Лекція 1

ХФ (лекція)

Тема Загальні властивості неметалів

Загальна характеристика елементів-неметалів

У періодичній системі Д. І. Менделєєва елементи-неметали містяться у її правій верхній частині. Межа проходить по умовній лінії, яка з'єднала б елементи Бор і Астат.

Елементи-неметали належать до р-елементів, за виключенням Гідрогену і Гелію, які є s-елементами (s¹ і s²).

Усі неметалічні р-елементи мають загальні властивості, бо структура зовнішнього електронного шару їхніх атомів подібна: ns2np^1-5. У елементів благородних газів, на відміну від типових неметалів, р-підрівень завершений (має шість електронів) ns²np⁸. Це зумовлює вкрай низьку їхню реакційну здатність, і тому благородні гази не відносять до типових неметалів.

Такі особливості в будові атомів неметалів, а саме наявність неспарених електронів визначає здатність елементів приєднувати електрони до завершення енергетичного рівня. Тому в елементів-неметалів переважають окиснювальні властивості і в сполуках з гідрогеном та металами вони мають негативні ступені окиснення. Залежність між будовою зовнішнього електронного рівня й ступенем окиснення елементів-неметалів відображено у таблиці 1.

У властивостях неметалів, незважаючи на подібність у будові валентних рівнів, більше різного, ніж спільного. Зазначимо, що всі елементи-неметали, які починають підгрупи, тобто елементи 2-го періоду, різко відрізняються від інших елементів підгрупи і групи. Це пояснюється тим, що атоми цих елементів мають найменший радіус і найбільше значення електронегативності.

Елементи будь-якої групи неметалів утворюють хімічні зв'язки як за рахунок s- та p-електронів, так і за рахунок d-електронів. Тому вони можуть мати ступені окиснення, більші за кількості неспарених електронів.

Для прикладу зіставимо електронні конфігурації атомів Нітрогену 1s²2s²2p³ й Фосфору 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

Із малюнка видно, що атоми Нітрогену і Фосфору у нормальному (незбудженому) стані мають по три неспарених електрони й тому можуть утворювати по три ковалентних зв'язки. Крім того, за рахунок відповідно 2s- та 3s-орбіталей інколи утворюється четвертий зв'язок за донорно-акцептор-ним механізмом. Тому Нітрогену і Фосфору відповідають сполуки: аміак NH₃ та іон амонію NH₄⁺, фосфін РН₃ й іон фосфонію РН₄⁺_. Крім того, атом Фосфору у збудженому стані має п'ять неспарених електронів, що відповідає валентності п'ять. Ось чому атоми Фосфору в молекулі ортофосфорної кислоти (в іоні РO₄^3-) мають валентність 5 і ступінь окиснення + 5. В той же час атом Нітрогену в молекулі азотної кислоти (в іоні NO₃^- ) має валентність 4, а ступінь окиснення + 5.

Різниця у будові зовнішніх електронних шарів неметалічних елементів відбивається на їхніх властивостях, а саме на здатності приєднувати електрони. У підгрупах вона поступово зменшується відповідно до зменшення електронегативності, але зростає здатність елементів віддавати електрони, набуваючи при цьому позитивні ступені окиснення (табл. 1). Значення позитивного ступеня окиснення елементів змінне, що великою мірою залежить від атомів-партнерів, з якими реагуватиме неметал.

Електронегативність елементів визначає тип хімічного зв'язку. Ті елементи-неметали, які розміщені ближче до центру періодичної системи, утворюють тільки ковалентні сполуки, наприклад: ВС1₃, SiH₄, NO₂. Більш електронегативні неметалічні елементи, розміщені справа в періодичній системі, утворюють як ковалентні сполуки: ОF₂, Н₂О, SО₂, так і іонні сполуки: LіF, NаСІ. Характерними для неметалів є ковалентні сполуки.

Нарешті відзначимо, що атоми неметалів входять до складу комплексних сполук, наприклад: [Сu(NН₃)₄]SО₄, Nа₂[Сu(ОН)₄].

Із наведеного вище можна зробити висновки:

1. Неметалічні елементи у періодичній системі містяться головних підгрупах IV—VII груп, лише Бор — у III групі. Вони займають верхню праву частину періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва (від умовної лінії «Бор — Астат»).

2. Елементи-неметали відносять до р-елементів, крім Гі,рогену і Гелію. На р-орбіталях міститься від 1 до 5 електронів. Структури зовнішніх електронних рівнів подібні, тому властивості їх аналогічні.

3. Загальні властивості неметалів: -переважають окиснювальні властивості;

-характерний ковалентний зв'язок, а отже, й ковалентні сполуки.

4. Неметалічні властивості елементів закономірно змінюються в періодах та головних підгрупах періодичної системи.

5. Кожний перший елемент підгруп неметалів значно від рівняється від інших елементів своїми властивостями. Це взагалі особлива властивість елементів 2-го періоду. Вона пояснюється малими радіусами атомів і відповідно великими значеннями електронегативності.

6. Неметалічні елементи за властивостями більше різняться між собою, ніж подібні.