Основные свойства неметаллов

Общая характеристика неметаллов

В процессе изучения химии вы уже познакомились со многими элементами неметаллами и их соединениями. Из известных на сегодняшний день химических элементов двадцать два относятся к неметаллам. Хотя число элементов неметаллов относительно невелико, они входят в состав практически всех органических и неорганических веществ. Вспомните, что самыми распространёнными элементами в земной коре являются неметаллы кислород и кремний.

Если посмотреть положение элементов-неметаллов в периодической системе, то можно увидеть, что  расположены начиная с IIIA группы и заканчивая VIII A группой, справа от линии в направлении от бора к астату. К неметаллам относится и водород.

Число элементов неметаллов в группе увеличивается с номером группы. Так, в III A группе находится только один элемент неметалл – бор,  а VIII A группа полностью состоит из неметаллов. Для некоторых элементов-неметаллов применяются групповые названия. Например, элементы VIII A группы называют благородными газами, элементы VII A группы – галогенами, элементы VI A группы – халькогенами. Элементы, расположенные вдоль условной разграничительной линии: бор, кремний, германий, мышьяк, тэллур, астат часто называют полуметаллами.

Рассмотрим строение внешних электронных оболочек атомов неметаллов. Например, у атома водорода на внешнем электронном слое находится один электрон, у атома гелия два электрона, то есть его электронный слой полностью заполнен, как и у элементов VIII A группы. Атом бора на внешнем энергетическом уровне содержит три электрона и принадлежит к III A группе.

У атомов других неметаллов на внешнем энергетическом уровне содержится от четырех до восьми электронов. Для атомов неметаллов свойственны небольшие радиусы атомов, поэтому они присоединяют недостающие электроны до внешнего энергетического уровня, то есть проявляют окислительные свойства.

Атомы неметаллов в их соединениях с атомами металлов, водорода и других менее электроотрицательных элементов проявляют отрицательные степени окисления, а в соединениях с более электроотрицательными элементами для атомов неметаллов характерны положительные степени окисления.

Например, в соединениях NaCl, H₂S, NH₃, CH₄, неметаллы проявляют отрицательные степени окисления. В соединении NaCl у атома хлора степень окисления -1, в соединении H₂S степень окисления серы -2, в соединении NH₃ степень окисления азота -3, а в соединении CH₄ степень окисления углерода -4.

А в таких соединениях, как HClO, SO₂, NO₂, элементы-неметаллы проявляют положительные степени окисления. В соединении HClO степень окисления хлора +1, в соединении SO₂ степень окисления серы +4, в соединении NO₂ степень окисления азота +4.

Вспомните, исключение составляет лишь фтор, который в соединениях проявляет одну степень окисления – -1.

Физические свойства неметаллов очень разнообразны. При обычных условиях простые вещества неметаллы могут существовать в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Например, водород, азот, кислород, хлор и другие являются газами, бром – жидкостью, а йод, бор, кремний – твёрдые вещества.  Весьма разнообразна и их окраска: красная (у красного фосфора и брома), жёлтая (у серы), фиолетовая (у паров йода), а также и другие физические свойства.

Так, аргон, хлор и сера в твёрдом состоянии являются диэлектриками, кремний – полупроводник, графит – проводник электрического тока.

Температуры плавления их также различны. Например, у графита – 3800 ⁰C, а у азота – 210 ⁰C.

Различие в свойствах неметаллов связано с различным типом кристаллической решётки. У неметаллов она может быть молекулярной, как у кислорода, водорода, азота, серы и др., а также атомной, как у бора, кремния.

Интересно, что в одной из инструкций девятнаццатого века так описано испытание серы на чистоту: «Если ты хочешь испытать серу, хороша она или нет, то возьми кусок серы в руку и поднеси к уху. Если сера трещит так, что ты слышишь её треск, то она хороша, если же сера молчит и не трещит, то она не хороша…» Этот способ не устарел и сейчас: «трещит» только сера, содержащая не более 1%  примесей.

Для многих простых веществ неметаллов известно по нескольку аллотропных модификаций, различающихся по своим физическим свойствам, как например, простые вещества, образуемые углеродом -- графит, алмаз, карбин, фуллерены.

Для кислорода характерны две аллотропные модификации – кислород и озон.

Например, кислород, как и озон является газом, но кислород бесцветный, а озон имеет сине-голубую окраску. Кислород не имеет запаха, а озон имеет резкий запах.

Озон образуется при электрических разрядах, при окислении смолистых органических веществ, при действии ультрафиолетовых лучей на кислород.

Поэтому озон содержится в воздухе после грозы, в сосновых лесах, на морском побережье.

А в лаборатории озон получают в специальных приборах – озонаторах.

Озон – более сильный окислитель, чем кислород, поэтому его используют при отбеливании тканей, дезодорировании жиров и масел, обеззараживании воздуха и воды.

Кроме этого, на высоте 20-25 км озон образует озоновый слой, который задерживает ультрафиолетовые лучи.

Озон относят к переменным составляющим воздуха. Ещё  Лавуазье в восемнадцатом веке установил, что воздух представляет собой смесь газов. Поэтому в настоящее время различают постоянные, переменные и случайные составные части воздуха. 

Постоянные составные части воздуха – это азот, кислород и благородные газы. К переменным составным частям воздуха относят углекислый газ, водяные пары, озон. А к случайным составным частям воздуха относят пыль, различных микроорганизмов и различные другие газы.

Запомните, что молярная масса воздуха – 29 г/моль. Воздух просто необходим для дыхания и фотосинтеза, участвует в процессах разрушения горных пород и почвообразовании.    

Простые вещества неметаллы существенно различаются и по химической активности. Так, элементы VIII A группы – гелий, неон, аргон – образуют практически инертные вещества.

Наиболее химически активными неметаллами являются галогены и кислород. Сера, фосфор, а особенно углерод и кремний, вступают в химические реакции, как правило, только при повышенных температурах.

В химических реакциях неметаллы, кроме фтора, могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Окислительные свойства неметаллов проявляются при их взаимодействии с металлами и водородом. В образующихся соединениях атомы неметаллов проявляют отрицательные степени окисления.

Например, в результате взаимодействия железа и хлора, железо повышает степень окисления с 0 до +3, а хлор понижает с 0 до -1, поэтому хлор является окислителем. В реакции водорода с серой, водород повышает свою степень окисления с 0 до +1, а сера понижает с 0 до -2, поэтому сера является окислителем.

Восстановительные свойства неметаллов проявляются в реакциях с простыми веществами – сильными окислителями, например с кислородом. Так, в реакции кремния с кислородом, кремний повышает свою степень окисления с 0 до +4, а кислород понижает с 0 до -2, поэтому кремний в этой реакции выступает в роли восстановителя.

Поэтому, запомните: элементов неметаллов гораздо меньше, чем металлов, неметаллы расположена в правом верхнем углу по диагонали от бора к астату, на внешнем энергетическом уровне у неметаллов от 4 до 8 электронов, поэтому они являются в основном окислителями, в соединениях для них характерны положительные и отрицательные степени окисления, физические свойства неметаллов весьма разнообразны, для простых веществ неметаллов характерно явление аллотропии, воздух представляет собой смесь газов, его молярная масса 29 г/моль, в химических реакциях неметаллы могут проявлять окислительные и восстановительные свойства.

 0

 3051

Предыдущий урок 14Железо, его соединения

Следующий урок 16Водород. Вода