2.3.1. Елементи-неметали

У простих речовинах атоми неметалів пов'язані ковалентним неполярним зв'язком, завдя­ки чому формується більш стійка електронна система, ніж у ізольованих атомів. При цьому утворюються одинарні (наприклад, у молекулі водню Н₂, галогенів Г₂, Вг₂, І₂), подвійні (мо­лекули 8₂), потрійні (азот ковалентні зв'язки.

Будова неметалів

Прості речовини-неметали можуть мати молекулярну (див. «Хімічний зв'язок. Молекуляр­ні речовини») та атомну будову.

Речовини з атомною будовою утворені довгими ланцюгами атомів (С_ге, В_ге, 8ї_ге). Через вели­ку міцність ковалентних зв'язків, вони, як правило, мають високу твердість, і руйнування цих зв'язків (плавлення, випаровування) відбувається зі значними витратами енергії. Велика кількість таких речовин мають високі температури плавлення й кипіння, однак леткість у них мала (у табл. 2.2 підкреслені символи елементів, що утворюють атомні кристалічні ґратки).

Алотропія

Велика кількість елементів-неметалів утворюють декілька простих речовин — алотропних модифікацій. Цю властивість атомів називають алотропією. Вона може бути пов'язана з різним складом молекул (О₂, О₃) і з різною будовою кристалів. Алотропними модифікація­ми Карбону є графіт, алмаз, карбін, фулерен. Елементи, що мають алотропні модифікації, позначені в таблиці зірочками.

Фізичні властивості неметалів

Більшість неметалів не мають металевого блиску. У речовин-неметалів гама кольорів різ­номанітна: Р, Зе^морф. — червоні; Ваморф. — коричневий; О_2(ж., — блакитний; 8і, Аз_мет. — сірі; Р₄ — блідо-жовтий; І_2(т) — фіолетово-чорний з металевим блиском; Вг₂ — бура рідина; С1_2(г) — жовто- зелений; Г_2(г) — блідо-зелений; 8_8(т) — жовта.

Фізичні властивості неметалів дуже різноманітні, але є і спільні риси. Всі газоподібні ре­човини, рідина бром, а також типові ковалентні кристали — діелектрики. Кристали неплас- тичні, і будь-які деформації викликають руйнування ковалентних зв'язків.

хімічні властивості неметалів

Атоми неметалів і утворені за їх допомогою прості речовини мають як окисні, так і віднов­ні властивості.

• Окисні властивості виявляються під час їх взаємодії з металами:

2^ + 8 = ^₂8, 3Мд + N2 = М^₂,

Ге + 8 = Ге8, 2Ге + 3С1₂ = 2ГеС1₃.

• Окисні властивості неметалів виявляються і в реакціях з воднем, утворюються леткі водневі сполуки:

Н + 8 = Н₂8, Н₂ + С1₂ = 2НС1,

3Н₂ + N2 < *' ^к'^р > 2№Н₃.

• Неметал виступає як окисник у реакціях з неметалами, що мають нижчі значення елек- тронегативності:

2Р + 58 = Р₂8₅, Н₂ + Г₂ = 2НГ, 8 + 3Г₂ = 8Г₆.

• Окисні властивості неметали виявляють і в реакціях із складними речовинами:

і, к-р

280₂ + 0₂ = 280„,

СН₄ + 20₂ = С0₂ + 2Н₂0, 2ГєС1₂ + С1₂ = 2ГеС1₃, 2ГІ + С1₂ = 2КС1. Відновні властивості простих речовин-неметалів:

• По відношенню до Флуору всі неметали (навіть кисень) виявляють відновні властивості.

• Зрозуміло, неметали (крім Флуору) є відновниками під час взаємодії з киснем:

8 + 0₂ = 80₂, і°

N + 0₂ ^ 2Ш , 4Р + 50₂ = 2Р₂0₅, С + 0₂ = С0₂.

• Неметали можуть виступати у ролі відновника в реакціях із складними речовинами- окисниками:

Н₂ + СиО = Си + Н₂0, С + 4НМО₃ = СО₂ + 4МО₂Т + Н₂О.

• Є такі реакції, в яких один і той же неметал виступає одночасно як окисник і як віднов­ник. Це реакції самоокиснення — самовідновлення (диспропорціонування):

0 +1 С1₂ + н₂о ^ неї + неї о, 0 -1 відновник С1+ 1е = СІ , 0 +1 окисник СІ -1е = СІ .

Таким чином, більшість неметалів виступають у хімічних реакціях і як окисники, і як

відновники (відновних властивостей не має тільки Г₂).

Водневі сполуки неметалів

Спільною властивістю усіх неметалів є утворення летких водневих сполук, в яких неметал має найнижчий ступінь окиснення.

Найбільш відомі нам такі речовини: СН₄, №Н₃, Н₂О, Н₂8, НС1. Усі водневі сполуки, що ут­ворені ковалентними полярними зв'язками, мають молекулярну будову і за звичайних умов гази або рідина (вода).

Для водневих сполук характерне різне відношення до води.

Метан практично нерозчинний, амоніак утворює слабку основу — І^Н₃ • Н₂О, а сірководень і галогеноводні утворюють кислоти тієї ж формули, що й самі водневі сполуки.

Якщо порівняти кислотно-основні властивості водневих сполук, утворених неметалами, наприклад, другого (МН₃, Н₂О, НГ) або третього (РН₃, Н₂8, НС1) періодів, то можна дійти висновку про закономірне підсилення їх кислотних властивостей.

Кислотно-основні властивості водневих сполук неметалів в одній підгрупі також відріз­няються. Наприклад, у ряді галогеноводнів НГ, НС1, НВг, НІ міцність зв'язку Е—Н змен­шується, тому що зростає довжина зв'язку. У розчинах ці сполуки повністю дисоціюють — це сильні кислоти, їх сила у підгрупі зростає зверху вниз.

У водневих сполуках збільшуються кислотні і слабшають основні властивості за періодами і головними підгрупами із збільшенням атомних номерів елементів, що їх утворюють.

Оксиди та гідроксиди неметалів

В оксидах неметалів зв'язок між атомами ковалентний, полярний. Серед оксидів з моле­кулярною будовою є газоподібні С0₂, 80₂, ^О, СО, N0, рідкі (леткі) 80₃, ^0₃, тверді (леткі) Р₂0₅, ^0₅. Твердий, дуже тугоплавкий оксид 8і0₂ — речовина з атомною кристалічною ґрат- кою.

Оксиди 8і0₂, ^О, N0, N0^ СО належать до несолетворних. Усі інші оксиди неметалів со­летворні, кислотні і під час розчинення у воді утворюють гідроксиди, які за своїм характером є кислотами.

Кислоти й кислотні оксиди в хімічних реакціях утворюють солі, в яких метал зберігає ступінь окиснення.

+6 80„

+6

-> Мд80

+ Мд(Ме до Н₂ )

Н₂80₄ -

кислота

4

сіль

кислотнии оксид

Оксиди і відповідні їм гідроксиди — кислоти, в яких метал виявляє ступінь окиснення, що дорівнює номеру групи, тобто її вище значення, називають вищими:

+4

8Ю,

+6 80„

сіА

р₂О₅

Н₂8Ї0₃ Н₃Р0₄ Н₂80₄ НС10₄

>

підсилювання кислотних властивостей оксидів кислот у періоді

У межах однієї головної підгрупи, наприклад VI, діє така закономірність зміни властиво­стей вищих оксидів і кислот:

послаблення кислотних властивостей

80₃ ^ Н₂80₄ 8е0₃ ^ Н₂8е0₄ Те0₃ ^ Н₆Те0₆

Способи добування простих і найбільш поширених складних речовин елементів-неметалів у лабораторії та промисловості; найважливіші галузі застосування простих і найбільш по­ширених складних речовин, а також якісні реакції для визначення простих і складних йонів елементів-неметалів ми розглянемо пізніше.