§ 64 Обзор свойств неметаллов

•Сколько непооделённых электронных пар у атома азота? у атома хлора?

•Какова формула высшего оксида серы? выс шего оксида хлора?

•Какова форммула водородного соединения серы? водородного соединения хлора?

•Какие соединения называю т бинарными?

•Какие реакции относят к реакциям диспропорционирования?

Свойства неметаллов очень сильно различаются. Тем не менее есть некоторые общие свойства, мера проявления которых различается у разных неметаллов:

•благородные газы практически не образуют соединений (гелий, неон

иаргон их не образуют вовсе), поэтому всё написанное ниже не относится к благородным газам;

•высшая валентность и высшая степень окисления неметалла равны номеру группы. Фтор и кислород не проявляют высшие валентности.

•низшая валентность неметалла равна числу неспаренных электронов (8 минус номер группы);

•низшая степень окисления неметалла равна низшей валентности со знаком «минус» (номер группы минус 8).

•все неметаллы образуют соединения с водородом, в которых они проявляют низшую валентность. Все эти соединения, кроме воды, при комнатной температуре газы. Их устойчивость, кислотность и условия образования зависят от неметалла;

•все неметаллы образуют оксиды кислотного характера. Состав оксидов, их устойчивость и лёгкость образования зависят от неметалла;

•оксидам всех неметаллов в высшей степени окисления соответствуют кислоты. Состав и сила кислоты зависят от неметалла;

•все неметаллы реагируют с металлами (по крайней мере щелочными

ищёлочноземельными) с образованием бинарных соединений.

Различия в свойствах неметаллов определяются всего тремя факторами:

числом валентных электронов в атоме, радиусом атома и электро- отрицательностью неметалла.

Число валентных электронов определяет возможные валентности и степени окисления атома элемента. Электроотрицательность определяет полярность связей неметаллов в соединениях и, как следствие, типы кристаллических решёток. Радиус атома определяет прочность связей и склонность к тому или иному возможному количеству связанных с ним атомов.

316

Разберём закономерности в изменении важнейших свойств неметаллов. Начнём с физических свойств простых веществ (табл. 22). У элементов с малым радиусом молекулярная кристаллическая решётка, причём молекулы двухатомные. Так происходит потому, что вокруг маленького атома негде разместиться большому числу других атомов и неподелённым парам. Атомы большего размера (например, фосфора) уже могут образовывать цепочки и сетки атомов. И наконец, многовалентные атомы с относительно большим радиусом образуют полноценную атомную решётку.

Таблица 22

Кристаллические решётки и физические свойства неметаллов

317

Сформулируйте одной фразой, как уменьшается устойчивость водородных соединений по таблице Менделеева.

Многие неметаллы горят в кислороде. Лёгкость их воспламенения (табл. 24) зависит от прочности связей в простом веществе, а тепловой эффект этой реакции — от прочности связей с кислородом. Связи электроотрицательных элементов с кислородом непрочные, поскольку они «перетягивают» электроны друг у друга, поэтому их оксиды тоже непрочные. У атомов с большими радиусами связь с кислородом тоже не очень прочная из-за большой длины связи.

Таблица 24

Взаимодействие неметаллов с кислородом

319

Выполните задание 1 после параграфа.

Важная характеристика водородных соединений неметаллов — кислотность (табл. 25). Она определяется разностью электроотрицательностей (чем больше разница, тем сильнее кислота) и длиной связи (чем больше радиус атома неметалла, тем сильнее кислота). Если связь малополярна, то водородное соединение не проявляет кислотных свойств. Однако бинарные соединения с металлами существуют у всех неметаллов: их можно получить прямым взаимодействием простых веществ. Единственное основание среди водородных соединений — аммиак NH3, что связано с доступной неподелённой электронной парой на атоме азота.

Таблица 25

Кислотные свойства водородных соединений неметаллов

320

Из прочности водородных соединений неметаллов (табл. 26) и горючести простых неметаллов (табл. 27) выводится горючесть их водородных соединений: чем лучше горит сам неметалл и чем менее прочное водородное соединение он образует, тем легче и жарче это соединение горит. При этом образуются те же оксиды, что и при горении простых веществ.

Таблица 26

Горение водородных соединений неметаллов

321

Выполните задание 2 после параграфа.

Физические свойства высших оксидов неметаллов (табл. 27) зависят от решётки (молекулярная или атомная), а их устойчивость — от прочности связи элемент—кислород. Тип решётки, в свою очередь, определяется валентностью неметалла и его радиусом. Чем больше валентность и чем меньше радиус, тем вероятнее, что решётка будет молекулярной, поскольку в такой решётке у атома меньше «соседей» и им есть где разместиться. Устойчивость оксида зависит в первую очередь от разницы электроотрицательностей: чем она больше, тем устойчивее оксид. Также она зависит от радиуса атома: при недостаточно большом радиусе атомам кислорода негде разместиться. Именно поэтому не существует высших оксидов брома и иода, хотя соответствующие периодаты существуют.

Таблица 27

Свойства высших оксидов неметаллов

322

Важнейшие свойства высших кислородсодержащих кислот (табл. 28) — это их кислотность и термическая устойчивость. Кислотность определяется полярностью связи О—Н, а та, в свою очередь, — электроотрицательностью центрального элемента (чем больше электроотрицательность, тем полярнее связь) и числом атомов кислорода, связанных с ним двойной связью (чем больше атомов кислорода, тем полярнее связь).

Таблица 28

Высшие кислородсодержащие кислоты, образуемые неметаллами

323

Сформулируйте одной фразой, как изменяется кислотность высших кислородсодержащих кислот по таблице Менделеева.

Некоторые неметаллы реагируют со щелочами (табл. 29). В этом процессе важно знать условия и продукты реакций. В большинстве случаев реакция приводит к диспропорционированию. Положительной степени окисления при этом соответствует соль с неметаллом в кислотном остатке. Если водородное соединение неметалла — кислота, то отрицательной степени окисления соответствует её соль. Если оно не проявляет кислотных свойств, отрицательной степени окисления соответствует само водородное соединение. Если оно непрочное, то вместо него будет выделяться водород.

Таблица 29

Реакции неметаллов со щёлочью

324

Выполните задание 3 после параграфа.

1.Запишите уравнение реакции горения мышьяка.

2.Запишите уравнение реакции горения AsH3.

3.Запишите уравнение реакции кремния с гидроксидом натрия. При каких условиях она идёт?

4 Составьте таблицу, в которой укажите, какие из описанных в параграфе свойств неметаллов определяются радиусом атома, а какие — электроотрицательностью.

5.Перечислите горючие простые вещества и запишите уравнения реакции их горения.

6.Охарактеризуйте состав и свойства высшей кислородсодержащей кислоты, образуемой: а) кремнием; б) хлором.

7 Какие водородные соединения неметаллов способны вытеснить углекислый газ из карбонатов?

8.Запишите уравнение реакции щёлочи: а) с кремнием; б) с бромом. При каких условиях нужно проводить эти реакции?

Ямогу объяснить от чего зависят физические и химические свойства не-

металлов и их соединений.

325

Практическая работа 21. Решение экспериментальных задач

по теме «Неметаллы»

•Повторите правила техники безопасности при работе в химическом кабинете.

•При подготовке к практической работе используйте приложение «Определение катионов и анионов».

1.Докажите, что в сульфате натрия находится примесь хлорида натрия.

• Напишите уравнение химической реакции в молекулярном, полном

исокращённом ионном виде.

2.Выданы вещества: кристаллогидрат сульфата меди(II), карбонат магния, гидроксид натрия, железо, соляная кислота, хлорид железа(III). Пользуясь этими веществами, получите: а) оксид железа(III); б) оксид магния; в) медь; г) хлорид магния.

• Составьте уравнения проведённых вами реакций в молекулярном,

полном и сокращённом ионном виде.

3. В трёх пробирках без надписей даны кристаллические вещества: сульфат натрия, карбонат натрия, хлорид натрия. Опытным путём определите, какое вещество находится в каждой из пробирок.

• Составьте уравнения соответствующих реакций в молекулярном, пол-

ном и сокращённом ионном виде.

4.В пробирках даны твёрдые вещества: а) сульфат натрия, сульфид натрия, сульфит натрия; б) карбонат калия, сульфат калия, хлорид аммония; в) сульфат калия, сульфит натрия, карбонат кальция. Определите, в какой пробирке находится каждое из веществ.

5.Осуществите практически следующие превращения:

а) СаСО3 СО2 СаСО3 Са(НСО3)2 СаCl2 AgCl б) СuО CuSO4 ВаSO4

CuCl2 Cu(OH)2 СuО

6.Отчёт о работе выполните в произвольной форме.

Ямогу практически распознавать вещества с помощью качественных реак-

ций на анионы

326