Химические свойства неметаллов

Лекция 24

Неметаллы.

План лекции:

Положение неметаллов в периодической системе

Неметаллы – простые вещества

Химические свойства неметаллов

Общие способы получения неметаллов

Положение неметаллов в периодической системе

Число элементов-неметаллов значительно меньше, чем элементов-металлов Типичными неметаллическими свойствами обладают десять химических элементов (Н, С, N, Р, О, S, F, Cl, Br, I). Шесть элементов, которые обычно относят к неметаллам, проявляют двойственные (и металлические, и неметаллические) свойства (В, Si, As, Se, Те, At). И еще 6 элементов в последнее время стали включать в список неметаллов. Это так называе­мые благородные (или инертные) газы (Не, Ne, Аг, Кг, Хе, Rn). Итак, 22 из известных химических эле­ментов принято относить к неметаллам.

Элементы, проявляющие неметаллические свойства в периодической системе располагаются выше диагонали бор-астат (рис. 26).

Атомы большинства неметаллов, в отличие от ато­мов металлов, на внешнем электронном слое имеют боль­шое число электронов — от 4 до 8. Исключение состав­ляют атомы водорода, гелия, бора, которые имеют на внешнем уровне 1, 2 и 3 электрона соответственно.

Среди неметаллов только два элемента — водород (1s¹) и гелий (1s²) относятся к s-семейству, все остальные при­надлежат к р-семейству.

Атомы типичных неметаллов (A) характеризуются высокой электроотрицательностью и большим сродством к электрону, что обусловливает их способность образо­вывать отрицательно заряженные ионы с электронными конфигурациями соответствующих инертных газов:

А⁰ + nê → А^n-

Эти ионы входят в состав ионных соединений неме­таллов с типичными металлами. Отрицательные степени окисления неметаллы имеют также в ковалентных соединениях с другими менее элек­троотрицательными неметаллами (в частности, с водоро­дом).

Атомы неметаллов в ковалентных соединениях с бо­лее электроотрицательными неметаллами (в частности, с кислородом) имеют положительные степени окисления. Высшая положительная степень окисления неметалла, как правило, равна номеру группы, в которой он нахо­дится.

Неметаллы – простые вещества

Несмотря на небольшое число элементов-неметаллов, их роль и значение как на Земле, так и в космосе огром­ны. 99% массы Солнца и других звезд составляют неме­таллы водород и гелий. Воздушная оболочка Земли со­стоит из атомов неметаллов — азота, кислорода и благо­родных газов. Гидросфера Земли образована одним из важнейших для жизни веществ — водой, молекулы ко­торой состоят из неметаллов водорода и кислорода. В живой материи главенствуют 6 неметаллов — углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера.

При обычных условиях вещества-неметаллы суще­ствуют в разных агрегатных состояниях:

1) газы: водород Н₂, кислород О₂, азот N₂, фтор F₂, хлор С1₂, инертные газы: Не, Ne, Ar, Кг, Хе, Rn

2) жидкости: бром Вг₂

3) твердые вещества йод I₂, углерод С, кремний Si, сера S, фосфор Р и др.

Семь элементов-неметаллов образуют простые веще­ства, существующие в виде двухатомных молекул Э₂ (водород Н₂, кислород О₂, азот N_2, фтор F₂, хлор С1₂, бром Вг_2, йод I₂)_.

Так как в кристаллической решетке неметаллов между атомами нет свободных электронов, они отличаются по физическим свойствам от металлов:

¾ не имеют блеска;

¾ хрупкие, имеют различную твердость;

¾ плохо проводят тепло и электричество.

Твердые вещества-неметаллы в воде практически не­растворимы; газообразные О₂, N₂, Н₂ и галогены облада­ют очень малой растворимостью в воде.

Для ряда неметаллов характерна аллотропия — явление су­ществование одного элемента в виде нескольких простых веществ. Аллотропные модификации извес­тны для кислорода (кислород О₂ и озон О₃), серы (ромбичес­кая, моноклинная и пластическая), фосфора (белый, крас­ный и черный), углерода (графит, алмаз и карбин и др.), крем­ния (кристаллический и аморфный).

Химические свойства неметаллов

По химической активности неметаллы существенно различаются между собой. Так, азот и благородные газы, в химические реакции вступают только при очень жестких условиях (высокое давление и температура, наличие катализатора).

Наиболее химически активными неметаллами явля­ются галогены, водород и кислород. Сера, фосфор, а осо­бенно углерод и кремний реакционноспособны только при повышенных температурах.

Неметаллы в химических реакциях проявляют и окис­лительные, и восстановительные свойства. Наиболее высокая окислительная способность характерна для га­логенов и кислорода. У таких неметаллов, как водород, углерод, кремний, преобладают восстановительные свой­ства.

I. Окислительные свойства неметаллов:

1. Взаимодействие с металлами. При этом образуются бинарные соединения: с кислородом – оксиды, с водородом – гидриды, азотом – нитриды, галогенами – галогениды и т.д.:

2Cu + O₂ → 2CuO

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

2. Взаимодействие с водородом. Неметаллы выступают в качестве окислителей и в реакциях с водородом, образуя при этом летучие водородные соеди­нения:

Н₂ + С1₂ → 2НС1

N₂ + 3Н₂ → t, p, кат. 2NH₃

3. Взаимодействие с неметаллами. Неметаллы проявляют окислительные свойства также в реакциях с менее электроотрицательными неметаллами:

2Р + 5С1₂ → 2РС1₅;

С + 2S → CS₂.

4. Взаимодействие со сложными веществами. Окислительные свойства неметаллов могут проявляться и в реакциях со сложными веществами. Например, вода го­рит в атмосфере фтора:

2F₂ + 2Н₂О → 4HF + О₂.

II. Восстановительные свойства неметаллов

1. Взаимодействие с неметаллами. Восстановительные свойства неметаллы могут проявлять по отношению к неметаллам с большей электроотрицатель­ностью, и в первую очередь по отношению к фтору и кисло­роду:

4Р + 5О₂ → 2Р₂О₅;

N₂ + О₂ → 2NO

2. Взаимодействие со сложными веществами. Некоторые неметаллы могут являться восстановителя­ми, что позволяет применять их в металлургическом произ­водстве:

С + ZnO → Zn + СО;

5Н₂ + V₂О₅ → 2V + 5Н₂О.

SiО₂ + 2С → Si + 2СО.

Восстановительные свойства неметаллы проявляют при взаимодействии со сложными веществами — сильными окис­лителями, например:

3S + 2КСlO₃ → 3SO₂ + 2КС1;

6Р + 5КСlO₃ → ЗР₂O₅ + 5КС1.

С + 2H₂SО₄ → СО₂ + 2SО₂ + 2Н₂О;

3Р + 5HNО₃ + 2Н₂О → ЗН₃РО₄ + 5NO.

Общие способы получения неметаллов

Некоторые неметаллы встречаются в природе в свободном состоянии: это сера, кислород, азот, благородные газы. В первую очередь простые вещества — не­металлы входят в состав воздуха.

Большие количества газообразных кислорода и азота получают ректификацией воздуха (разделением).

Наиболее активные неме­таллы — галогены — получа­ют электролизом расплавов или растворов из соедине­ний. В промышленности с помощью электролиза в больших количествах получают одновременно три важнейших про­дукта: ближайший аналог фтора — хлор, водород и гидро­ксид натрия. В качестве электролита используют раствор хлори­да натрия, подаваемый в электролизер сверху.

Более подробно способы получения неметаллов будут рассмотрены далее, в соответствующих лекциях.