Dušikova skupina

Dušikova skupina sadrži elemente 15. skupine periodnog sustava elemenata: dušik, fosfor, arsen, antimon i bizmut.

Skupina je po IUPAC-u pod brojem 15, no često se može naći i pod nazivima skupina VA (CAS) i skupina VB (starija IUPAC notacija) (V označava rimsku brojku 5).^[1] "Pet" ("V") u povjesnim nazivima dolazi od peterovalentnosti dušika, što omogućuje postojanje spojeva poput N₂O₅.

U engleskome jeziku, naziv za element 15. skupine je pnictogen /ˈnɪktədʒᵻn/ ili rjeđe pnigogen. Naziv potječe iz starogrčkog πνίγειν (pnígein) "gušiti", što se odnosi na sposobnost plinovita dušika da uguši osobu.^[2]

Poput ostalih skupina, i članovi ove skupine pokazuju sličnosti u svojstvima, poput broja valentnih elekrona, što znači da se slično ponašaju.

Svi elementi imaju 5 elektrona u valentnim ljuskama: 2 elektrona u s podljusci i 3 nesparena elektrona u p podljusci. Potrebna su im 3 elektrona kako bi dostigli pravilo okteta u valentnoj ljusci, te su s toga pretežno trovalentni. najvažniji elementi ove skupine su dušik (N), koji je, kao dvoatomna molekula, glavni sastojak zraka, i fosfor (P), koji, uz dušik, ima ključnu ulogu za sav život na planetu.

Spojevi elemenata dušikove skupine ponekad imaju egzotična svojstva (dijamagnetizam ili čak paramagnetizam na sobnoj temperaturi, prozirnost, i stvaranje električne struje pri zagrijavanju. Spojevi oblika RE_aM_bPn_c; gdje je RE rijetki zemni metal (svi lantanoidi, skandij i itrij); M je element ugljikove ili borove skupine; a Pn je element dušikove skupine osim dušika; imaju neobična vezna svojstva između ionskih i kovalentnih.^[3]

Elementi dušikove skupine iznimno su stabilni u spojevima, jer, zbog svoje elektronske konfiguracije, stvaraju dvostruke i trostruke kovalentne veze. Upravo ovo svojstvo zaslužno je za njihovu potencijalnu toksičnost, najočitiju u spojevima fosfora, arsena ili antimona. Kad njihovi spojevi reagiraju s raznim spojevima unutar ljudskog tijela, stvaraju se slobodni radikali koje jetra ne može lako razgraditi, pa se ondje nakupljaju.

Prva tri elementa dušikove skupine: dušik, fosfor, i arsen imaju oksidacijski broj −3. Antimon i bizmut mogu imati oksidacijski broj +3 (čime gube elektrone p-podljuske) ili +5 (čime gube elektrone p- i s-podljuske).^[4]

Elementi dušikove skupine mogu reagirati s vodikom, pri čemu stvaraju hidride (poput dušikova hidrida odn. amonijaka).

Dušikova skupina sastoji se od dva nemetala (jedan plinovit, drugi krut), dva polumetala, i jednog metala. Svi su elementi krutog agregatnog stanja pri sobnoj temperaturi osim plinovitog dušika. Dušik i bizmut, iako su u istoj skupini, imaju izraženo različita fizikalna svojstva. Na sobnoj temperaturi, na primjer, dušik je proziran nemetalni plin, dok je bizmut srebrna krutina izraženih metalnih svojstava.^[5]

Gustoće elemenata povećavaju se povećanjem periode,^[5] prema tablici^[6]:

Dušik^[7] se dobiva frakcijskom destilacijom zraka.

Fosfor se dobiva redukcijom fosfata uz prisutstvo ugljika u elektrolučnoj peći.^[8]

Arsen se dobivazagrijavanjem minerala arsenopirita uz prisutstvo kisika. Ovo stvara As₄O₆, iz kojeg se ugljikovom redukcijom dobiva arsen. Metalni arsen je moguće dobiti i zagrijavanjem arsenopirita na 650 do 700 °C bez kisika.^[9]

Postoje minerali bizmuta, ali je isplativije dobivati bizmut kao nusprodukt proizvodnje olova.^[10]

• Tekući dušik koristi se kao kriogena tekućina.^[5]
• Dušik, glavni sastojak amonijaka, ključan je za život biljaka.^[5]
• Fosfor se koristi za izradu šibica i eksploziva.^[5]
• Fosfatna gnojiva su ključan dio uzgoja biljaka.^[5]
• Arsen se u prošlosti koristio za izradu zelene boje, no otkrićem njegove toksičnosti, prestao se koristiti za izradu boje.^[5]
• Arsen se u organskim spojevima ponekad koristi u hrani za kokoši.^[5]
• Slitina antimona i olova koristi se u izradi nekih metaka.^[5]
• Prosječni čovjek (70 kg) u tijelu sadrži 1.8 kg dušika, 480 grama fosfora, 7 mg arsena, 2 mg antimona i manje od 500 mikrograma bizmuta.^[11]

Dušik nije otrovan, no udisanje čistog dušika uzrokuje gušenje.^[12] Mjehurići dušika u krvi uzrokuju dekompresijsku bolest. Mnogi spojevi dušika, poput dušikova cijanida ili raznih eksploziva veoma su opasni.^[11]

Bijeli fosfor, alotropska modifikacija fosfora, veoma je otrovan, smrtna doza je 1 milligram po kilogramu tjelesne težine.^[5] Bijeli je fosfor veoma zapaljiv. Neki organski spojevi fosfora mogu blokirati određene enzime ljudskog tijela, što može dovesti do smrti.^[11]

Elementarni arsen je otrovan, kao i mnogi njegovi anorganski spojevi; međutim, neki organski spojevi arsena mogu ubrzati rast kokoši.^[5] Smrtna doza arsena za odraslog čovjeka je 200 milligrama.^[11]

Antimon je blago toksičan.^[12] U većim dozama, antimon uzrokuje povračanje,^[5] nakon čega se žrtva prividno oporavi, no umre nakon par dana. Antimon se veže na enzime, i teško ga je ukloniti iz tijela. Stibin, SbH₃ je znatno toksičniji od čistog antimona.^[11]

Bizmut nije toksičan, no prevelika konzumacija može oštetiti jetru. Samo je jedna osoba umrla od trovanja bizmutom.^[11] Konzumcija topljivih bizmutovih soli može zacrniti zubno meso.^[5]