让我们首先回顾一下元素周期表的基础。由德米特里·门捷列夫设计的现代元素周期表，根据原子数排列了所有已知的元素，而每种元素的原子数都是独一无二的。这种排列方式促成了周期表的诞生。那些具有相似性质的元素被归类在同一列中。
> 氮、磷、砷、锑和铋都属于第15族（The Nitrogen Family）。当我们沿着该族向下移动时，元素的性质会经历从非金属到类金属，再到金属的过渡。氮和磷是非金属，砷和锑是类金属，而铋则是典型的金属。
第15族元素的存在形式
- 分子氮占据了大气体积的78%以上。在地壳中，它以硝酸钠（NaNO3，也称智利硝石）和硝酸钾（印度硝石）的形式存在。
- 植物和动物体内都含有以蛋白质形式存在的氮。磷存在于磷灰石族矿物中，这些矿物是磷酸盐岩的主要成分。
- 磷是一种存在于动植物物质中的矿物质。无论在活细胞还是死细胞中，都能发现它的踪迹。牛奶和鸡蛋中都含有磷蛋白。砷、锑和铋最常见的形式是硫化物矿物。
第15族元素的周期性趋势
当我们遍历第15族元素，从最轻的元素开始一直到最重的元素，我们会发现随着列表的向下移动，属性会有一个普遍的变化流向。例如，氮是一种非金属气体，但随着我们在族中向下移动，我们会遇到类金属，最后遇到金属，如铋。这些周期表中的模式有助于我们理解原子的行为，并预测新的元素。
- 电子排布
这些元素价壳层的电子排布为 ns2 np3。这些元素具有完全充满的 s 轨道和半充满的 p 轨道，这使得它们的电子结构非常稳定。
- 原子和离子半径
共价半径和离子（在特定状态下）半径会随着我们在族中向下移动而增大。从 N 到 P，共价半径显著增加。然而，从 As 到 Bi，共价半径的增加幅度较小。这可以通过较重成员中存在完全充满的 d 和/或 f 轨道来解释。
- 电离焓
由于原子尺寸的逐渐增大，电离焓在族中呈下降趋势。第15族元素的电离焓明显高于同周期第14族元素，这是由于其半充满 p 轨道的电子排布更加稳定且尺寸更小。正如预期的那样，连续电离焓的顺序是：
∆H1 < ∆H2 < ∆H3
- 电负性
随着原子尺寸的增加，电负性值通常在族中下降。然而，在较重的元素之间，这种差距并不显著。
物理性质
- 该族的所有元素都是多原子的。除了双原子气体氮气之外，所有其他元素都是固体。
- 随着我们在该族中向下移动，元素的金属特性变得越来越强。氮和磷是非金属，砷和锑是类金属，铋是金属。这是由于原子尺寸的增加和电离焓的降低导致的。
- 一般来说，沸点在族中从上到下依次上升，虽然熔点上升到砷为止，然后下降直到铋。
- 除了氮以外，所有元素都表现出同素异形现象。
化学性质
- 氧化态和化学反应性趋势
这些元素最常见的氧化态是 –3、+3 和 +5。由于尺寸的增加和金属性的增强，表现出 –3 氧化态的趋势在族中向下减弱。铋是该族的最后一个元素，很少生成 –3 氧化态的化合物。+5 氧化态的稳定性随着我们在族中向下移动而降低。BiF5 是唯一被深入研究的 Bi(V) 化合物。随着族的下移，+5 氧化态的稳定性降低，而 +3 态的稳定性增加（由于惰性电子对效应）。当氮与氧结合时，它表现出 +1、+2 和 +4 的氧化态。在一些含氧酸中，磷表现出 +1 和 +4 的氧化态。
由于只有四个轨道（一个 s 和三个 p）可用于成键，氮的最大共价数只能为四。较重的元素在其最外层含有未占据的 d 轨道，可用于成键（共价），从而扩大它们的共价数，如在 PF6- 中所见。
- 氮的异常性质
氮凭借其较小的尺寸、高电负性、高电离焓以及缺乏 d 轨道，区别于该族的其他成员。氮具有独特的能力，可以与自身以及其他富含电负性的小元素（例如 C、O）形成 p-p 多重键。该族中较重的元素则不能形成这种键。