2. Неметаллы

Неметаллические свойства элементов определяются способностью атомов «принимать» электроны, т.е. проявлять при взаимодействии с атомами других элементов окислительные свойства.

К неметаллам относятся элементы с большой энергией ионизации, большим сродством к электрону и минимально возможным радиусом атома.

Неметаллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол ПС.

22 элемента относят к неметаллам: это H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, а также все галогены и инертные газ

Общая электронная формула атомов неметаллов  ns²np¹⁻⁵

Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов.

Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению высокой окислительной активности и соответствует большому разнообразию степеней окисления неметаллов в соединениях. По мере заполнения наружной электронной оболочки число электронов на внешнем слое у неметаллов растет, а радиус уменьшается, поэтому они в большей степени стремятся присоединять электроны.

В связи с этим, по сравнению с атомами металлов, неметаллы характеризуются:

• более высокими значениями энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности ;

• у них преобладают окислительные свойства, т.е. способность атомов присоединять электроны.

• значения электроотрицательности у неметаллов велики.

• максимальная электроотрицательность у атома фтора.

Окислительные свойства неметаллов зависят от численного значения электроотрицательности атома и увеличиваются в следующем порядке:

Si, B, H, P, C, S, I, Br, N, Cl, O, F

Такая же закономерность в изменении окислительных свойств характерна и для простых веществ соответствующих элементов.

Другая характерная особенность неметаллов - стремление образовывать ковалентные связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. Поэтому и простые вещества и соединения неметаллов имеют ковалентное строение.

Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов, их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов, простые неметаллические вещества, а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.

В соединениях типичных неметаллов с металлами связь по преимуществу ионная, например, в хлориде калия KCl, окиси магния MgO, бромиде алюминия AlBr₃.

Неметаллы существуют в свободном виде как:

газообразные неметаллические простые вещества: азот, водород, фтор, хлор, кислород, инертные газы.

твёрдые -иод, астат, сера,селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор.

При комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.

Атомы неметаллов образуют менее плотно упакованную структуру, чем металлы, в которой между атомами существуют ковалентные связи. В кристаллической решетке неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим твердые вещества-неметаллы в отличие от металлов плохо проводят тепло и электричество, не обладают пластичностью. В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы, горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты.

По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются.

Наиболее распространёнными являются кислород, кремний, водород (O, Si, H).

Наиболее редкими — мышьяк, селен, иод (As, Se, I).

У некоторых неметаллов наблюдается проявление аллотропии.

Аллотропия – это явление существования нескольких простых веществ данного химического элемента, различающихся по свойствам.

Причиной аллотропии может быть разное число атомов в молекуле газообразного простого вещества или разное строение кристаллической решетки твердого вещества.

Для газообразного кислорода характерны две аллотропных модификации — кислород (O₂) и озон (O₃).

Озон при нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.

Простое вещество кислород  - формула O₂ -при нормальных условиях — газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода , в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.

Утвёрдого углерода множествоформ алмаз, астралены, графен, графан, графит, карбин, лонсдейлит, фуллерены, стеклоуглерод, диуглерод. Открыты углеродные наноструктуры: нанопена, наноконусы , нанотрубки, нановолокна и аморфный углерод уже открыты,

Элементарный фосфор в обычных условиях представляет собой несколько устойчивых аллотропических модификаций; обычно выделяют четыре модификации простого вещества — белый, красный, чёрный и металлический фосфор.

Все модификации различаются по цвету, плотности и другим физическим характеристикам; заметна тенденция к резкому убыванию химической активности при переходе от белого к металлическому фосфору и нарастанию металлических свойств.

Химические свойства неметаллов

1. Окислительные свойства неметаллов проявляются при взаимодействии с металлами

4Al + 3C = Al₄C₃

2. Неметаллы играют роль окислителя при взаимодействии с водородом

H₂ + F₂ = 2HF

3. Любой неметалл выступает в роли окислителя в реакциях с теми элементами, которые имеют более низкую ЭО

2P + 5S = P₂S₅

4. Окислительные свойства проявляются в реакциях с некоторыми сложными веществами

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

2FeCl₂ + Cl₂ = 2FeCl₃

5. Все неметаллы выступают в роли восстановителей при взаимодействии с кислородом

4P + 5O₂ = 2P₂O₅

6. Многие неметаллы выступают в роли восстановителей в реакциях со сложными веществами-окислителями

S + 6HNO₃ = H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

7. Наиболее сильные восстановительные свойства имеют углерод и водород

ZnO + C = Zn + CO;

CuO + H₂ = Cu + H₂O

8. Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окислителем, и восстановителем. Это реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования)

Cl₂ + H₂O =HCl + HClO

Соединения неметаллов.

1. Водородные соединения.

С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного типа: H₄R, H₃R, H₂R, HR (кроме ВH₃ или В₂Н₆). В обычных условиях это газы или летучие жидкости. Водные растворы водородных соединений неметаллов могут проявлять и основные свойства (NH₃, PH₃) и кислотные свойства (HF, HCl, H₂S). В периоде с увеличением заряда ядра кислотные свойства водородных соединений неметаллов в водных растворах увеличиваются. В группе с увеличением заряда ядра кислотные и восстановительные свойства водородных соединений неметаллов увеличиваются.

2. Соединения с кислородом.

Кислородные соединения неметаллов проявляют кислотные свойства (за исключением NО, N₂О, СО). Неметаллы при взаимодействии с кислородом (прямом или косвенном) образуют кислотные оксиды, гидроксиды которых проявляют кислотные свойства:

НеМе (Э)→ кислотный (Э_хО_у) → гидроксид (Н_хЭО_у)

оксид кислота

S + O₂ = SO₂; SO₂ + H₂O = H₂SO₃

Кислотные свойства оксидов и гидроксидов в периоде увеличиваются.

SiO₂ – P₂O₅ – SO₃ – Cl₂O₇

H₂SiO₃ – H₃PO₄ – H₂SO₄ – HClO₄

_{---------------------------------------------------------------→}

Кислотные свойства увеличиваются

Кислотные свойства оксидов и гидроксидов в группе уменьшаются.

НNО₃ – H₃PO₄ – H₃ АsO₄

_{-----------------------------------------------------------→}

Кислотные свойства уменьшаются

Если неметалл может образовывать соединения с разными степенями окисления, то свойства соединений будут зависеть от степени окисления элемента. С увеличением степени окисления элемента кислотные свойства соединений увеличиваются:

НС1⁺¹О – НС1⁺³О₂ – НС1⁺⁵О₃ – НС1⁺⁷О₄

хлорноватистая хлористая хлорноватая хлорная

_{--------------------------------------------------------------------------------→}

Кислотные свойства усиливаются