Глава VI. Общие свойства неметаллов

Стремление атомов каждого элемента к устойчивому электронному состоянию ближайшего благородного газа заставляет их при химических взаимодействиях отдавать свои внешние электроны партнеру или присоединять электроны от партнера. В отличие от атомов Ме, которые только отдают электроны, атомы неметаллов (неМе), как правило, могут и присоединять, и отдавать электроны в зависимости от свойств реагента, с которым они взаимодействуют.

1. Неметаллы

Элементы, атомы которых в химических реакциях обычно присоединяют электроны, но могут их и отдавать, из-за чего атомы неМе в соединениях могут иметь и отрицательную, и положительную степени окисления.

Только атомы фтора, вследствие самой высокой электроотрицательности, всегда присоединяют электроны от другого реагента и поэтому в соединениях всегда имеют отрицательную степень окисления. остальные неметаллы в соединениях могут иметь и отрицательную, и положительную степени окисления:

-1 -1 0 -3 0 +2 +4 +5

OF₂, HF, F₂, NH₃, N₂, NO, NO₂, N₂O₅

-1 0 +1 +3 +5 +7

HCl, Cl₂, HClO, HClO₂, HClO₃, HClO₄

К неМе относятся: водород – s-элемент, и p-элементы IIIА - VIIА групп, расположенные вправо от границы, разделяющей Ме и неМе в периодической таблице. Атомы благородных газов (группа VIIIА) имеют устойчивую электронную конфигурацию внешнего слоя, что обеспечивает им химическую инертность и выделяют их в особую группу, которую нельзя отнести к Ме или неМе.

Максимальная отрицательная степень окисления неМе в соединениях равна номеру группы минус число 8. Эта степень окисления наблюдается в их соединениях с водородом или Ме. Максимальная положительная степень окисления неМе в соединениях обычно равна номеру группы и реализуется в высших оксидах или фторидах. Элементы четных групп, как правило, имеют четные степени окисления, поскольку у них четное число внешних электронов, а элементы нечетных групп – нечетные степени окисления.

Способность атома отдавать или присоединять электроны зависит от числа электронов на его внешнем слое, удаленности этого слоя от ядра и величины заряда ядра. Чем больше электронов во внешнем слое, тем выше способность атомов элементов присоединять электроны. В каждом периоде при движении слева направо атомный радиус элемента уменьшается, при этом увеличивается заряд ядра и число электронов во внешнем слое. Следовательно, способность атомов неметаллов присоединять электроны увеличивается, т.е. возрастают их окислительные свойства, а способность отдавать электроны, наоборот, уменьшается. Соответственно убывают восстановительные свойства.

В пределах одной группы при увеличении заряда ядра атомов элементов, т.е. сверху вниз, число электронов во внешнем слое не изменяется, но увеличивается радиус атома, заряд ядра и число внутренних электронов. В соответствии с этим при движении сверху вниз по группе способность атомов неМе присоединять электроны уменьшается (убывают их окислительные свойства), а отдавать – увеличивается (восстановительные свойства возрастают). Самым активным неМе является фтор.

Активные неМе с активными Ме образуют соединения с ионными связями. Химическая связь в соединениях, образуемых неМе друг с другом, всегда ковалентная. Она может быть одинарной или кратной, полярной и неполярной, трудно или легко поляризуемой. Поляризуемость связи зависит от смещаемости ее общей электронной пары под внешним воздействием. Чем больше различия в величинах электроотрицательности элементов, тем выше полярность связи.

В отличие от Ме, неМе образуют преимущественно кислотные оксиды: CO₂, SiO₂, N₂O₃, NO₂, N₂O₅, P₂O₅, SO₂, SO₃. В то же время некоторые неМе образуют амфотерные оксиды:H₂O, As₂O₃, а некоторые – несолеобразующие оксиды: CO, N₂O, NO.

Водородные соединения неметаллов групп VIА и VIIА проявляют кислотные свойства, за исключением Н₂О, которая является типичным и идеально сбалансированным амфолитом. Сила этих бинарных водородных кислот возрастает вниз по группам из-за повышения поляризуемости их молекул, что связано с увеличением атомного радиуса и заряда ядра соответствующих элементов. Для водородных соединений неметаллов VА группы характерны амфотерные свойства с преобладанием основных свойств. Основность этих соединений обусловлена наличием у неМе достаточно подвижной неподеленной электронной пары. Причем ее подвижность и, следовательно, основность соединения возрастают от AsH₃ к NH₃.

В то же время NH₃, PH₃ и особенно AsH₃ одновременно проявляют свойства кислот, образуя с Ме соли: нитриды (Li₃N), фосфиды (Ca₃P₂) и арсениды (Na₃As, Zn₃As₂). Водородные соединения углерода (СН₄) и кремния (SiH₄) практически не проявляют ни кислотных, ни основных свойств.

Неметаллы отличаются от Ме и физическими свойствами. Большинство неметаллов не проводят электрический ток и имеют низкую теплопроводность. При обычных условиях простые вещества неметаллов: водород Н₂, азот N₂, кислород О₂, фтор F₂, хлор Cl₂ – являются газами, бром Br₂ – жидкостью, остальные неМе – твердыми веществами.

Многие неМе имеют разные аллотропные формы, отличающиеся друг от друга молекулярной структурой. Молекула обычного кислорода О₂ – двухатомна, а озона О₃ – трехатомна. Твердые неМе часто имеют несколько аллотропных форм, различающихся типом кристаллической решетки и физическими свойствами. Например, сера имеет три формы: ромбическую, моноклинную и пластическую (каучукоподобную); фосфор – три: белый, красный и черный; углерод – четыре: графит, алмаз, фуллерен и карбин. Химические свойства аллотропных модификаций одного и того же элемента подобны, но отличаю интенсивностью проявления этих свойств.