1Загальна характеристика неметалічних елементів. Неметали як прості речовини, явище алотропії. Основні фізичні і хімічні властивості неметалів. Поширення неметалічних елементів у природі, застосування неметалів

Хімічні елементи можна умовно поділити на дві групи: металічні та неметалічні елементи. Така класифікація ґрунтується на найтиповіших фізичних і хімічних ознаках простих речовин утворених цими елементами. У періодичній системі хімічних елементів неметалічні елементи розміщені в кінці періодів. До них належать: Гідроген, Гелій, Бор, Карбон, Нітроген, Оксиген, Флуор, Неон, Силіцій, Фосфор, Сульфур, Хлор, Аргон, Арсен, Селен, Бром, Телур, Йод, Астат, та інші інертні елементи. Це ρ-елементи, за винятком Н і Не, які належать до s – елементів. Які ж ознаки за своєю сукупністю дають можливість найкраще пізнати хімічний елемент з неметалічним характером? Типовою для них є здатність бути в реакціях окиснювачами. На зовнішньому енергетичному рівні атоми неметалічних елементів мають, як правило, понад 4 електрони. Майже всі вони можуть приєднувати певну кількість електронів і перетворюватися на негативно заряджені йони – аніони. Здатність атомів неметалічних елементів приєднувати електрони або зміщувати їх у свій бік зростає у групі знизу догори, а в періоді – зліва направо. Тому найтиповіший неметалічний елемент перебуває у правому верхньому куті періодичної системи. Це – Флуор. Кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні збігається з номером групи. Неметалічні елементи одної групи головної підгрупи мають однакову будову зовнішнього енергетичного рівня. Вищі оксиди неметалічних елементів є кислотними оксидами. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном при звичайних умовах – газоподібні речовини.

Прості речовини утворені атомами неметалічних елементів, мають загальну назву неметали. До неметалів належать фосфор, сірка, графіт, бром, йод, кисень, водень, кремній тощо. Неметалів значно менше, ніж металів. Назви простих речовин часто збігаються з назвами тих елементів, якими вони утворені. Слід пам’ятати, що назва елемента пишеться з великої літери, а назва простої речовини – з малої.

Алотропія — явище, коли хімічний елемент існує у вигляді двох або кількох простих речовин. Такпроста речовина кисень O₂ і проста речовина озон O₃ є алотропічними видозмінами елементу оксигену.Вуглець, фосфор, сірка і інші елементи також утворюють алотропічні видозміни. Алотропічні видозміни, або модифікації, обумовлюються або різною кількістю атомів у молекулах, або різною кристалічною будовою твердих тіл, що складаються з атомів того самого хімічного елементу. Явищами алотропії пояснюється і той факт, що простих речовин відомо значно більше, ніж хімічних елементів. Відомо понад 400 простих речовин, а хімічних елементів — лише 118.

Елемент	Форма
Карбон	алмаз (sp3-гібридизація) Лонсдейліт (sp3-гібридизація) графіт (sp2-гібридизація) аморфний вуглець фулерени, зокрема C60 (sp2-гібридизація) . вуглецеві нанотрубки (sp2-гібридизація) карбін — лінійна форма (sp-гібридизація)
Фосфор:	Білий P4 Червоний — полімер Фіолетовий Чорний — напівпровідник, аналог графіту Аморфний
Оксиген:	кисень, O2 — компонент повітря, безбарвний озон, O3 — голубий газ
Сірка:	Аморфна — полімер Ромбічна, S8 Моноклінна Метастабільні циклічні форми S7 і S12
Селен:	Червоний, Se8 Сірий, полімерний Чорний

Основні фізичні і хімічні властивості неметалів

Хімічні властивості неметалів

Неметали, за винятком інертних газів, є досить хімічно активними речовинами. Зовнішній електронний шар у їх атомах не завершений, але близький до завершення, тому атоми неметалічних елементів легко приєднують електрони, перетворюючись на негативно заряджені йони. Це відбувається під час сполучення неметалічних елементів з елементами, атоми яких, навпаки, легко віддають електрони, а такими елементами є металічні елементи і Гідроген, тому для неметалів типовими є реакції сполучення з металами і воднем. У реакціях з більш активними неметалами менш активні неметали віддають електрони і є відновниками. Відновником буде той елемент, який у періодичній системі розміщений ліворуч або нижче, а окисником той, що розміщений праворуч або вище. При цьому утворюються сполуки з ковалентним полярним зв’язком. Вищі оксиди неметалічних елементів є кислотними оксидами. Сполуки неметалічних елементів з Гідрогеном при звичайних умовах – газоподібні речовини.

1. Взаємодія з металами з утворенням солей: 6K + N₂ →  2K₃N (калій нітрид);    2Na + S = Na₂S (натрій сульфід) Загальна назва солей утворених при взаємодії металів з неметалами:

MexSу–2 – сульфід MexCy–4  – карбід

MexNy–3  – нітрид MeFy–1  – фторид

MexSiy–4  – силіцид MeCly–1  – хлорид

MexPy–3  – фосфід MeBry – бромід

2. Взаємодія з киснем з утворенням оксидів: С + О₂ = СО₂;         4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅;      N₂ + О₂ = 2NО.

3. Взаємодія з іншими неметалами: С + 2S = СS₂;         Si + 2Cl₂ = SiCl₄.

4. Взаємодія з воднем (крім Фосфору і Силіцію): С + 2Н₂ = СН₄;     N₂ +3H₂ = 2NH₃;      S + Н₂ = Н₂S.

5. Вуглець і водень відновлюють малоактивні метали з їх оксидів: С + 2СuO = 2Cu + CO₂;     FeO + H₂ = Fe + H₂O.

Фізичні властивості неметалів

За нормальних умов неметали водень, кисень, озон, азот, хлор, фтор, інертні гази перебувають у газоподібному агрегатному стані, бром – рідина, решта неметалів – сірка, вуглець, фосфор, кремній, йод – тверді речовини. Неметали відрізняються за кольором. Так, водень, кисень, азот – безбарвні гази; фтор – блідо-жовтий, хлор – жовто-зелений отруйний газ з різким специфічним запахом; бром – темно-червона рідина, жовто-бурі пари якої мають різкий неприємний запах, а при потраплянні на шкіру викликають опіки. Фосфор червоний – червоного кольору, фосфор білий – білого кольору. Сірка – жовтого кольору, йод – чорно-фіолетовий з металічним блиском.

Оскільки неметали мають різні агрегатні стани, то й температури їх плавлення та кипіння перебувають у широких межах. Газоподібні неметали за нормальних умов киплять при низьких температурах (майже -200⁰С). Йод при нагріванні сублімується – відразу переходить із твердого стану в газоподібний. Сірка кипить у полум’ї спиртівки. Якщо шматок сірки потерти об суху долоню або шерсть, сірка електризується і починає притягувати до себе клаптики паперу. Сірка не розчиняється у воді і не змочується нею. Якщо кинути на поверхню води щіпку сірчаного цвіту (крихкий порошок), частинки сірки не потонуть у воді, а плаватимуть на поверхні, утворюючи на ній золотисто-жовту плівку. Таке спливання дрібних часточок речовини, яка не змочується водою, називається флотацією. Температура кипіння алмазу +3000⁰С. Більшість неметалів не проводять електричний струм, тобто є діелектриками. Кремній – напівпровідник, а графіт – провідник електричного струму. Неметали погано проводять тепло, крихкі, деякі розчинні у воді, багато з них добре розчинні в органічних розчинниках.

Атоми неметалічних елементів становлять переважну більшість сполук у Всесвіті та верхніх шарах Землі. Вони більш поширені в природі, аніж метали. Деякі неметалічні елементи зустрічаються у природі у вигляді простих речовин: родовища самородної сірки в Прикарпатті; Заваллівське родовище графіту; існують поклади порід, що містять  алмази. До складу повітря входять: азот, кисень, інертні гази. Найпоширенішим елементом у космосі є Гідроген. Значно більше атомів неметалічних елементів утворюють різноманітні складні речовини. Так, значну частину літосфери становить кремнезем SiО₂, гідросфери – вода.

Оксиген один із найпоширеніших елементів на Землі. У земній корі в складі сполук 49% за масою. Він входить до складу води, гірських порід, мінералів, солей. Є обов’язковою складовою частиною рослинних, тваринних організмів: входить до складу білків, жирів, вуглеводів. У повітрі вільного кисню 21% за об’ємом.

Сульфур широко розповсюджений у природі як у вільному вигляді (з домішками гірських порід), так і у сполуках з різними металами (сульфіди), а також у вигляді солей. Сульфіди: залізний колчедан або пірит FeS2, цинкова обманка ZnS, мідний блиск CuS, кіновар HgS. Сульфати: гіпс CaSO₄•2H₂O, глауберова сіль Na₂SO₄•10H₂O, гірка сіль MgSO₄•7H₂O. Міститься в живих організмах, входить до складу білка, до складу органічних сполук у нафті.

Елемент Карбон входить до складу нафти, газу, вугілля, сланців, органічних сполук, вуглекислого та чадного газів. Важливий елемент живої природи – входить до складу білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, ферментів, гормонів. У вигляді простих речовин графіту та алмазу; складних речовин: CaCO₃ – крейда, вапняк, мармур, CaCO₃•MgCO₃ – доломіт, MgCO₃ – магнезит.

Чистий кремній у природі не існує, його добувають хімічним способом. За поширеністю займає друге місце після Оксигену. Оболонка Землі на 97% складається із сполук силіцію. Зустрічається у вигляді: SiO₂ –  пісок, кварц, кремнезем; мінералів – слюда, азбест, тальк, нефелін, польовий шпат. В стеблах рослин (хвощ, бамбук), в тілі птахів і тварин – пір’я, око, скелет, тіло губок.

Нітроген у вигляді простої речовини азоту входить до складу повітря, приблизно 78% за об’ємом. Вміст елементу у земній корі – 0,01% за масою у вигляді нітратів. Невелика кількість у складі нафти і кам’яному вугіллі. Входить до складу білкових речовин всіх живих організмів.

Фосфор у природі існує тільки в сполуках у вигляді фосфатів. Головні мінерали до складу яких входить Фосфор – Ca₃(PO₄)₂ – апатити і фосфорити (0,08%). Елемент Фосфор входить до складу кісткової, м’язової, нервової тканин людини і тварин, багато його у клітинах мозку.