20 Вопрос

Общая характеристика неметаллов

Элементы с неметаллическими свойствами находятся в IIIA-VIIA - группах Периодической системы:

Период IIIA IVA VA VIA VIIA 2 B C N O F 3   Si P S Cl 4     As Se Br 5       Te I 6         At

Общая электронная формула атомов неметаллов ns²np¹⁻⁵, этому соответствует большое разнообразие степеней окисления неметаллов в соединениях. Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению высокой окислительной активности. Вот почему значения электроотрицательности у них велики. Отсюда многообразие в химических свойствах и способах получения неметаллов.

Другая характерная особенность неметаллов - стремление образовывать ковалентные связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. Поэтому и простые вещества и соединения неметаллов имеют ковалентное строение.

В свободном виде встречаются газообразные вещества - F₂, Cl₂, O₂, N₂ и Н₂, твердые - I₂, At, S, Te, P, As, C, Si и В, при комнатной температуре известен один жидкий неметалл - бром Br₂.

Нередко для неметаллов наблюдается аллотропия, например у кислорода (О₂ и О₃) и углерода (графит, алмаз, карбин, фуллерен).

В природе встречаются самородные неметаллы - N₂ и O₂ (в воздухе), сера (в земной коре), но чаще неметаллы в природе находятся в химически связанном виде. В первую очередь это вода и растворенные в нейсоли, затем - минералы и горные породы (например, различные силикаты, алюмосиликаты, фосфаты,бораты, сульфаты и карбонаты).

По распространенности в земной коре неметаллы занимают самые различные места: от трех самых распространенных элементов (O, Si, H) до весьма редких (As, Se, I, Te).

Получение неметаллов

    *  водород (Н₂)

    в  промышленности  получают:

-   разложением метана:  СH₄  C + 2H₂

-   конверсией (превращением) метана или кокса с водяным паром

    CH₄   +  2H₂O    CO₂  +  4H₂                                               C  +  H₂O   CO  +  H₂

-   электролизом насыщенных растворов хлорида натрия и калия

    2KCl + 2H₂O  2KOH  +  H₂­ +  Cl₂­

-   электролизом воды (в присутствии серной кислоты): 2H₂O   2H₂­  + O₂­

    в  лаборатории  получают:

-   действием кислоты на металлы (в аппарате Киппа)

    Zn  + 2HCl    ZnCl₂   +  H₂­         Zn  +   H₂SO₄ (разб.)    ZnSO₄   +  H₂­

-   восстановлением активными металлами из воды

    Ca  +  2H₂O    Ca(OH)₂   +  H₂­            2Na  + 2H₂O  2NaOH  +  H₂­

-   разложением гидридов металлов водой или кислотой

    CaH₂  +  2HCl    CaCl₂ + 2H₂­             CaH₂   +  H₂O   Ca(OH)₂   +  2H₂­

*  кислород (О₂)

    в  промышленности  получают:

-   электролизом воды  (в присутствии серной кислоты): 2H₂O    2H₂ ­ + O₂­

-   ректификацией (отгонкой) из жидкого воздуха отгоняется при Т =  - 183 ⁰С

    в  лаборатории  получают:

-  термическим разложением солей кислородсодержащих кислот

    2KClO₃     2KCl  +  3O₂­  (150 ⁰С,  kt MnO₂) 

    2KMnO₄    K₂MnO₄   +  MnO₂   + O₂­  (200 ⁰С)

-   разложением пероксидов или реакциями с их участием

    2K₂O₂  +  2CO₂     2K₂CO₃   +  O₂­         2BaO₂      2BaO   +  O₂­

*  азот (N₂)

    в  промышленности  получают:

-   ректификацией (отгонкой) из жидкого воздуха отгоняется при Т = - 196 ⁰С

    в  лаборатории  получают:

-   разложением нитрита и дихромата аммония

    NH₄NO₂     N₂­ + 2H₂O­      

    (NH₄)₂Cr₂O₇      N₂­  +  Cr₂O₃  +   4H₂O­

-  окислением аммиака:  2NH₃  + 3CuO    3Cu  +  N₂­ + 3H₂O

*  галогены ( F₂,  Cl₂,  Br₂,  I₂ )

    в  промышленности  получают:

-   электролизом расплава фторидов и хлоридов

    2NaF    2Na  +  F₂­                   2NaCl      2Na  +  Cl₂­

-   бром, йод вытеснением хлором из бромидов и иодидов, содержащихся в      

    природных водах:

    2NaBr + Cl₂   2NaCl  + Br₂     2NaI  + Cl₂    2NaCl  +  I₂

    в  лаборатории  получают:

-  термическим разложением фторида кобальта:  2CoF₃       2CoF₂   +  F₂­

-  действием конц. HCl  на сильный окислитель при нагревании:

   MnO₂ + 4HCl  MnCl₂  + Cl₂­ + 2 H₂O

   2KMnO₄    +  16HCl  2KCl  + 2MnCl₂   +  5Cl₂­ +  8H₂O

   Ca(ClO)₂  + 4HCl    CaCl₂  + 2Cl₂­  +  2H₂O 

-  действием конц. H₂SO₄ на HBr:  2HBr  +  H₂SO₄     Br₂   +  2H₂O  +  SO₂­

-  действием перекиси водорода на HI:  2HI  +  H₂O₂     I₂   +  2H₂O

*  фосфор  (Р)

   в  промышленности  получают:

-  восстановлением углём из природного фосфорита при Т =1500 ⁰С

   Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 2SiO₂    3CaSiO₃  + 2P + 5CO­

-  полученный фосфор переводят в красный или черный

   P (белый)      Р (красный)  при T = 280 - 340 ⁰C, без доступа воздуха

   Р (белый)      Р (чёрный) при T = 200 ⁰C и высоком давлении

*  сера  (S)

    в  промышленности 

-   получают из газов коксовых печей:

    2H₂S  +   SО₂    2H₂O  +  3S                 

    H₂S  +  Cl₂    HCl  + S

    H₂S  +  H₂SO₄    H₂SO₃   +  H₂O  +  S

-   выплавкой из самородной серы

 *  углерод ( С)

    в  промышленности  получают:

-  графит из смеси кокса и каменноугольной смолы

-  уголь нагреванием древесины без доступа воздуха

-  искусственные алмазы (фианиты) из графита при высокой температуре и    

    давлении в присутствии катализатора

-   алмазы, уголь и графит встречаются в природе в свободном состоянии

 

Химические свойства неметаллов

* отношение к воде: при обычных условиях с водой частично взаимодействуют хлор и бром с образованием хлорной и бромной воды; фтор разлагает воду; некоторые неметаллы реагируют только с перегретым   водяным паром.

С1₂  +  Н₂О      НСІ + НСlO;                        Вr₂  +  Н₂О       НВr  +  НВrО

F₂ + Н₂О   2НF + О;      О + F₂    OF₂           О + О   О₂ ;   О₂  +  О   О₃

 

*отношение к кислотам: неметаллы реагируют только с кислотами, обладаю-щими сильными окислительными (НNОз, Н₂SО₄ конц.) или восстановитель-ными (Н₂S, НГ) свойствами (где Г - С1, Вr, I ).

1) взаимодействие с НNО₃, Н₂SО₄: неметалл окисляется до соответствующей кислоты, НNО₃ (конц.) восстанавливается до NО₂, а НNО₃ (разб.) - до NO; Н₂SО₄ (конц.)восстанавливается до SО₂:

S  + 2НNО₃ (разб.)  Н₂SО₄  + 2NO ­

S  + 6НNО₃  (конц.)   Н₂SО₄   +  6NО₂ ­ + 2Н₂О

S  + 2Н₂SО₄ (конц.)    3SО₂ ­ +  2Н₂О

3Р + 5НNО₃ (разб.)  + Н₂О    3Н₃РО₄  +  5NO ­

Р  + 5НNО₃ (конц.)    НРО₃  + 5NО₂­ + 2Н₂О

2)  взаимодействие с Н₂S, НГ: неметалл восстанавливается до соответсвующей кислоты, а Н₂S до S  или SО₂, где Г - С1₂, Вr₂, I₂  (искл.  F₂).

Н₂S   +   Г₂   2НГ  +  S                   

2Н₂S + 3О₂   2Н₂О + 2SО₂­

2Н₂S + О₂  (изб)   2S+ 2Н₂О

3)  более   активные   галогены  вытесняют менее активные из кислот типа НГ (искл. НF).  В ряду: F₂    С1₂  Вг₂   І₂     активность падает.

2НВr  +  С1₂    2НСІ    +  Вr₂                            

2HI   +   СІ₂    2HCl  +  I₂ 

2HI    +   Вr₂    2НВr  +  I₂ 

*  отношение к основаниям: только щелочи взаимодействуют с некоторыми неметаллами (Sі, S, Р, F₂, Сl₂, Вr₂, І₂). 

Sі + 2КОН  + Н₂О    К₂SіО₃ + 2Н₂­

3 S + 6КОН    2К₂S + К₂SО₃ + 3Н₂О

С1₂ + 2КОН    КС1  +  КСlO  +  Н₂O

С1₂  +  6КОН   5КС1  +  КC1О₃  +  3Н₂О

С1₂  +  Са(ОН)₂     СаОС1₂  +  Н₂О

2F₂  +  2NаОН    2NаF  +  ОF₂ ­ +  Н₂О

4Р  +  3NаОН   +  3Н₂О    3NаН₂РО₂  +  РН₃ ­

* отношение к солям: более активные галогены вытесняют менее активные из растворов их солей (F₂ реагирует только с Н₂О, а не с солью); из твердых солей галогены друг друга не вытесняют.

2FеС1₂  +  С1₂    2FеС1₃                                            Na₂SО₃   +  S    Na₂S₂О₃

2NаNО₂  +  О₂    2NаNО₃                           Nа₂S  + Вr₂    2NaВr  +  S

5КClO₃  + 6Р   5КС1 + 3Р₂О₅                               ВаSО₄  +  2С   ВаS + СО₂­

К₂Сг₂О₇    +   S    Сг₂О₃  +  К₂SО₄                      2KI + Вr₂    2КВr + I₂

2КВr + С1₂   2КС1 + Вr₂                                           2NаІ  + С1₂  2NаС1 + І₂ 

* отношение к металлам и неметаллам:  взаимодействие металлов и неметаллов (см. свойства металлов), неметаллы друг с другом образуют также бинарные соединения.

2Cl₂­  +  2P (нед.)    2PCl₃                                      5Cl₂ ­  +  2P (изб.)    2PCl₅

4P  +  3O₂­ (нед.)     2P₂O₃                                     4P  +  5O₂­ (изб.)    2P₂ O₅

Cl₂ ­+  H₂­    2HCl­                                  F₂­ + H₂­     2HF­

2F₂  +  Si   2SiF₄                                                                2F₂  +  S    SF₆

2Н₂  ­ +  O₂­  2H₂O­                                H₂­   +  S    H₂S

I₂  +  H₂­  2HI                                             2P  +  3S (нед.)     P₂S₃

2S  +  C    CS₂                                                                     2P  +  5S (изб.)     P₂S₅

N₂­ +  O₂­  2NO (T> 2000 ⁰C)                 Г₂ ­ +  O₂­      (где Г - С1, Вr, I )