Неметаллы

Принято делить химические элементы на металлы и неметаллы с учётом физических и химических свойств простых веществ.

Металлы обычно твёрдые, пластичные вещества, обладают характерным блеском, хорошо проводят тепло и электричество.

Неметаллы объединяет то, что электричество они проводят гораздо хуже, чем металлы. Отличие проявляется и в свойствах сложных веществ.

Неметаллы весьма разнообразны по свойствам. Углерод в форме графита – хороший проводник тепла и электричества, но, в отличие от металлов, хрупкий и не куётся. Твёрдые вещества с металлическим блеском: C, Si, As, I.

Неметаллы дают кислотные оксиды (например, CO₂) или несолеообразующие оксиды (например, NO), в растворах они присутствуют обычно в виде анионных форм (например, S^2– и SO₄^2–).

Металлам в низких степенях окисления отвечают основные оксиды, основания и катионные формы в растворах (например, Fe²⁺).

В Периодической таблице можно провести условную границу между металлами и неметаллами. Она проходит по p-элементам от бора к астату. Неметаллы располагаются правее и выше этой границы. Обычно к ним относят 22 элемента: 6 инертных газов (от He до Rn), водород H и 5 галогенов (от F до At), 4 халькогена (от O до Te), в V группе: N, P, As, в IV группе: C, Si, в III группе: B. Условно водород иногда относят к VII группе.

В таблице указаны также относительные электроотрицательности элементов (ОЭО), характеризующие полярность связи и активность неметалла:

Все d-, f- и s-элементы (кроме водорода и гелия) – металлы.

1. 6. Физические свойства и строение неметаллов

При 25°С и 1 атм He, Ne, Ar Kr, Xe, Rn – газы, состоящие из одноатомных молекул.

Из двухатомных молекул состоят галогены в газе (F₂, Cl₂), жидком состоянии (Br₂) и в кристаллах (I₂). Так как молекулы лёгкие и слабо взаимодействуют друг с другом, бром и йод легко испаряются. При обычных условиях двухатомными газами являются также водород, кислород и азот: H₂, O₂, N₂.

Остальные неметаллы – твёрдые. Они могут существовать в формах (модификациях), отличающихся своим строением. Напомню, это явление называют полиморфизмом. Так, углерод известен в виде графита, алмаза и других форм, фосфор – в белой, красной, чёрной и других формах.

Модификации, имеющие молекулярное строение – обычно легкоплавкие, летучие, хорошо растворяются в неполярных органических растворителях: белый фосфор P₄, жёлтый мышьяк As₄, ромбическая сера S₈, красный селен Se₈.

Более прочны немолекулярные модификации. В серых селене и теллуре система химических связей распространяется в одном пространственном измерении (D=1), в графите, чёрном фосфоре и сером мышьяке D=2, в алмазе, кремнии и боре D=3. Увеличение D способствует снижению химической активности.

Химическая связь в простых веществах неметаллов: ковалентная, так как их атомы обладает высокой электроотрицательностью. Электроны соседних атомов создают общую электронную пару, а в пространстве между ядрами создаётся область повышенной электронной плотности.

Различают сигма-связь (σ-связь), когда эта область лежит на линии, соединяющей ядра, и пи связь (π-связь), когда она находится в стороне.

π-связь обычно менее прочна, чем σ-связь и образуется, когда линия ядро-ядро уже занята σ-связью. Если в соединении есть двойная связь, то одна из них σ-, другая π-. В случае тройной связи есть одна σ- и две π-связи.

В большинстве неметаллов имеются только одинарные σ-связи. Наиболее прочными являются связи:

Наименее прочна связь F–F: 159 кДж/моль при длине 142 пм. Это одна из причин высокой химической активности фтора (наряду с молекулярным строением и большим сродством к электрону у атома).

В кислороде O₂ – двойная связь, а в азоте N₂ – очень прочная тройная (946 кДж/моль, 110 пм), что определяет его низкую реакционноспособность.