Nhĩm VA gồm các nguyên tố: Nitơ (N); photpho (P); asen (As); stibi(Sb) và bitmit (Bi). Quan trọng nhất là nitơ, sau đĩ là photpho, cả hai nguyên tố này rất quan trọng đối với sinh vật.
Nguyên tử các nguyên tố nhĩm VA cĩ 5 electron ở lớp vỏ ngồi cùng với cấu hình ns2np3, do đĩ:
- Chúng cĩ thể thu thêm 3 electron để cho ion X3-: X + 3e → X3-
Tuy nhiên, so với các nguyên tố trong nhĩm VIA và VIIA, thì khuynh hướng này thể hiện yếu và khĩ khăn hơn nhiều. Thực tế chỉ thấy ion N3- trong các hợp chất với kim loại hoạt động mạnh, ví dụ Na3N.
- Chúng cũng cĩ khuynh hướng gĩp chung electron, thơng thường là 3 hoặc 5 electron, để tạo nên những liên kết cộng hĩa trị phân cực. Đi từ P đến Bi, độ bền của trạng thái oxi hĩa +3 tăng dần lên, cịn độ bền của trạng thái oxi hĩa +5 giảm xuống. Ba nguyên tố As, Sb, Bi cĩ thể cho một số ion X3+, tuy nhiên các cation này cĩ khuynh hướng thủy phân mạnh: X3+ + 3HOH XO33- + 6H+
Đi từ As đến Bi, cân bằng trên càng chuyển dịch về phía trái. Ngồi ra cịn nhận thấy, sau khi dùng 3 electron cộng hĩa trị, nguyên tử cịn một đơi electron chưa dùng (cịn gọi là đơi electron khơng chia), nên chúng cĩ thể dùng đơi electron này để tạo một liên kết phối trí, ví dụ NH4+.
- Từ P trở xuống, chúng cĩ thể dùng obitan d để hình thành nhiều phân tử hoặc ion mà trên lớp vỏ ngồi cùng cĩ hơn 8 electron. Ví dụ: PCl5, PCl6- (N chỉ cho NCl3).
- Mặt khác, do năng lượng ion hĩa cao, các nguyên tố trong nhĩm này khĩ mất electron để tạo cation. Thực vậy, khơng cĩ cation mang điện tích 5+, Sb và Bi cĩ thể cho cation cĩ điện tích 3+
- Trong nhĩm VA, càng đi xuống, tính khơng kim loại của các nguyên tố càng giảm dần, tính kim loại tăng dần và tăng rất nhanh: N là một khơng kim loại mạnh, As cĩ tính khơng kim loại và kim loại gần bằng nhau, nên nĩ là một á kim, Bi gần như là một kim loại thật sự.
Giống như trong nhĩm IVA, nitơ cĩ khả năng tạo thành liên kết π kiểu p-p, nghĩa là tạo liên bội giống như cacbon, cịn các nguyên tố P, As, Sb và Bi khơng cĩ khả năng tạo liên kết π kiểu đĩ mà cĩ thể tạo thành liên kết π kiểu p → d, nhờ những obitan d trống của chúng. Bởi vậy nitơ tồn tại dạng phân tử N2 với liên kết ba, cịn các nguyên tố khác ở dạng phân tử E4, với những liên kết đơn E-E. Nitơ cịn tạo nên những liên kết bội với
Khả năng tạo mạch E-E là khơng đặc trưng với nitơ, nhưng rất thường gặp ở các nguyên tố cịn lại của nhĩm dưới dạng đơn chất và hợp chất, khả năng đĩ giảm nhanh từ P đến Sb.
Người ta giải thích điều này bằng sự biến đổi năng lượng của liên kết đơn.
E-E N-N P-P As-As Sb-Sb Bi-Bi
Năng lượng liên kết
(kJ/mol) 169 214,6 133,3 126,3 104,6
Như trong nhĩm IVA, số phối trí của các nguyên tố nhĩm VA tăng lên từ N đến Bi. Nitơ tạo nên những hợp chất như NCl3 và NF3, photpho tạo nên PCl3, PF6-, cịn antimon tạo nên anion Sb(OH)6-. Những số phối trí cao của P, As, Sb cĩ thể được làm bền nhờ khả năng tạo liên kết π kiểu p → d của các nguyên tố đĩ.
Các hằng số vật lí quan trọng sau đây:
Nguyên tố N P As Sb Bi
Z 7 15 33 51 83
Cấu hình electron [He]2s22p3 [He]3s23p3 [Ar]4s24p3 [Kr]5s25p 3
[Rn]6s26p 3
Nhiệt độ nĩng chảy -210 0C 44,2 (trắng) 814 (36 atm) 630,5 271
Nhiệt độ sơi -195,8 0C 280 (trắng) 610 (thăng hoa) 1440 1420
Bán kính cộng hĩa trị 0,74 1,10 1,21 1,41 1,52
Năng lượng ion hĩa I1 X
-1e → X+ 14,54 eV 10,9 10,5 8,5 8
Năng lượng ion hĩa I2 29,6 eV 19,6 20,1 18,0 16,6
Năng lượng ion hĩa I3 47,4 eV 30,0 28,0 24,7 25,4
Năng lượng ion hĩa I4 77,4V 51,6 49,9 44,0 45,1
Năng lượng ion hĩa I5 97,8V 65,0 62,5 55,5 55,7
Độ âm điện (Pauling) 3,0 2,1 2,0 1,9 1,9