Лекция №18

Тема «Особенности строения атомов неметаллов. Неметаллы — простые вещества.»

План лекции:

1. Положение неметаллов в периодической системе.

2. Особенности строения атомов неметаллов.

3. Распространённость элементов-неметаллов.

4. Неметаллы − простые вещества. Строение.

5. Физические свойства неметаллов − простых веществ.

6. Описание простых веществ некоторых представителей элементов-неметаллов.

Основные понятия и определения:

1. Неметаллы

2. Ковалентная связь

3. Молекулярное строение

4. Атомное строение

5. Аллотропные модификации

6. Аллотропия

7. Атомная кристаллическая решетка

8. Молекулярная кристаллическая решетка

9. Галогены

10. Инертные газы (благородные газы)

Текст лекции

1. Положение неметаллов в периодической системе.

Самой первой научной классификацией химических элементов было деление их на металлы и неметаллы. Эта классификация не потеряла своей значимости и в настоящее время.

Из 118 известных на данный момент химических элементов 22 элемента образуют простые вещества, обладающие неметаллическими свойствами.

Неметаллы располагаются в III-VII группах. По физическим свойствам к неметаллам следует отнести также VIIIА группу, или группу благородных газов. Неметаллы образуют p-элементы, а также водород и гелий, являющиеся s-элементами. В длиннопериодной таблице p-элементы, образующие неметаллы, располагаются правее и выше условной границы B—At.

Группа	I	III	IV	V	VI	VII	VIII
1-й период	H						He
2-й период		B	C	N	O	F	Ne
3-й период			Si	P	S	Cl	Ar
4-й период				As	Se	Br	Kr
5-й период					Te	I	Xe
6-й период						At	Rn

Неметаллы - это химические элементы, для атомов которых характерна способность принимать электроны до завершения внешнего слоя благодаря наличию, как правило, на внешнем электронном слое четырех и более электронов и малому радиусу атомов по сравнению с атомами металлов.

2. Особенности строения атомов неметаллов.

У большинства атомов неметаллов от четырех до восьми валентных электронов во внешнем слое, но у атома водорода - один, у атома гелия - два, а у атома бора - три валентных электрона, небольшой радиус атома (орбитальный радиус меньше 0,1 нм). Поэтому атомы неметаллов стремятся довести недостающие до 8е. Это свойство атомов характеризуется электроотрицательностью. Для атомов неметаллов характерны высокие значения электроотрицательности. Она изменяется в пределах от 2 до 4.

В соответствии с ним неметаллы образуют особый ряд:

Фтор − самый сильный окислитель, его атомы в химических реакциях не способны отдавать электроны, то есть проявлять восстановительные свойства.

У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение электроотрицательности, которая закономерно изменяется в периодах и подгруппах.

Неметаллы могут проявлять восстановительные свойства, хотя и в значительно более слабой степени по сравнению с металлами: в периодах и подгруппах их восстановительная способность изменяется в обратном порядке по сравнению с окислительной.

Характеристики элементов неметаллов и их соединений закономерно изменяются в группах и периодах.

В периодах (с увеличением порядкового номера, т.е. слева и направо):

• увеличивается заряд ядра,

• увеличивается число внешних электронов,

• уменьшается радиус атомов,

• увеличивается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации),

• увеличивается электроотрицательность,

• усиливаются окислительные свойства простых веществ ("неметалличность") (кроме элементов VIIIA группы),

• ослабевают восстановительные свойства простых веществ ("металличность") (кроме элементов VIIIA группы),

• ослабевает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов,

• возрастает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов,

• валентность в соединении с кислородом возрастает от 3 до 7, высшая валентность равна номеру группы.

В группах (с увеличением порядкового номера, т.е. сверху вниз):

• увеличивается заряд ядра,

• увеличивается радиус атомов (только в главных подгруппах),

• уменьшается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации; только в главных подгруппах),

• уменьшается электроотрицательность (только в главных подгруппах),

• ослабевают окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"; только в главных подгруппах) (кроме элементов VIIIA группы),

• усиливаются восстановительные свойства простых веществ ("металличность"; только в главных подгруппах) (кроме элементов VIIIA группы),

• возрастает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в главных подгруппах),

• ослабевает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в главных подгруппах),

• снижается устойчивость водородных соединений (повышается их восстановительная активность; только в главных подгруппах),

• валентность элементов не изменяется и равна номеру группы.

Вида связи, характерные для неметаллов:

• ионная (КСI);

• ковалентная (неполярная − в простых веществах (С1₂)

• полярная − в соединениях неметаллов (SCl₂).

Однако следует особо остановиться на двойственном положении водорода в Периодической системе: в I и VII группах главных подгрупп. Это не случайно. С одной стороны, атом водорода, подобно атомам щелочных металлов, имеет на внешнем (и единственном для него) электронном слое один электрон (электронная конфигурация 1s¹), который он способен отдавать, проявляя свойства восстановителя.

В большинстве своих соединений водород, как и щелочные металлы, проявляет степень окисления +1, Но отдача электрона атомом водорода происходит труднее, чем у атомов щелочных металлов. С другой стороны, атому водорода, как и атомам галогенов, для завершения внешнего электронного слоя недостает одного электрона, поэтому атом водорода может принимать один электрон, проявляя свойства окислителя и характерную для галогена степень окисления -1 в гидридах − соединениях с металлами, подобных соединениям металлов с галогенами − галогенидам. Но присоединение одного электрона к атому водорода происходит труднее, чем у галогенов.

При обычных условиях водород Н₂ − газ. Его молекула, подобно галогенам, двухатомна.

Элементы VIII группы главной подгруппы − инертные или благородные газы, атомы которых имеют завершенный внешний электронный слой. Электронная конфигурация атомов этих элементов такова, что их нельзя отнести ни к металлам, ни к неметаллам. Они являются теми объектами, которые в естественной системе четко разделяют элементы на металлы и неметаллы, занимая между ними пограничное положение. Инертные или благородные газы («благородство» выражается в инертности) иногда относят к неметаллам, но чисто формально, по физическим признакам. Эти вещества сохраняют газообразное состояние вплоть до очень низких температур.

Инертность в химическом отношении у этих элементов относительна. Для ксенона и криптона известны соединения с фтором и кислородом. Несомненно, в образовании этих соединений инертные газы выступали в роли восстановителей.