第15族元素のソースを表示

{{出典の明記|date=2022年12月}}
{| class="infobox" style="background-color: white; text-align: center"
|-
| [[元素の族|'''族''']] || [[第14族元素|←]] '''15''' [[第16族元素|→]]
|-
| style="width:40%" | [[元素の周期|'''周期''']]
|
|-
| [[第2周期元素|'''2''']]
| style="background-color: #a0ffa0" | {{small|7}} <br />[[窒素|N]]
|-
| [[第3周期元素|'''3''']]
| style="background-color: #a0ffa0" | {{small|15}} <br />[[リン|P]]
|-
| [[第4周期元素|'''4''']]
| style="background-color: #cc9" | {{small|33}} <br />[[ヒ素|As]]
|-
| [[第5周期元素|'''5''']]
| style="background-color: #cc9" | {{small|51}} <br />[[アンチモン|Sb]]
|-
| [[第6周期元素|'''6''']]
| style="background-color: #cc9" | {{small|83}} <br />[[ビスマス|Bi]]
|-
| [[第7周期元素|'''7''']]
| style="background-color: #cc9" | {{small|{{Color|red|115}}}}<br />[[モスコビウム|Mc]]
|}

'''第15族元素'''（だいじゅうごぞくげんそ）は、[[周期表]]において第15族に属する[[窒素]]・[[リン]]・[[ヒ素]]・[[アンチモン]]・[[ビスマス]]・[[モスコビウム]]のこと。'''窒素族元素'''、'''V族元素'''（ごぞくげんそ）、'''プニクトゲン''' （または'''ニクトゲン'''、pnictogen）とよばれることもある。プニクトゲンの名はギリシャ語のπνίγειν(pnigein)が語源で、窒素の特性である「窒息する」を意味する。

15族は窒素族とも呼ばれるが、特にプニクトゲンと呼ぶ場合は窒素(N)を除外する。これは窒素が非金属であるのに対し、他の元素(P、As、Sb、Bi)は半金属元素であり特性が異なるためである。

これらの[[単体]]は古くから知られており、ヒ素、アンチモン、ビスマスは近代以前に知られていた。リンが17世紀、窒素は18世紀の発見である。

== 性質 ==
第15族元素は価電子に ns<sup>2</sup>np<sup>3</sup> の5電子を持つ電子構造を有する。

{| class="wikitable"
!!![[窒素]]<br /><chem>_{7}N</chem>!![[リン]]<br /><chem>_{15}P</chem>!![[ヒ素]]<br /><chem>_{33}As</chem>!![[アンチモン]]<br /><chem>_{51}Sb</chem>!![[ビスマス]]<br /><chem>_{83}Bi</chem>!![[モスコビウム]]<br /><chem>_{115}Mc</chem>
|-
|[[電子配置]]||<chem>[He]{}2s^{2}{}2p^{3}</chem>||<chem>[Ne]{}3s^{2}{}3p^{3}</chem>||<chem>[Ar]{}3d^{10}{}4s^{2}{}4p^{3}</chem>||<chem>[Kr]{}4d^{10}{}5s^{2}{}5p^{3}</chem>||<chem>[Xe]{}4f^{14}{}5d^{10}{}6s^{2}{}6p^{3}</chem>||<chem>[Rn]{}5f^{14}{}6d^{10}{}7s^{2}{}7p^{3}</chem>
|-
|第1イオン化エネルギー<br />(kJ·mol<sup>−1</sup>)||1402||1012||947||834||703|| -
|-
|電子付加エンタルピー<br />(kJ·mol<sup>−1</sup>)||-||-||-||103.23895||-|| -
|-
|電子親和力<br />(kJ·mol<sup>−1</sup>)||-6.75 ||72.0 ||-||-||-|| -
|-
|電気陰性度<br />(Allred-Rochow)||3.07||2.06||2.20||1.82||1.67|| -
|-
|イオン半径<br />(pm, M<sup>3−</sup>)||132（4配位）||-||-||-||-|| -
|-
|イオン半径<br />(pm, M<sup>3+</sup>)||-||58（6配位）||72（6配位）||90（6配位）||117（6配位）<br />131（8配位）|| -
|-
|イオン半径<br />(pm, M<sup>5+</sup>)||27（6配位）||31（4配位）||48（4配位）<br />60（6配位）||74（6配位）||90（6配位）|| -
|-
|共有結合半径<br />(pm)||75||106||119||138||146|| -
|-
|van der Waals半径<br />(pm)||155||180||185||-||-||-
|-
|融点<br />(K)||63.14 (N<sub>2</sub>)||44.1||1090 (3.6 MPa)||903.78||544.4||-
|-
|沸点<br />(K)||77.35 (N<sub>2</sub>)||280||887（昇華）||1860||1837||-
|-
|還元電位 ''E''<sup>0</sup> (V)||-||-||+0.25 (M<sup>3+</sup>/M)||+0.21(M<sup>3+</sup>/M)||+0.32(M<sup>3+</sup>/M)||-
|}

[[File:Stickstoff-gruppe.jpg|300px|thumb|ニクトゲン元素のサンプル]]
第15族元素単体のうち、[[窒素]]のみが常温で気体であり、ほかは固体である。また窒素と[[リン]]の価電子は[[混成軌道]]を形成し、共有結合物質として振舞う。一方、第4周期の[[ヒ素]]より周期の大きい単体は、共有結合性と金属との性質を併せ持つ物性を示し[[半金属]]と呼ばれる。これらのヒ素、[[アンチモン]]、[[ビスマス]]は混成軌道を形成するよりは、2つの電子が占有したs軌道と、3つの1つずつ電子が存在するp軌道として振舞うので、酸化数は+3と+5が安定である。

第15族元素の一部は[[炎色反応]]を示す。
{| class="wikitable"
|-
!リン<br />（リン酸イオン）!!ヒ素!!アンチモン
|-
|淡青色||淡青色||淡青色
|}

第15族元素は半導体デバイスにおいて重要な役割を演じる。第14族元素の真性半導体に対して、第15族元素と第13族元素の化合物から形成される半導体を[[III-V族半導体]]と呼ぶ。III-V族半導体のバンドギャップは可視光領域に相当するため、[[発光ダイオード]]・[[半導体レーザー]]など光デバイスの素材として重要である。また、真性半導体に第15族元素を微量ドーピングすることで[[N型半導体]]を形成する。

== 水素化物 ==
第15族元素は一般式 MH<sub>3</sub> で示される水素化物を形成する。いずれの水素化物も三角錐状の構造をとるが、[[アンモニア]]のみが傾向よりも高い沸点を示し、[[水素結合]]を形成する性質を有する。

===水素化物の種類===
* [[アンモニア]] NH<sub>3</sub>
* [[ホスフィン]] PH<sub>3</sub>
* [[アルシン]] AsH<sub>3</sub>
* [[スチビン]] SbH<sub>3</sub>
* [[ビスムチン]] BiH<sub>3</sub>

== 酸化物 ==
窒素とリンは多様な酸化状態を持つ酸化物を形成するが、窒素は酸化数が大きいほど自由エネルギーが大きく不安定であり、酸化数0の単体窒素が最も自由エネルギーが小さくて安定な為、窒素酸化物は酸化剤として利用されるものが多い。一方、リンの酸化物はいずれも単体リンよりも自由エネルギーが小さく、酸化数が大きいものほど自由エネルギーが小さくて安定である。それゆえリンの酸化物は酸化剤としては利用されない。

一方、ヒ素、アンチモン、ビスマスは酸化数+5に比べ+3が安定化しているので、いずれも一般式 M<sub>2</sub>O<sub>3</sub> で表される酸化物が安定である。

== ハロゲン化物 ==
第15族元素は一般式 MX<sub>3</sub> もしくは MX<sub>5</sub> で表されるハロゲン化物などを生成する。

{| class="wikitable"
!rowspan="2"|&nbsp;||colspan="2"|[[窒素]]||colspan="3"|[[リン]]||colspan="2"|[[ヒ素]]||colspan="2"|[[アンチモン]]||[[ビスマス]]
|-
!'''NX<sub>3</sub>'''||その他||'''PX<sub>3</sub>'''||'''PX<sub>5</sub>'''||その他||'''AsX<sub>3</sub>'''||'''AsX<sub>5</sub>'''||'''SbX<sub>3</sub>'''||'''SbX<sub>5</sub>'''||'''BiX<sub>3</sub>'''
|-
|[[フッ素|フッ化物]]||[[三フッ化窒素]]<br />'''NF<sub>3</sub>'''||'''N<sub>2</sub>F<sub>4</sub>'''<br />'''''trans''-N<sub>2</sub>F<sub>2</sub>'''<br />'''''cis''-N<sub>2</sub>F<sub>2</sub>'''||[[三フッ化リン]]<br />'''PF<sub>3</sub>'''<br />気体<br />bp 171 K||[[五フッ化リン]]<br />'''PF<sub>5</sub>'''<br />気体<br />bp 188.6 K||&nbsp;||[[三フッ化ヒ素]]<br />'''AsF<sub>3</sub>'''||[[五フッ化ヒ素]]<br />'''AsF<sub>5</sub>'''||[[三フッ化アンチモン]]<br />'''SbF<sub>3</sub>'''<br />無色固体||[[五フッ化アンチモン]]<br />'''SbF<sub>5</sub>'''<br />粘稠液体||[[三フッ化ビスマス]]<br />'''BiF<sub>3</sub>'''<br />白色固体
|-
|[[塩素|塩化物]]||[[塩化窒素]]<br />'''NCl<sub>3</sub>'''||[[四塩化二窒素]]<br />'''N<sub>2</sub>Cl<sub>4</sub>'''||[[三塩化リン]]<br />'''PCl<sub>3</sub>'''<br />液体<br />bp 349 K||[[五塩化リン]]<br />'''PCl<sub>5</sub>'''<br />固体<br />433 K 昇華||[[四塩化二リン]]<br />'''P<sub>2</sub>Cl<sub>4</sub>'''<br />固体<br />mp 453 K||[[三塩化ヒ素]]<br />'''AsCl<sub>3</sub>'''<br />液体||（存在せず）||[[三塩化アンチモン]]<br />'''SbCl<sub>3</sub>'''||[[塩化アンチモン#塩化アンチモン(V)|五塩化アンチモン]]<br />'''SbCl<sub>5</sub>'''||[[三塩化ビスマス]]<br />'''BiCl<sub>3</sub>'''<br />白色固体
|-
|[[臭素|臭化物]]||[[臭化窒素]]<br />'''NBr<sub>3</sub>'''||&nbsp;||[[三臭化リン]]<br />'''PBr<sub>3</sub>'''<br />液体<br />bp 446 K||[[五臭化リン]]<br />'''PBr<sub>5</sub>'''<br />黄色固体<br />mp 373 K||&nbsp;||[[三臭化ヒ素]]<br />'''AsBr<sub>3</sub>'''<br />無色固体||（存在せず）||[[三臭化アンチモン]]<br />'''SbBr<sub>3</sub>'''||（存在せず）||[[三臭化ビスマス]]<br />'''BiBr<sub>3</sub>'''<br />黄色固体
|-
|[[ヨウ素|ヨウ化物]]||[[ヨウ化窒素]]<br />'''NI<sub>3</sub>'''||&nbsp;||[[三ヨウ化リン]]<br />'''PI<sub>3</sub>'''<br />暗赤色固体<br />mp 334 K||（存在せず）||[[四ヨウ化二リン]]<br />'''P<sub>2</sub>I<sub>4</sub>'''<br />橙色固体<br />mp 398 K||[[三ヨウ化ヒ素]]<br />'''AsI<sub>3</sub>'''<br />赤色固体||（存在せず）||[[三ヨウ化アンチモン]]<br />'''SbI<sub>3</sub>'''||（存在せず）||[[三ヨウ化ビスマス]]<br />'''BiI<sub>3</sub>'''<br />黒色固体
|}

リンのハロゲン化物は、[[有機化学]]において[[ヒドロキシ基]]、[[カルボン酸]]を相当するハロゲン基、酸ハロゲン化物に変換する試薬として利用される。

==関連項目==
* [[プニクトゲン間化合物]]
* [[元素の族]]
* [[周期表]]
* [[窒化物]]
* [[半導体]]

{{周期表 (ナビゲーション)}}
{{元素周期表}}

{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:たい15そくけんそけんそ}}
[[Category:ニクトゲン|*]]
[[Category:周期表の族|#15]]