A Família do Nitrogênio corresponde ao grupo 15 (5A) da Tabela Periódica e reúne elementos com cinco elétrons na camada de valência (configuração geral ns² np³). Em função dessa configuração, os pnictogênios podem apresentar uma variedade de estados de oxidação, destacando-se −3, +3 e +5. O estado máximo +5 ocorre quando todos os elétrons de valência participam de ligações, embora a sua estabilidade diminua consideravelmente nos elementos mais pesados devido ao efeito do par inerte. Os compostos do grupo 15, em geral, refletem altas energias de ionização quando comparados a elementos metálicos.
Quem faz parte da Família do Nitrogênio
- Nitrogênio (N) – não-metal, existe como molécula diatômica N₂ com tripla ligação muito forte;
- Fósforo (P) – não-metal, apresenta alotropia (branco, vermelho, negro);
- Arsênio (As) – típico metalóide com diversas formas alotrópicas;
- Antimônio (Sb) – metalóide com caráter metálico acentuado;
- Bismuto (Bi) – metal pesado, preferencialmente no estado de oxidação +3;
- Moscóvio (Mc) – elemento sintético superpesado (antigo ununpentio – Uup), extremamente instável e sem aplicações práticas.
Propriedades gerais e tendências periódicas
- Eletronegatividade e caráter metálico: a eletronegatividade diminui de N para Bi; o caráter metálico aumenta no mesmo sentido. Assim, N e P são não-metais; As e Sb são metalóides; Bi é metal.
- Raios covalentes: aumentam de cima para baixo, o que reduz a força de ligações X–X e X–H ao longo do grupo.
- Estados de oxidação: N e P formam com frequência compostos em +5 e +3 (além de −3 em hidretos e sais); As e Sb alternam entre +3 e +5; Bi favorece +3 (o +5 é menos estável).
- Energia de ionização: elevada quando comparada a metais; decresce moderadamente ao descer no grupo.
Estruturas elementares e alotropia
- Nitrogênio molecular (N₂): única espécie diatômica estável do grupo; a tripla ligação N≡N confere baixa reatividade em condições normais.
- Fósforo: formas branca, vermelha e negra; o fósforo branco é mais reativo e requer cuidados de armazenamento.
- Arsênio, antimônio e bismuto: estruturas em camadas ou metálicas, com condutividade crescente de As para Bi.
Hidretos e variações de estabilidade
Os hidretos do grupo 15 apresentam propriedades que mudam sistematicamente ao descer no grupo:
- NH₃ (amônia): relativamente estável, básica, com forte ligação N–H e ângulo H–N–H em torno de 107°;
- PH₃ (fosfina), AsH₃ (arsina), SbH₃ (estibina) e BiH₃ (bismutina): tornam-se progressivamente menos estáveis, com energias de ligação menores e ângulos mais próximos de 90–95°; AsH₃, SbH₃ e BiH₃ são altamente tóxicos e quimicamente instáveis.
Óxidos, oxoácidos e comportamento ácido-base
- Nitrogênio: forma uma gama ampla de óxidos (NO, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅), além dos ácidos nítrico (HNO₃) e nitroso (HNO₂). Muitos desses óxidos são agentes oxidantes ou envoltos em química atmosférica.
- Fósforo: gera P₂O₃ e P₂O₅ (geralmente descritos por P₄O₆ e P₄O₁₀) e os ácidos fosforoso (H₃PO₃) e fosfórico (H₃PO₄); a química de polímeros de fosfatos é extensa em biologia e indústria.
- As, Sb e Bi: formam óxidos em estados +3 e +5; o caráter anfótero torna-se mais pronunciado para Sb₂O₃, Bi₂O₃, refletindo aumento do caráter metálico.
Reatividade e ligações
- Ligação múltipla: comum para N (N≡N, C≡N, N=O), menos favorável para P, e rara para As, Sb e Bi, que preferem geometrias com pares não ligantes e vínculos simples.
- Com metais: formação de nitretos e fosfetos importantes em materiais avançados; arsenietos, antimoniatos e bismutatos têm aplicações em semicondutores e metalurgia.
Ocorrência, processos e aplicações
- Nitrogênio: principal componente da atmosfera terrestre; convertido em amônia pelo processo Haber-Bosch, base da produção de fertilizantes nitrogenados.
- Fósforo: encontrado em fosfatos minerais (apatita); essencial à vida (DNA, ATP); aplicações em fertilizantes, retardantes de chama, ligas e tratamento de superfícies.
- Arsênio: presente em minerais sulfidetos; usado historicamente em pesticidas e em semicondutores específicos (GaAs); sua toxicidade exige controle rigoroso.
- Antimônio: empregado em ligas endurecedoras, retardantes de chama baseados em Sb e em alguns dispositivos eletrônicos.
- Bismuto: baixa toxicidade relativa entre metais pesados; uso em fármacos (subsalisilato de bismuto), cosméticos, ligas de baixo ponto de fusão e soldas sem chumbo.
- Moscóvio: produzido em traços sob condições laboratoriais; dados de química e aplicações são limitados devido à instabilidade.
Aspectos ambientais e de segurança
- Amônia e óxidos de nitrogênio: essenciais para a agroindústria e processos químicos, porém emissões de NOx afetam a qualidade do ar e promovem chuva ácida e formação de ozônio troposférico.
- Fosfatos: indispensáveis à agricultura; o excesso em cursos d’água causa eutrofização; práticas de manejo e tratamento são fundamentais.
- Arsina (AsH₃), estibina (SbH₃) e bismutina (BiH₃): extremamente tóxicas, exigem monitoração e equipamentos de segurança em qualquer operação laboratorial ou industrial.
FAQ – Perguntas Frequentes sobre a Família do Nitrogênio
Quais são os elementos da Família do Nitrogênio?
Nitrogênio (N), Fósforo (P), Arsênio (As), Antimônio (Sb), Bismuto (Bi) e Moscóvio (Mc) (antigo Uup, sintético e muito instável).
Por que apenas o nitrogênio é diatômico?
Porque a tripla ligação N≡N é excepcionalmente forte e estável. Para P, As, Sb e Bi, os átomos maiores e as ligações mais fracas não favorecem moléculas X₂ estáveis.
O estado de oxidação +5 é sempre estável?
Não. Embora seja possível em vários pnictogênios, sua estabilidade diminui de P para Bi. Em Bi, o estado +3 é o mais comum devido ao efeito do par inerte.
Como variam estabilidade e basicidade dos hidretos?
De NH₃ para BiH₃, as ligações X–H enfraquecem e os ângulos de ligação diminuem; a basicidade cai e a toxicidade aumenta nos hidretos pesados.
Quais são as principais aplicações do grupo 15?
Amônia e derivados em fertilizantes, fosfatos em agricultura e indústria, arsenietos em semicondutores, ligas e materiais específicos de Sb e Bi.