Общие химические свойства неметаллов таблица. Неметаллы

Тема № 3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛОВ

План

1. Основные химические свойства неметаллов.

2.Оксиды неметаллических элементов.

3.Распространение неметаллических элементов в природе.

4.Применение неметаллов.

1. Основные химические свойства неметаллов

Неметаллы (за исключением инертных газов) химически активные вещества.

В реакциях с металлами атомы неметаллических элементов присоединяют электроны, а в реакциях с неметаллами образуют совместные электронные пары.

Узнать, к какому атому смещаются общие электронные пары, помогает ряд электроотрицательности:

F, O, N, Cl, Br, I, S, C, Se, H, P, As, B, Si

электроотрицательность уменьшается

1. Взаимодействие неметаллов с металлами :

2Mg + O 2 = 2MgO (магний оксид)

6Li + N 2 = 2Li 3 N (литий нитрид)

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 (алюминий хлорид)

Ca + H 2 = CaH 2 (кальций гидрид)

Fe + S = FeS (ферум (II) сульфид )

При взаимодействии неметаллов с металлами образуются бинарные соединения с ионной химической связью.

2 . Взаимодействие неметаллов с кислородом :

С + О 2 = СО 2 (карбон (IV) оксид)

S + O 2 = SO 2 (c ульфур (IV) оксид )

Продуктами взаимодействия неметаллов с кислородом являются бинарные соединения с ковалентной полярной связью – оксиды , в которых кислород имеет степень окисления - 2.

3. Взаимодействие неметаллов с водородом :

H 2 + Cl 2 = 2HCl (гидроген хлорид или хлороводород)

H 2 + S = H 2 S (гидроген сульфид или сероводород)

При взаимодействии неметаллов с водородом образуются летучие (газообразные или жидкие) бинарные соединения с ковалентной полярной связью.

4. Взаимодействие неметаллов с другими неметаллами :

С + 2S = CS 2 (карбон (IV) сульфид)

Si + 2Cl 2 = SiCl 4 (силиций (IV) хлорид)

Продуктами взаимодействия двух неметаллов являются вещества с различным агрегатным состоянием, которые имеют ковалентный тип химической связи.

1. Оксиды неметаллических элементов

Оксиды неметаллических элементов делят на:

а) солеобразующие (их большинство) и

б) несолеобразующие (СО, NO, N 2 O, H 2 O).

Среди оксидов есть газообразные вещества (СО, СО 2 , SO 2 ), твердые вещества (Р 2 О 5 ), жидкости (H 2 O, Сl 2 O 7 ).

Во всех без исключения оксидах атомы неметаллических элементов, соединенные с Оксигеном, имеют положительные степени окисления.

Большинство оксидов неметаллических элементов кислотные . Они взаимодействуют:

• с водой с образованием кислот,
• с основными и амфотерными оксидами с образованием солей,
• с основаниями и амфотерными гидроксидами с образованием солей и воды.

1. Распространение неметаллических элементов в природе

Неметаллы более распространены в природе, чем металлы.

В состав воздуха входят: азот, кислород, инертные газы.

Месторождения самородной серы в Прикарпатье – одни из крупнейших в мире.

Промышленным месторождением графита в Украине является Завальевское месторождение, сырье которого использует Мариупольский графитовый комбинат.

В Житомирской области, на Волыни обнаружены залежи пород, которые могут содержать алмазы, однако промышленные месторождения пока еще не открыты.

Атомы неметаллических элементов образуют различные сложные вещества, среди которых доминируют оксиды, соли.

1. Применение неметаллов

Кислород:

Процессы дыхания,

Горение,

Обмен веществ и энергии,

Производство металлов.

Водород:

Производство аммиака,

Хлоридной кислоты,

Метанола,

Превращение жидких жиров в твердые,

Сварка и резка тугоплавких металлов,

Восстановление металлов из руд.

Сера:

Получение сульфатной кислоты,

Изготовление резины из каучука,

Производство спичек,

Черного пороха,

Изготовление лекарственных препаратов.

Бор:

Составляющая нейтронопоглощающих материалов ядерных реакторов,

Защита поверхностей стальных изделий от коррозии,

В полупроводниковой технике,

Изготовление преобразователей тепловой энергии в электрическую.

Азот:

Газообразный:

Для производства аммиака,

Для создания инертной среды при сварке металлов,

В вакуумных установках,

Электрических лампах,

Жидкий :

В качестве хладагента в морозильных установках,

Медицине.

Фосфор:

Белый - для производства красного фосфора,

Красный - для производства спичек.

Кремний:

В электронике и электротехнике для изготовления:

Схем,

Диодов,

Транзисторов,

Фотоэлементов,

Для изготовления сплавов.

Хлор:

Производство хлоридной кислоты,

Органических растворителей,

Лекарств,

Мономеров для производства пластмасс,

Отбеливателей,

Как дезинфицирующее средство.

Углерод:

Алмаз:

Изготовление инструментов для бурения и резки,

Абразивный материал,

Ювелирные украшения,

Графит:

Литейное, металлургическое, радиотехническое производство,

Изготовление аккумуляторов,

В нефтегазодобывающей промышленности для буровых работ,

Изготовление антикоррозионных покрытий,

Замазок, уменьшающих силу трения,

Адсорбция.

Адсорбция – способность некоторых веществ (в частности углерода) удерживать на своей поверхности частицы других веществ (газа или растворенного вещества).

На адсорбционной способности углерода базируется его использование в медицине в лечебных целях – это таблетки или капсулы активированного угля. Их применяют внутрь при отравлении.

Чтобы вернуть адсорбенту способность к адсорбции и изъять адсорбированное вещество, достаточно нагрева.

Адсорбционную способность углерода использовал М.Д. Зелинский в изобретенном им в 1915 угольном противогазе – средстве индивидуальной защиты органов дыхания, лица и глаз человека от воздействия вредных веществ. В 1916 было налажено промышленный выпуск противогазов, что спасло жизнь сотен тысяч солдат во время Первой мировой войны. Усовершенствованный противогаз применяется и сейчас.

Домашнее задание

Напишите реакции взаимодействия: а) кремния с кислородом; б) кремния с водородом; в) цинка с хлором; г) фосфора с хлором. Назовите полученные соединения.

Химических элементов-неметаллов всего 16, но два из них, кислород и кремний составляют 76 % от массы земной коры. Неметаллы составляют 98,5 % от массы растений и 97,6 % от массы человека. Из углерода, водорода, кислорода, серы, фосфора и азота состоят все важнейшие органические вещества, они являются элементами жизни. Водород и гелий – основные элементы Вселенной из них состоят все космические объекты, включая наше Солнце.

Неметаллы – это химические элементы, атомы которых принимают электроны для завершения внешнего энергетического уровня, образуя при этом отрицательно заряженные ионы. Практически все неметаллы имеют сравнительно малые радиусы и большое число электронов на внешнем энергетическом уровне от 4 до 7, для них характерны высокие значения электроотрицательности и окислительные свойства.

Если в Периодической системе провести диагональ от бериллия к астату, то справа вверх по диагонали будут находиться элементы-неметаллы, а слева снизу – металлы, к ним же относятся элементы всех побочных подгрупп, лантаноиды и актиноиды. Элементы, расположенные вблизи диагонали, например, бериллий, алюминий, титан, германий, сурьма, обладают двойственным характером и относятся к металлоидам. Элементы 18 группы – инертные газы, имеют полностью завершенный внешний электронный слой, их иногда относят к неметаллам, но формально, по физическим признакам.

Электронные конфигурации валентных электронов элементов-неметаллов приведены в таблице:

Закономерности в изменении свойств элементов-неметаллов

В периоде с ростом заряда ядра (слева направо):

• радиус атома уменьшается,
• число электронов на внешнем энергетическом уровне увеличивается,
• электроотрицательность увеличивается,
• окислительные свойства усиливаются,
• неметаллические свойства усиливаются.

В группе с ростом заряда ядра (сверху вниз):

• радиус атома увеличивается,
• число электронов на внешнем энергетическом уровне не изменяется,
• электроотрицательность уменьшается,
• окислительные свойства ослабевают,
• неметаллические свойства ослабевают.

Таким образом, чем правее и выше стоит элемент в Периодической системе, тем ярче выражены его неметаллические свойства.

Неметаллами в главной подгруппе IV группы Периодической системы Д.И. Менделеева являются углерод и кремний. На внешнем энергетическом уровне этих элементов находятся 4 электрона (ns 2 np 2). В своих неорганических соединениях углерод имеет степень окисления +2 (в невозбужденном состоянии) и +4 (в возбужденном состоянии). В органических соединениях степень окисления углерода может быть любой от –4 до +4.

Для кремния наиболее устойчива степень окисления +4. Углерод и кремний образуют кислотные оксиды общей формулы ЭО 2 , а также летучие водородные соединения общей формулы ЭН 4 .

Неметаллами в V группе главной подгруппе Периодической системы Д.И. Менделеева являются азот, фосфор, мышьяк. На внешнем энергетическом уровне этих элементов находятся пять электронов: ns 2 np 3 . Азот в своих соединениях может проявлять степени окисления –3, –2, +1, +2, +3, +4, +5.
Для фосфора характерны степени окисления –3, +3, +5. Поскольку атом азота не имеет d-подуровня, он не может быть пятивалентным, но способен образовывать четвертую ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму. С увеличением порядкового номера внутри подгруппы увеличиваются радиусы атомов и ионов, уменьшается энергия ионизации. Происходит ослабление неметаллических свойств и усиление металлических.
С кислородом элементы главной подгруппы V группы образуют высшие оксиды состава R 2 O 5 . Все они являются кислотными оксидами. С водородом азот, фосфор и мышьяк образуют летучие газообразные соединения состава ЭН 3 .

Неметаллами главной подгруппы VI группы Периодической системы Д.И. Менделеева являются кислород, сера, селен и теллур. Конфигурация внешнего электронного уровня этих элементов ns 2 np 4 . В своих соединениях они проявляют наиболее характерные степени окисления –2, +4, +6 (кроме кислорода). С возрастанием порядкового номера в пределах подгруппы уменьшается энергия ионизации, увеличиваются размеры атомов и ионов, ослабляются неметаллические признаки элементов и нарастают металлические. Сера и селен образуют высшие оксиды типа RO 3 . Эти соединения являются типичными кислотными оксидами, которым соответствуют сильные кислоты типа H 2 RO 4 . Для неметаллов главной подгруппы VI группы характерны летучие водородные соединения общей формулой H 2 R. При этом полярность и прочность связи ослабевает от H 2 O к H 2 Te. Все водородные соединения, кроме воды, являются газообразными веществами. Водные растворы H 2 S, H 2 Se, H 2 Te являются слабыми кислотами.

Элементы VII группы главной подгруппы - фтор, хлор, бром, иод являются типичными неметаллами. Групповое название этих элементов - галогены от греческого halos - соль и genes - рождающий. Конфигурация внешнего электронного уровня этих галогенов ns 2 np 5 . Наиболее характерная степень окисления галогенов –1. Кроме того, хлор, бром и иод могут проявлять степени окисления + 3, + 5, + 7. В пределах каждого периода галогены - наиболее электроотрицательные элементы. Внутри подгруппы при переходе от фтора к астату происходит увеличение радиуса атома, неметаллические свойства уменьшаются, происходит уменьшение окислительных и увеличение восстановительных свойств. Все галогены образуют простые вещества - двухатомные молекулы Hal 2 . Фтор - самый электроотрицательный из химических элементов. Во всех своих соединениях имеет степени окисления –1. Высшие оксиды галогенов (кроме фтора) имеют общую формулу R 2 O 7 , являются кислотными оксидами. Им соответствуют сильные кислоты общей формулы HRO 4 (R = Cl, Br). Водородные соединения галогенов - галогеноводороды имеют общую формулу HHal. Их водные растворы являются кислотами, сила которых возрастает от HF к HI. Для галогенов существует закономерность: каждый предыдущий галоген способен вытеснять последующий из его соединений с металлами и водородом, например: Cl 2 + 2KBr = 2KCl + Br 2 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Неметаллы – химические элементы, атомы которых принимают электроны для завершения внешнего энергетического уровня, образуя при этом отрицательно заряженные ионы. Электронная конфигурация валентных электронов неметаллов в общем виде — ns 2 np 1−5 Исключение составляют водород (1s 1) и гелий (1s 2), которые тоже рассматривают как неметаллы.

Неметаллы обычно обладают большим спектром степеней окисления в своих соединениях. Большее число электронов на внешнем энергетическом уровне по сравнению с металлами определяет их большую способность к присоединению электронов и проявлению высокой окислительной активности.

Нахождение неметаллов в природе

Неметаллы находятся в земной коре (в большинстве своем кислород и кремний — 76 % от массы земной коры а также As, Se, I, Te, но в очень незначительных количествах), в воздухе (азот и кислород) , в составе растительной массы (98,5 % — углерод, водород, кислород, сера, фосфор и азот), а также в основе массы человека (97,6 % — — углерод, водород, кислород, сера, фосфор и азот). Водород и гелий – входят в состав космических объектов, включая Солнце. Чаще всего в природе неметаллы встречаются в виде соединений.

Физические свойства неметаллов

Фтор, хлор, кислород, азот, водород и инертные газы представляют собой газообразные вещества, йод, астат, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор –твёрдые вещества; бром -жидкость.

Положение неметаллов в Периодической системе Д.И. Менделеева

Если в Периодической системе мысленно провести диагональ от бериллия к астату, то в правом верхнем углу таблицы будут находиться элементы-неметаллы. Среди неметаллов есть s-элемент – водород; р-элементы бор; углерод, кремний; азот, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур, галогены и астат. Элементы VIII группы – инертные (благородные) газы, которые имеют полностью завершенный внешний энергетический уровень и их нельзя отнести ни к металлам, ни к неметаллам.

Неметаллы обладают высокими значениями сродства к электрону, электроотрицательность и окислительно-восстановительный потенциал.

Получение неметаллов

Многообразие неметаллов породило многообразие способов их получения, так водород получают, как лабораторными способами, например, взаимодействием металлов с кислотами (1), так и промышленными способами, например, конверсией метана (2).

Zn +2HCl = ZnCl 2 + H 2

CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 (температура 900 С)

Получение галогенов осуществляют в основном, путем окисления галогеноводородных кислот:

MnO 2 +4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

K 2 Cr 2 O 7 +14HCl= 3Cl 2 + 2KCl +2CrCl 3 +7H 2 O

2KMnO 4 +16HCl = 2 MnCl 2 +5Cl 2 +8H 2 O+ 2KCl

Для получения кислорода используют реакции термического разложения сложных веществ:

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 +O 2

4K 2 Cr 2 O 7 = 4K 2 CrO 4 +2Cr 2 O 3 +3O 2

Серу получают неполным окислением сероводорода (1) или по реакции Вакенродера (2):

H 2 S + O 2 =2S +2H 2 O (1)

2H 2 S + SO 2 =3S↓ +2H 2 O (2)

Для получения азота используют реакцию разложения нитрита аммония:

NaNO 2 +NH 4 Cl = N 2 + NaCl +2H 2 O

Основной способ получения фосфора – из фосфата кальция:

Ca 3 (PO 4) 2 +3SiO 2 +5C = 3CaSiO 3 +5CO +2P

Химические свойства неметаллов

Основные химические свойства неметаллов (общие для всех) – это:

— взаимодействие с металлами

2Na + Cl 2 = 2NaCl

6Li + N 2 = 2Li 3 N

2Ca + O 2 = 2CaO

— взаимодействие с другими неметаллами

3H 2 + N 2 = 2NH 3

H 2 + Br 2 = 2HBr

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5

2F 2 + O 2 = 2OF 2

S + 3F 2 = SF 6 ,

C + 2Cl 2 = CCl 4

Каждый неметалл обладает специфическими химическими свойствами, характерными только для него, которые подробно рассматривают при изучении каждого неметалла в отдельности.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Деление химических элементов на металлы и неметаллы достаточно условно. Существует небольшая группа элементов, которые при некоторых условиях ведут себя нетипичным образом. Например, алюминий может реагировать не только с кислотами, как большинство металлов, но и со щелочами, как неметаллические элементы. А германий, являющийся неметаллом, может проводить электрический ток, как типичный металл. В нашей статье мы рассмотрим физические и химические свойства неметаллов, а также их применение в промышленности.

Формула валентного уровня

В основе различий в характеристиках элементов лежит строение их атомов. Неметаллы имеют от 4 до 8 электронов на последнем энергетическом уровне, исключением будут водород, гелий и бор. Практически все неметаллы относятся к p-элементам. Например, это хлор, азот, кислород. Этому правилу не подчиняются гелий и водород, являющиеся p-элементами. Физические свойства неметаллов, а также способность к химическим превращениям, обусловлены их расположением в периодической системе.

Место неметаллов в системе химических элементов

Изменение свойств атомов неметаллических элементов происходит с увеличением порядкового номера. В периоде благодаря увеличению заряда ядра происходит сжатие атома и уменьшение его радиуса. Также усиливается окислительная способность, а восстановительные свойства элементов ослабевают. Физические свойства неметаллов, а также особенности их взаимодействия с другими веществами зависят от строения их внешнего энергетического уровня. От него же зависит и способность атомов притягивать в сферу своего влияния чужие электроны. Например, во втором периоде от бора до фтора электроотрицательность неметаллов увеличивается. Самым активным среди всех неметаллических элементов является фтор. В своих соединениях он сильнее всех удерживает чужие электроны, сохраняя заряд -1.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы существуют в различных агрегатных состояниях. Так, бор, углерод, фосфор - твердые соединения, бром - жидкость, азот, водород, кислород - газы. Все они не проводят электрический ток, менее прочные, чем металлы, имеют низкую теплопроводность. Вид кристаллической решетки также влияет на физические свойства неметаллов. Например, соединения с молекулярной решеткой (йод, сера, фосфор) имеют низкую температуру кипения и плавления, а также летучи. Атомное кристаллическое строение присуще кремнию, алмазу. Эти вещества очень прочные, их температуры плавления и кипения высокие.

Химические свойства

Прямая реакция соединения металлов и неметаллов приводит к получению бинарных соединений класса солей: нитридов, карбидов, хлоридов.

Например:

6Na + N 2 = 2 Na 3 N.

Неметаллические элементы способны взаимодействовать друг с другом. Главное условие протекание таких процессов: элементы должны иметь различную электроотрицательность. Например:

6Cl 2 + 4P =4 PCl 3 .

Большинство неметаллов, за исключением йода, напрямую окисляются кислородом. При этом образуются бинарные соединения - кислотные оксиды:

C + O 2 = CO 2 - диоксид карбона, или углекислый газ.

Возможны реакции неметаллов с некоторыми оксидами. Так, углерод применяют в качестве элемента, восстанавливающего металлы из их оксидов:

C + CuO = Cu + CO.

Кислоты - сильные окислители (например, нитратная), способны взаимодействовать с неметаллами, окисляя их до оксидов:

C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.

Галогены

Элементы, расположенные в главной подгруппе седьмой группы таблицы периодической системы, являются в химическом отношении самыми активными неметаллами. Их атомы имеют одинаковое количество электронов -7 на последнем энергетическом уровне, что и объясняет схожесть их химических характеристик.

Физические свойства простых веществ - неметаллов различны. Так, фтор, хлор находятся в газообразной фазе, жидкостью является бром, а твердое состояние присуще йоду. Активность галогенов в группе с увеличением заряда ядра атома ослабевает, фтор является самым реакционно способным среди галогенов. В реакционной способности ему ступает лишь кислород, входящий в группу халькогенов. Сила водородных соединений галогенов, водные растворы которых являются кислотами, от фтора до йода возрастает, а растворимость малорастворимых солей уменьшается. Особое положение фтора среди галогенов касается и его способности к реакциям с водой. Галоген может разлагать воду, образуя различные продукты: собственный оксид F 2 O, озон, кислород и перекись водорода.

Элемент является самым распространенным на Земле. Его содержание в почве составляет более 47%, а масса газа в воздухе равна 23,15%. Общие физические свойства неметаллов, таких как азот, кислород, водород, находящихся в газообразном состоянии, определяются строением их молекул.

Все они состоят из двух атомов, связанных ковалентными неполярными связями. В атоме кислорода на последнем энергетическом уровне находятся два свободных p-электрона. Поэтому степень окисления элемента обычно равна -2, а в соединениях со фтором (например, OF 2) +2. Кислород плохо растворим в воде, при температуре -183 ⁰C он превращается в легко подвижную жидкость голубого цвета, способную притягиваться магнитом. Элемент представлен двумя простыми веществами: кислородом O 2 и озоном O 3 . Характерный запах озона можно ощутить в воздухе после грозового дождя. Вещество чрезвычайно агрессивно, разлагает органические материалы и окисляет даже пассивные металлы, такие как платина или золото. Большинство сложных веществ - оксидов, солей, оснований и кислот - содержат в составе своих молекул атомы кислорода.

Как и кислород, сера очень распространена в земной коре, ее атомы также входят в состав органических веществ, например белков. Велико содержание серы в геотермальных источниках и вулканических газах. Наиболее распространенные серосодержащие минералы: пирит FeS 2 , цинковый и свинцовый блеск ZnS, PbS.

На просьбу: "Перечислите физические свойства неметаллов", мы можем ответить, назвав, например, свойства серы. Она является диэлектриком. Вещество плохо сохраняет тепловую энергию, хрупкое, крошится при ударе, не растворяется в воде. Может формировать несколько аллотропных форм, называемых ромбической, пластической и моноклинной. Природная сера имеет желтую окраску и ромбическое строение. В химических реакциях с металлами и некоторыми неметаллами ведет себя как окислитель, а с галогенами и кислородом - проявляет восстановительные свойства.

В нашей статье на примере галогенов, кислорода и серы мы рассмотрели свойства неметаллических элементов.

― это способность поляризовать химическую связь, оттягивать к себе общие электронные пары.
К неметаллам относят 22 элемента.
Положение неметаллических элементов в периодической системе химических элементов

Строение атомов неметаллов

Строения молекул неметаллов. Физические свойства неметаллов

· водород ― H 2 ;

· азот ― N 2 ;

· кислород ― O 2 ;

· фтор ― F 2 ;

· хлор ― CI 2 .

· гелий ― He;

· неон ― Ne;

· аргон ― Ar;

· криптон ― Kr;

· ксенон ― Xe;

· радон ― Rn).

· йод ― I;

· астат ― At.