất nước tạo các polyphosphat:
3NaH2PO4 (r) —> Na3P309(r) + 3H20 (k)
 Phosphor P4 tự oxy hoá khử trong dung dich kiềm, số
oxy hoá của nó vừa giảm vừa tăng
P4 (r) + 30H
-(aq) + 3H20 (l) —> PH3 (k) + 3H2P02
- (aq)
(Phản ứng tương tự như thế này là đặc trưng cho nhiều 
phi kim khác, như S8 và các halogen X2).
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.3. Các phản ứng chung
 Sự đa dạng của tính chất vật lý
Sự thay đổi lớn về lực liên kết và lực nội phân tử được biểu
thị ra qua các tính chất vật lý đa dạng nhất của nhóm này
Phosphor có vài dạng thù hình.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất
A. Phosphor trắng B. Phosphor đỏ
Cấu tạo hai dạng thù hình của phosphor
 Mô hình tính chất hoá học của các nguyên tố trong nhóm phụ 
thuộc cấu tạo nguyên tử của chúng
 Từ trên xuống dưới nhóm có ít trạng thái oxy hoá hơn và trạng 
thái thấp hơn nổi bật hơn. 
 Tính acid-base của các hợp chất thay đổi từ acid —> lưỡng tính 
-> base 
Ca3As2 (r) + 6H20 (l) -> 2AsH3(k) + 3Ca(OH)2(aq)
 pentahalogenid EX- được điều chế từ các nguyên tô kết hợp 
trực tiếp
 Ví dụ: P4(r) + 6C12 (k) -> 4PC13(l)
Hoặc khi dư halogen:
PC13(1) + Cl2 (k) -> PClg (r)
Chú ý: N và Bi chỉ tạo thành trihalogenid.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất
Phản ứng ở nhiệt độ cao: phản ứng với
H, Li, các nguyên tố nhóm IIA, B, Al, C,
Si, Ge, O và nhiều nguyên tố chuyến tiếp
N rất đáng chú ý vì có 6 oxyd bền N20,
NO, N203, N02, N204 và N205. Các oxyd
đều có enthalpy hình thành dương (DHof
> 0) do liên kết rất mạnh.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
7.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất
N N
Những điểm nổi bật về hoá học của nitrogen
Nitrogen
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Công
thức
Tên Trạng thái 
oxy hoá 
của N
DHf ở 298K 
(kJ/mol)
Chú thích
N2O Dinitrogen
monoxyd 
(dinitrogen oxyd; 
nitro oxyd)
+1 (0, +2) 82,0
Khí không màu; khí cười; gây
mê; nhiên liệu
NO Nitrogen monoxyd 
(nitrogen oxyd; 
nitric oxyd)
+2 90,3
Khí không màu, thuận từ;
chất truyền tin sinh học; chất
ô nhiễm không khí
N2O3 Dinitrogen
trioxyd +3 (+2, +4) 83,7
Khí màu nâu đỏ (phức hợp
thuận nghịch của 2 oxyd
NO.NO2)
Những điểm nổi bật về hoá học của nitrogen
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Công
thức
Tên Trạng thái 
oxy hoá 
của N
DHf ở 298K 
(kJ/mol)
Chú thích
NO2 Nitrogen dioxyd
+4 33,2
Khí màu nâu da cam và
thuận từ; để sản xuất HN03;
độc và gây ô nhiễm không
khí
N2O4 Dinitrogen
tetraoxyd +4 9,16
Chất lỏng không màu đến hơi
vàng (phức hợp thuận nghịch
NO2.NO2)
N2O5 Dinitrogen
pentaoxyd +5 11,3
Chất rắn không màu và dễ
bay hơi của hỗn hợp N02* và
N03
-; trạng thái khí gồm các
phân tử N2O5
Những điểm nổi bật về hoá học của nitrogen
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Những điểm nổi bật về hoá học của nitrogen
Chu trình Nitrogen
 P tạo thành 2 oxyd quan trọng: P4O6 và P4O10
P (r) + 302(k) -> P406(r)
 P4O6 phản ứng với nước cho acid phosphorơ:
P406 (r) + 6H20(l) -> 4H3P03(l)
H3P02 + 2CuS04 + 2H20 -> 2Cu + 2H2S04 + H3P04
 P4O10 được tạo thành khi P4 cháy trong oxy dư:
P4 (r) + 502 (k) -> P4O10 (r)
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Những điểm nổi bật về hóa học của P: các oxyd và oxoacid
 Hợp chất của nitrogen
 Amoniac NH3
Lý tính: NH3 là khí mùi khai, sốc, không màu. NH3 thương mại là
dạng lỏng, hoặc dung dịch ~25% theo khối lượng trong nước.
 Hóa tính:
+ Tính base trong nước và tính dễ tạo phức chất, vì có cặp electron
tự do ở N (nhiều ví dụ đã nêu ở Hoá đại cương).
+ Tính khử (phản ứng cháy trong oxy, trong halogen cho nhiều loại
sản phẩm).
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.5. Một số hợp chất thông dụng phổ biến
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
 Hợp chất của phosphor
 Chỉ có muối HPO4
2- và P04
3- của kim loại kiềm và amoni là
tan, muối của các cation khác đều không tan.
 Phosphor halogenid PX3 và PX5:
- Phosphor triclorid PCl3: để điều chế nhiều hợp chất khác
của P, để clor hoá các chất hữu cơ trong chế tạo phẩm
nhuộm, dược phấm, thuốc trừ sâu
- Phosphor pentaclorid PCl5: chất tốt nhất đề clor hoá các
chất hữu cơ trong chế tạo phẩm nhuộm, dược phẩm, thuốc
trừ sâu. Nó còn được dùng làm chất xúc tác.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.5. Một số hợp chất thông dụng phổ biến
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Hợp chất của arsen
Arsen (III) oxyd, tồn tại dưới dạng phân tử kép As406, tương
tự P406
As4O6 + 6H20 4H3As03 (và cả HAs02)
Arsen (III) oxyd được dùng chế thuốc trừ sâu, chất màu và
thuỷ tinh trong suốt. Tuy nhiên, nó rất độc.
Để phát hiện As406: người ta tiến hành phản ứng tạo hydro mới
sinh (H nguyên tử, do Zn tác dụng với acid hay do AI tác dụng
với kiềm)
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.5. Một số hợp chất thông dụng phổ biến
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
As406 (r) + 12Zn (r) + 24HC1 (aq) —>12ZnCl2(aq) + 4AsH3 (k) + 6H20 (l)
 Hợp chất của stibi (antimon) và bismuth
 Hydroxyd Sb(OH)3 và Bi(OH)3 là những chất rắn trắng,
không tan trong nước, được điều chế từ các muối E3+ tác
dụng với kiềm:
E3+ (aq) + 30H- (aq) E(OH)3 (r)
-H2O EO(OH) (r)
 Các muối Sb3+, Bi3+ phản ứng với nước (thuỷ phân) cho 
môi trường acid:
SbCl3(aq) + H20(1) SbOCl(r) + 2HCl(aq) 
antimonyl clorid
Bi(N03)3(aq) + H20(l) BiONO3 (r) + 2HN03(aq)
bismuthyl nitrat
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.5. Một số hợp chất thông dụng phổ biến
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
 Nitrogen
 Nitrogen có vai trò lớn: tạo nên sinh quyển
Nitrogen dùng làm môi trường trơ trong ống tiêm và trong đồ
bao gói để bảo quản dược chất
Nitrogen (I) oxyd, dinitrogen monoxyd (N20, khí cười) chứa
20-25% oxy dùng gây mê phẫu thuật thời gian ngắn.
Natri nitrit NaN02 được dùng làm thuốc giải độc
cyanid (CN-)
Natri nitroprussiat Na2[Fe(CN)5N0].2H20 = 297,95 là thuốc
giãn mạch
Lưu ý: ion nitrit (N02
-) là độc
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.6. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Nitrogen
 Phosphor
P là nguyên tố thiết yếu đối với đời sống động vật, thực vật.
Cơ thể hấp thụ P dưới dạng phosphat (P nguyên tố rất độc).
Các hợp chất vô cơ của P được sử dụng làm thuốc thường
chỉ hạn chế ở những Orthophosphat
Acid hypophosphorơ H3P02, là một chất chống oxy hoá
được dùng để bảo vệ các chế phẩm dược có tính khử
Đồng vị phóng xạ 32P được sử dụng trong điều trị
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.6. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
 Arsen
Các hợp chất của arsen, đặc biệt là arsen vô cơ,
rất độc. Liều chết của As20
-, đối với người chỉ
khoảng 100-150mg
Do có độc tính nên ngày nay không còn hợp chất
nào của srsen được sử dụng chính thức trong Y học
Hàm lượng arsen tăng lên trong các nguồn nước
ở một số vùng dân cư đang là vấn đề ô nhiễm môi
trường và gây độc cho người
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.6. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
Arsen
 Antimoni (Sb)
Các hợp chất của Antimoni có tác dụng sinh
lý giống Arsen. Vì vậy, chúng có nguy cơ độc và
hầu như không được sử dụng trong Y học
 Bismuth
Lưu ý rằng: chỉ những hợp chất của Bi ở mức
oxy hoá +3 mới được dùng làm thuốc. Trong
chúng phải chứa các nhóm OH, cation
Bismuthyl BiO+.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.1.6. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính
7.1. Nhóm 5A (N - P - As - Sb – Bi)
 Vanadi là nguyên tố tương đối phổ biến trong thiên
nhiên, còn nhiều hơn cả trữ lượng của Cu, Zn, Pb
Niobi và tantal là những nguyên tố hiếm. Trong
thiên nhiên chúng thường đi kèm nhau do tính chất
rất giống nhau.
Niobi là một trong những cấu tử cơ bản của nhiều
hợp kim chịu nóng và bền với các tác nhân ăn mòn.
Tali dùng trong kỹ thuật điện làm tụ, đèn công suất;
để chế tạo các máy hoá chất tiếp xúc nhiều với acid.
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.2.1. Trạng thái thiên nhiên
7.2. Nhóm 5B (V - Nb – Ta)
Vanadi
Tali
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.2.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý
7.2. Nhóm 5B (V - Nb – Ta)
Nhóm
VB
Tên
nguyên
tố
Bán 
kính 
nguyên 
tử (Á°)
Bán
kính
ion
(A°)
Năng 
lượng ion 
hoá thứ 
nhất (eV)
Độ âm 
điện 
(thang 
Pauling)
Khối
lượng
riêng
(g/cm3)
to
nóng
chảy
(°C)
to sôi 
(°C)
% 
trong 
vỏ quả 
đất
23
V
50,94 
3d34s2
(+2, +3, +4, +5)
Vanadi 1,22 0,40
(+5)
6,71 1,50 6,11 1895 3380 0,021
41
Nb
92,91 
4d45s1
(+2, +3, +4, +5)
Niobi 1,34 0,70
(+5)
6,79 1,38 8,57 2470 4760 2.10-4
73
Ta
180,95 
5d 6s (+2, +3, 
+4, +5)
Tantal 1,34 0,73
(+5)
-6,0 1,33 16,65 3015 5500 2.105
V, Nb và Ta đều có khả năng hấp thụ một lượng
lớn khí H2, N2, 02 tạo thành các dung dịch rắn - là
những hợp chất có thành phần khác nhau.
Các kim loại VB thể hiện đủ các trạng thái oxy hoá
+2, +3, +4, +5 trong các oxyd, hydroxyd, muối và
phức chất.
Các nguyên tố VB ít có vai trò trong Y - Dược. Chỉ
có kim loại Ta được dùng dưới dạng phiến trong
điều trị phẫu thuật chỉnh hình xương
Chương 7: Nguyên tố nhóm V
7.2.3. Một số hợp chất và ứng dụng trong Y - Dược
7.2. Nhóm 5B (V - Nb – Ta)