Compara los seis elementos del grupo 15 y aprende a reconocer sus compuestos con fórmulas, ejemplos resueltos y ejercicios.
Qué es la familia del nitrógeno
La familia del nitrógeno ocupa el grupo 15 de la tabla periódica. Sus seis elementos son nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto y moscovio. En la notación antigua se llama grupo VA. Está entre las familias del carbono, grupo 14, y del oxígeno, grupo 16.
Comparten el patrón externo ns²np³: cinco electrones en la última capa. Sus enlaces y propiedades, sin embargo, varían. N y P son no metales; As y Sb son metaloides; Bi es un metal y Mc es un elemento sintético estudiado en cantidades de pocos átomos.
El estado −III aparece en algunas especies, pero no es el único del grupo. Nitratos, fosfatos y distintos haluros permiten comparar estados positivos. Electrones de valencia, estado de oxidación y carga del ion son conceptos diferentes: tener cinco electrones externos no significa recibir siempre otros tres.
Los seis elementos y sus propiedades
Los seis elementos del grupo 15
Elemento
Z
Período
Clase
Configuración del átomo neutro
Nitrógeno (N)
7
2
No metal
[He] 2s² 2p³
Fósforo (P)
15
3
No metal
[Ne] 3s² 3p³
Arsénico (As)
33
4
Metaloide
[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³
Antimonio (Sb)
51
5
Metaloide
[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³
Bismuto (Bi)
83
6
Metal
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³
Moscovio (Mc)
115
7
Sintético; metal previsto
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p³ (predicha)
Z cuenta protones; el átomo neutro tiene también Z electrones. Los corchetes abrevían la configuración de un gas noble. Por ejemplo, [Ne] representa diez electrones.
Datos físicos y sus condiciones
La masa atómica relativa no tiene unidades; g/mol es unidad de masa molar. Se muestran datos de referencia de RSC, salvo la densidad del N₂ gaseoso, tomada de Air Products con temperatura y presión explícitas. Las densidades de los sólidos dependen de su forma cristalina y de la temperatura.
Propiedades de referencia y excepciones
Elemento
Masa atómica relativa
Densidad (g/cm³)
Fusión (°C)
Ebullición (°C)
N
14,007
0,00116 (gas, 20 °C, 1 atm)
−210,0
−195,795
P
30,974
1,823 (fósforo blanco)
44,15
280,5
As
74,922
5,75
Sublima ≈616
Sin ebullición normal
Sb
121,760
6,68
630,628
1587
Bi
208,980
9,79
271,406
1564
Mc
[289]
Desconocida
Desconocida
Desconocida
Nitrógeno: el líquido en ebullición a 1 atm tiene densidad aproximada de 0,8085 g/cm³; no es el dato del gas a temperatura ambiente. Sus cambios de estado se indican a presión atmosférica. Datos por fase.
Fósforo: densidad y temperaturas corresponden al fósforo blanco; no deben aplicarse automáticamente al rojo o al negro. Arsénico: a presión atmosférica sublima cerca de 616 °C, sin una fase líquida intermedia. La fusión del As requiere otras condiciones de presión.
Moscovio: [289] indica el número másico de un isótopo elegido como referencia en RSC. No es masa atómica estándar. Los datos macroscópicos desconocidos y la configuración predicha se distinguen de las mediciones de los otros elementos.
Ejemplos y aplicaciones de cada elemento
Nitrógeno (N)
El nitrógeno del aire se encuentra principalmente como N₂, un gas incoloro e inodoro que representa aproximadamente el 78 % del aire seco en volumen. Su enlace triple contribuye a que reaccione lentamente en muchas condiciones ordinarias, pero no es absolutamente inerte. Sus compuestos incluyen amoníaco, óxidos, ácidos y nitratos. El nitrógeno líquido se utiliza en refrigeración y conservación de muestras; su contacto puede causar lesiones por frío y, al evaporarse en un espacio cerrado, puede desplazar el oxígeno.
El fósforo presenta varios alótropos, entre ellos blanco, rojo y negro. Los datos físicos de la tabla corresponden al blanco, no a todas sus formas. En las cerillas de seguridad, el fósforo rojo se encuentra en la superficie de frotamiento de la caja. El blanco ha tenido usos militares como agente incendiario y generador de humo, y en dispositivos de señalización; es una aplicación distinta de la de los fosfatos. También se emplea fósforo en la industria del acero. Los fosfatos intervienen en fertilizantes y cerámicas; el fosfato de calcio es un ejemplo relacionado con porcelanas finas.
NPK designa nitrógeno, fósforo y potasio, tres nutrientes importantes para las plantas. El P también forma parte de los fosfolípidos y del esqueleto de fosfatos del ADN y del ARN. Esas biomoléculas contienen fósforo combinado, no pequeños fragmentos del elemento.
Además de +III y +V, el P presenta otros estados: +I en H₃PO₂ y −III en la asignación convencional de PH₃. Estructuras de oxoácidos de fósforo.
Arsénico (As)
El arsénico gris es un sólido quebradizo con brillo metálico. Se encuentra principalmente combinado en minerales, no como grandes depósitos de elemento puro en el agua. Procesos geológicos pueden liberar compuestos de arsénico a aguas subterráneas. La exposición prolongada al arsénico inorgánico del agua es perjudicial para la salud. Entre los estados de oxidación habituales figuran −III, +III y +V; no se deben confundir con cargas presentes de la misma manera en todos sus minerales.
OMS · Arsénico en el agua. As₂O₃ se ha utilizado en la fabricación de vidrio; As₂S₃ tiene usos históricos como pigmento y en pirotecnia, y As₂S₅ aparece en documentación industrial de pigmentos. Son compuestos distintos y esas aplicaciones no implican que sean inocuos. Aplicaciones industriales documentadas.
Antimonio (Sb)
El antimonio es un sólido plateado y quebradizo. Participa en aleaciones, por ejemplo con plomo, para modificar propiedades mecánicas. Sus compuestos se emplean en pinturas, esmaltes, cerámicas y materiales retardantes de llama. El trisulfuro, Sb₂S₃, también ha tenido aplicaciones pirotécnicas. Un uso del compuesto no equivale a usar antimonio metálico. En SbCl₃ el estado de oxidación es +III; en SbCl₅, +V.
El bismuto es un metal plateado con un matiz rosado. Los colores iridiscentes de algunos cristales están asociados a una película superficial de óxido; no describen un color único del metal puro. Tiene aplicaciones en aleaciones de bajo punto de fusión y en distintos compuestos. En medicamentos como ciertas presentaciones de Pepto-Bismol, el principio activo es subsalicilato de bismuto: un compuesto, no una porción de metal. Son habituales los compuestos de Bi(III); Bi(V) existe en especies determinadas, sin que toda fórmula formal sea estable.
El moscovio completa el grupo 15. Se produce artificialmente y solo se han obtenido cantidades de muy pocos átomos, con isótopos radiactivos de vida corta. Sus aplicaciones se limitan a investigación. La configuración de la tabla es predicha; sus propiedades macroscópicas de fusión, ebullición y densidad se desconocen. [289] es el número másico de un isótopo elegido como referencia, no una masa atómica estándar.
Estas fórmulas describen minerales con arsénico. No significan que todos sean arsénico puro ni que el As tenga la misma asignación electrónica en cada estructura.
Ejemplos de minerales con arsénico
Mineral
Fórmula ideal o descripción
Distinción
Arsenopirita
FeAsS
Contiene hierro, arsénico y azufre.
Löllingita
FeAs₂
Arseniuro de hierro.
Niquelina (nicolita)
NiAs
Arseniuro de níquel.
Gersdorfita
NiAsS
Sulfarseniuro: también contiene azufre.
Saflorita
CoAs₂; puede contener Fe
Ejemplo de diarseniuro de cobalto.
Skutterudita / nombre histórico esmaltita
Arseniuros de Co con sustituciones de Ni y Fe
«Esmaltita» no basta para asignar sin matices la fórmula fija CoAs₂.
Estos 26 ejemplos reúnen óxidos, ácidos, sales y haluros. La fórmula empírica da una proporción; no siempre representa una molécula aislada. Los estados físicos y la estabilidad también dependen de las condiciones.
Los siguientes casos sirven para distinguir una cuenta formal de la evidencia de una sustancia aislada. No forman una lista de cuatro reactivos corrientes.
Formulación de bromuro de arsénico(V) · AsBr₅
Asignar −I a cinco Br exige As(+V) en una fórmula neutra. Ese cálculo, o su aparición en un modelo computacional, no acredita una sustancia aislada. Se utiliza aquí como ejercicio formal, no como ejemplo de bromuro corriente.
Cinco I con −I darían As(+V). No basta sustituir Cl por I en AsCl₅ para concluir que se obtiene un pentayoduro estable. Para reconocer un yoduro de arsénico acreditado en esta colección, utiliza AsI₃.
Se ha documentado estabilización como aducto con éter, SbBr₅·(C₂H₅)₂O. La presencia de esa molécula acompañante importa: no equivale a demostrar un frasco de SbBr₅ puro y estable en cualquier condición.
La cuenta de oxidación daría Sb(+V), pero una fórmula nominal o calculada no demuestra aislamiento ni estabilidad. Este caso se limita a formulación; el yoduro de antimonio(III), SbI₃, sí figura entre los compuestos identificados.
N es el símbolo del elemento; N₂ es la molécula diatómica que predomina en el aire. N³⁻ representa un ion nitruro, con tres electrones más que el átomo neutro.
El nitruro tiene 7 protones y 10 electrones. No es la especie que constituye el 78 % del aire.
Al dividir entre dos se obtiene la proporción mínima de P y O. P₂O₃ y P₂O₅ son escrituras empíricas habituales.
Simplificar una proporción no reduce físicamente una molécula a la mitad. P₄O₁₀ tampoco describe por sí solo todas las estructuras sólidas posibles del óxido(V).
El primer dato corresponde al líquido en su ebullición a 1 atm; el segundo, al gas a 20 °C y 1 atm. Un cm³ contiene aproximadamente 0,8085 g o 0,00116 g, respectivamente.
Son estados y temperaturas distintos. Un dato de densidad sin esas condiciones puede inducir a error.
Vertido de un líquido y formación de una nube blanca alrededor del recipiente.Cerilla encendida. En las cerillas de seguridad, el fósforo rojo está en la superficie de encendido de la caja.Líquido turbio con partículas visibles. El arsénico disuelto no se reconoce a simple vista; su detección requiere análisis.Fragmento rocoso con zonas de distinto color y brillo.Formas escalonadas y reflejos de varios colores en una superficie brillante.
Errores frecuentes
Confundir el grupo 15 con cinco elementos. También incluye al moscovio.
Afirmar que todos actúan siempre en −III. Los ejemplos incluyen estados positivos y negativos.
Usar la densidad del nitrógeno líquido para el gas. Deben indicarse fase, temperatura y presión.
Asignar al fósforo rojo las propiedades térmicas del blanco. Son formas alotrópicas distintas.
Llamar ebullición a la sublimación del arsénico. A presión atmosférica pasa directamente de sólido a gas.
Contar P₂O₅ como molécula por defecto. Es una fórmula empírica; una forma molecular es P₄O₁₀.
Presentar cualquier pentahaluro como sustancia estable. AsCl₅ exige bajas temperaturas; otros casos solo se tratan como formulaciones o aductos.
Confundir un medicamento con bismuto metálico. El subsalicilato de bismuto es un compuesto.
Ocho ejercicios para practicar
1. Nombra los seis elementos del grupo 15.
Ver respuesta
N, P, As, Sb, Bi y Mc: nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto y moscovio.
2. ¿Cuántos electrones tiene N³⁻?
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7 + 3 = 10 electrones; conserva 7 protones.
3. Calcula el estado de oxidación de N en N₂O₅.
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2x + 5(−2) = 0; x = +5.
4. ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en Mg₃(PO₄)₂?
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Ocho: el 2 exterior multiplica los cuatro O de cada grupo. También hay 2 P y 3 Mg.
5. ¿P₂O₅ es necesariamente una molécula aislada con siete átomos?
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No. Es una fórmula empírica; P₄O₁₀ es una forma molecular conocida del óxido.
6. Calcula la masa de 10 cm³ de N₂ gaseoso a 20 °C y 1 atm, con ρ = 0,00116 g/cm³.
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m = ρV = 0,00116 × 10 = 0,0116 g. No se debe usar la densidad del nitrógeno líquido.
7. ¿Dónde está el fósforo rojo en una cerilla de seguridad?
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En la superficie de frotamiento de la caja; no debe atribuirse por defecto a la cabeza de la cerilla.
8. ¿Qué ocurre con el arsénico cerca de 616 °C a presión atmosférica?
Ver respuesta
Sublima, pasando de sólido a gas. No se trata de una ebullición normal con líquido intermedio.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Colección y ejercicios desarrollados por Editorial Ejemplode. Datos elementales de RSC; fuentes específicas para fases del nitrógeno, minerales, compuestos y aplicaciones.
