Виды неметаллов. Неметаллы

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Витебский государственный университет имени П.М. Машерова»

Кафедра химии

СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

канд. хим наук, доц. Кулиев С.И., маг. пед. наук, преподаватель каф. химии Белохвостов А.А.

1. Общая характеристика неметаллов………………………………………….4

2. Водород и его соединения 8………………………………………………...8

3. Свойства неметаллов VII-A группы. Галогены……………………………12

Неметаллы

1. Общая характеристика неметаллов

Неметаллические свойства элементов определяются способностью атомов «принимать» электроны, т.е. проявлять при взаимодействии с атомами других элементов окислительные свойства. К неметаллам отно-

сятся элементы с большой энергией ионизации, большим сродством к электрону и минимально возможным радиусом атома.

Число неметаллов, известных в природе по сравнению с металлами относительно невелико. Из всех элементов неметаллическими свойствами обладают 22 элемента, остальные элементы характеризуются металлическими свойствами. Ряд элементов проявляет амфотерные свойства.

Неметаллы в основном располагаются в правой верхней части периодической системы. По мере заполнения наружной электронной оболочки число электронов на внешнем слое у неметаллов растет, а радиус уменьшается, поэтому они в большей степени стремятся присоединять электроны. В связи с этим неметаллы характеризуются более высокими значениями энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности по сравнению с атомами металлов и поэтому у них преобладают окислительные свойства, т.е. способность атомов присоединять электроны. Особенно ярко окислительные свойства выражены у атомов неметаллов 6 и 7 групп второго и третьего периодов. Самый сильный окислитель – фтор. Он окисляет даже воду и некоторые благородные газы:

2 F2 + 2 H2 O = 4HF + O2

2 F2 + Xe = XeF4

Окислительные свойства неметаллов зависят от численного значения электроотрицательности атома и увеличиваются в следующем порядке:

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

Такая же закономерность в изменении окислительных свойств характерна и для простых веществ соответствующих элементов. Ее можно наблюдать на примере реакций с водородом:

3 H2 + N2 = 2 NH3 (t, катализатор);

H2 + Cl2 = 2 HCl (при освещении – hυ); H2 + F2 = 2 HF (в темноте - взрыв );

Восстановительные свойства у атомов неметаллов выражены довольно слабо и возрастают от кислорода к кремнию:

Si, B, H, P, C, S, I, Br, N, Cl, О

Благородные газы в виде простых веществ одноатомны (Не, Nе, Аr и т.д.). Галогены, азот, кислород, водород как простые вещества существуют в виде двухатомных молекул (F2 , С12 , Вr2 , I2 , N2 , О2 , Н2 ). Остальные неметаллы могут существовать при нормальных условиях, как в кристаллическом состоянии, так и в аморфном состоянии. Неметаллы в отличие от металлов плохо проводят теплоту и электрический ток.

Простые вещества (неметаллы )

С, В, Si – имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Эти элементы в виде простых веществ существуют в нескольких аллотропных модификациях – в кристаллическом и аморфном состоянии. Кристаллические видоизменения С (алмаз), Si и В обладают большой твердостью, высокими температурами плавления и полупроводниковыми свойствами. Все эти элементы образуют соединения с металлами – карбиды (СаС2 , А14 С3 , Fе3 С), силициды (Мg2 Si) и бориды (ТаВ, ТаВ2 ). Некоторые из них обладают большой твердостью (Fе3 С, ТаВ). Кристаллический бор В (как и кремний) имеет очень высокую температуру плавления (2075 о С) и обладает большой твердостью. Электропроводность бора с повышением температуры значительно увеличивается, что дает возможность широко использовать его в полупроводниковой технике.

С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного типа: H4 R, H3 R, H2 R, HR (кроме ВH3 или В2 Н6 ). В обычных условиях это газы или летучие жидкости. Водные растворы водородных соединений неметаллов могут проявлять и основные свойства (NH3 , PH3 ) и кислотные свойства (HF, HCl, H2 S). В периоде с увеличением заряда ядра кислотные свойства водо-

родных соединений неметаллов в водных растворах увеличиваются. Сероводородная кислота относится к слабым кислотам, хлороводородная кислота – к сильным кислотам. Соли сероводородной кислоты подвергаются гидролизу, соли соляной кислоты гидролизу не подвергаются:

Na2 S + H2 O <=> NaHS + NaOH; (рН > 7)

NaCl + H2 O ≠ (рН = 7)

В группе с увеличением заряда ядра кислотные свойства и восстановительные свойства водородных соединений неметаллов увеличиваются:

HCl + H2 SO4(конц.) ≠

Кислородные соединения неметаллов проявляют кислотные свойства. Неметаллы при взаимодействии с кислородом (прямом или косвенном) образуют кислотные оксиды, гидроксиды которых проявляют кислотные свойства:

НеМе (Э) → кислотный оксид (Эх Оу ) → гидроксид – кислота (Нх ЭОу )

Кислотные свойства оксидов и гидроксидов в периоде увеличиваются, а

Кислотные свойства увеличиваются

НNО3 – H3 PO4 – H3 АsO4

Кислотные свойства уменьшаются

Если неметалл может образовывать соединения с разными степенями окисления, то свойства соединений будут зависеть от степени окисления элемента. С увеличением степени окисления кислотные свойства соединений увеличиваются:

НС1+1 О – НС1+3 О2 – НС1+5 О3 – НС1+7 О4

H2 S-2 – H2 S+4 O3 – H2 S+6 O4

Кислотные свойства усиливаются

В периодической таблице металлические элементы отделены от неметаллических элементов диагональной линией, проходящей от бора к астату. Вдоль этой границы располагаются элементы, проявляющие свойства металлов и неметаллов. К ним относятся бор, кремний, германий мышьяк, сурьма, теллур и астат, которые называются полуметаллами или металлоиды. Таким образом, внутри каждого периода имеется «пограничная зона», в которой располагается элемент, проявляющий двойственные свойства. Следовательно, переход от типичного металла к типичному неметаллу в периоде происходит постепенно. Внутри больших периодов переход от металлов к неметаллам происходит плавно.

Биологическая роль химических элементов в организме человека чрезвычайно разнообразна и важна. Основу живых систем составляют только шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера . И все эти элементы относятся к неметаллам, о свойствах которых речь пойдет ниже. На долю перечисленных неметаллов в организме человека приходится 97,4%. Для этих элементов характерным является то, что они способны образовывать разнообразные связи, этим и обуславливается большое число биомолекул, существующих в живых организмах. Корме того, углерод, во-

дород, кислород, азот, фосфор и сера относятся к макроэлементам, т.е.

элементам, содержание которых в организме выше 10-2 %. К микроэлементам, содержание которых в организме находится в пределах от 10-3 до10-5 %, из неметаллов относятся иод, мышьяк, фтор, бром. По значимости для жизнедеятельности элементы делятся на группы. К жизненно необходимым или незаменимым элементам относится ряд металлов (Ca, K, Na, Mg, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V) и следующие неметаллы: Н, О, N, P, S, Cl, C, I. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека. Кроме того, в организме человека постоянно находятся следующие неметаллы: Br, F, B, Si, As, Se. Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называют биогенными элементами.

Незаменимые элементынеметаллы, (макроэлементы)

Биогенные неметаллы, (микроэлементы)

Металлы

Для организма вреден не только недостаток, но и избыток биогенных элементов. В результате недостатка или избытка того или иного элемента в организме человека могут возникать различные заболевания. Существует тесная связь между живой и неживой природой. Обычно содержание элементов в живых организмах соответствует содержанию этого элемента в земной коре. В живых организмах постоянно происходит обмен химических элементов с окружающей средой. В обмене принимают участие элементы с близкими физико-химическими характеристиками, такими, как ионный радиус, заряд иона, энергия ионизации, координационное число и т.д. Ион ка- кого-либо элемента (особенно при его недостатке) в организме замещаться близким по химическим свойствам и ионному радиусу ионом другого элемента, чаще соседа по группе периодической системы. Этот процесс в первую очередь зависит от химического состава среды. Следовательно, нарушение естественного микроэлементного состава среды может пагубно отразиться на жизненных процессах. Поэтому так важна защита природы от неразумного загрязнения.

2. Водород и его соединения

Общая характеристика водорода. Элемент водород Н занимает особое положение в Периодической системе. Его помещают и 1-группу и в 7- группу периодической системы. Но в настоящее время чаще располагают в начале подгруппы галогенов.

В пользу помещения водорода в начало подгруппы щелочных металлов говорят следующие аргументы:

1. Водород, как и щелочные металлы, проявляет в большинстве соединений степень окисления +1 .

2. Подобно щелочным металлам, водород обладает ярко выраженными восстановительными свойствами.

Fe2 O3 + 3 H2 = 2 Fe + 3 H2 O

3. Водород и щелочные металлы легко замещают друг друга в химических реакциях.

NаОН + НС1 = NаС1 + Н2 О Сходство водорода с галогенами заключается в следующем:

1. Подобно атомам галогенов, водород может присоединять электрон с образованием иона водорода Н, который является изоэлектронным ближайшему благородному газу (Не)

2 Nа + Н2 = 2 NаН

2. Как и легкие галогены, водород – газ при обычных условиях. Молекула водорода состоит из двух атомов (Н 2 ).

3. Водород в соединениях легко замещается галогенами.

СН4 + С12 = СН3 С1 + НС1;

4. Потенциал ионизации (первый) водорода соизмерим с потенциа-

5. Температуры плавления и кипения водорода соответствуют ряду галогенов:

Температура плавления

Температура

Рис. 1. Температуры плавления и кипения галогенов и водорода

Водород – один из наиболее распространенных элементов на Земле. Его общее содержание в земной коре составляет ~ 1%. В пересчете на атомар-

ные количества оказывается, что из каждых 100 атомов земной коры на долю водорода приходится 17.

Водород – самый легкий газ из всех газов. Он бесцветен и не имеет запаха и вкуса. Он не ядовит, но при высоких концентрациях вызывает удушье и наркотическое действие. Из-за слабого межмолекулярного взаимодействия водород имеет очень низкие температуры кипения (-252,8 о С) и плавления (-259,2 о С). Н2 практически не растворяется в воде.

Под действием радиационных реакций происходит образование водо-

Но в атмосфере Н2 находится только в виде следов, ввиду легкой диффузии его в космическое пространство.

Электронная формула водорода 1s 1 , характерные степени окисления +1 и реже –1 . Водород существует в виде трех изотопов:

1 1 Н; 2 1 Н (Д – дейтерий ); 3 1 Н(Т – тритий ).

Кроме этого искусственно получены два неустойчивых изотопа водорода 4 1 Н и 5 1 Н. В природе 99,985 % приходится на долю легкого водорода, остальное – дейтерий. Все изотопы имеют по оному электрону, но химические и физические свойства двухатомных молекул и их соединений заметно различаются.

Небольшие изменения энергии связи сильно сказываются на скоростях реакций. Еакт. тем выше, чем сильнее связь в молекуле

Свойства тяжелой воды отличаются от свойств Н2 О: температура замерзания тяжелой воды 4о С, температура кипения 101,42 о С, плотность 1,105 г/см3 (20о С). Получают тяжелую воду в результате электролиза легкой воды с последующим вымораживанием. Д2 О – не пригодна для жизненных процессов, так как более прочные связи О – Д изменяют скорости биологических процессов и приводят к смещению равновесия этих процессов. Дейтерий – играет важную роль в атомной технике. Д2 О – тяжелую воду используют как замедлитель нейтронов в ядерных реакторах.

Тритий – радиоактивный изотоп водорода. Тритий выделяется при дейст-

вии космического излучения на азот:

14 7 N + 1 0 n → 12 6 С + 3 1 Н

Тритий используется для получения энергии в процессе ядерного син-

3 1 Н + 2 1 Н → 4 2 Не + 1 0 n + 17,6 МэВ

В результате радиоактивного распада ядро трития испускает β-частицу и

превращается в ядро атома гелия:

3 1 Т → β + 3 2 Не.

катализатор, t = 800 о С )

В результате замены в соединениях легкого водорода на тритий получают «меченые препараты», которые широко используют в химических исследованиях и в медицинской практике.

Получение водорода. В лаборатории водород чаще всего получают действием разбавленных серной или соляной кислот на цинк, а также взаимодействием активных металлов с водой:

Zn + H2 SO4 (разб.) = ZnSO4 + H2

2 Na + 2 H2 O = 2 NaOH + H2

Промышленные способы получения основаны на более дешевом сырье:

а) водород получают при взаимодействии водяного пара с раскаленным углем:

С + H2 O = СO + H2

Полученная таким образом смесь называется водяным газом. В присутствии катализатора (Fe2 O3 ) при 500о С оксид углерода может быть превращен в диоксид углерода:

СО + H2 O = СO2 + H2 (катализатор, t )

очистка от СО2 трудностей не представляет б) из природного газа

2 СН4 + О2 + 2 Н2 О = 2 СО2 + 6 Н2 (

СН4 + Н2 О = СО + 3 Н2 (t = 800-900 о С )

Водород высокой степени чистоты получают электролизом растворов

гидроксидов щелочных металлов (NaOH, КОН):

К: 2 Н2 О + 2ē = Н2 + 2 ОН- А: 4 ОН- - 4ē = О2 + 2 Н2 О

Химические свойства водорода. Атом водорода имеет самый маленький размер по сравнению с атомами других элементов, поэтому катион водорода (протон) Н+ обладает сильной проникающей способностью в электронные оболочки атомов других элементов. Атом водорода образует с атомами наиболее электоотрицательных элементов водородные связи. По этой же причине свободный катион водорода Н+ не существует в водном

растворе, он соединяется с одной молекулой воды и образует катион оксония Н3 О+ .

По химическим свойствам водород является довольно активным веществом. При нагревании взаимодействует со многими неметаллами: Cl2 ; Br2 ; S;

Водород – активный восстановитель. Широко применяется в технике для выделения металлов из солей и оксидов:

MgO + Н2 = Mg + Н2 O Fe3 O4 + 4 Н2 = 3 Fe + 4 Н2 O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА

1. С МЕТАЛЛАМИ

(Li, Na, К, Rb, Cs, Са, Sr, Ва) → с щелочными и щелочноземельными металлами при нагревании образует твёрдые нестойкие вещества гидриды, остальные металлы не реагируют.

2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)

Ca + H₂ = CaH₂

2. С НЕМЕТАЛЛАМИ

с кислородом, галогенами при нормальных условиях, при нагревании реагирует с фосфором, кремнием и углеродом, с азотом при наличии давления и катализатора.

2Н₂ + O₂ = 2Н₂O Н₂ + Cl₂ = 2HCl

3Н₂ + N₂↔ 2NH₃ H ₂ + S = H₂S

3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

С водой не реагирует

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

Восстановливает оксиды металлов (неактивных) и неметаллов до простых веществ:

CuO + H₂ = Cu + H₂O 2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O

SiO₂ + H₂ = Si + H₂O

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

С кислотами не реагирует

6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

С щелочами не реагирует

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

Восстанавливает малоактивные металлы из солей

CuCl₂ + H₂ = Cu + 2HCl

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С щелочными металлами при нормальных условиях – оксиды и пероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид

4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)

K+O2=KO2 (надпероксид)

С остальными металлами главных подрупп при нормальных условиях образует оксиды со степенью окисления, равной номеру группы

2 С a+O2=2 С aO

4Al + O2 = 2Al2O3

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С металлами побочных подгрупп образует при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а с железом железную окалину Fe 3 O 4 ( FeO ∙ Fe 2 O 3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4 4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный);

2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный); 2Zn + O₂ = ZnO

4Cr + 3О2 = 2Cr2⁺³О3

образует оксиды – часто промежуточной степени окисления

C + O ₂(изб)= CO ₂; C + O ₂ (нед) = CO

S + O₂ = SO₂ N₂ + O₂ = 2NO - Q

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

С водой не реагирует

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

Окисляет низшие оксиды до оксидов с более высокой степенью окисления

Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3; C⁺²O + O2 = C⁺⁴O2

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Безводные бескислородные кислоты (бинарные соединения) сгорают в атмосфере кислорода

2H2S + O2 = 2S + 2H2O 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

В кислородсодержащих повышает степень окисления неметалла.

2HN⁺³O2 + O2 = 2HN⁺⁵O3

6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОСНОВАНИЯМИ

Окисляет неустойчивые гидроксиды в водных растворах до более высокой степени окисления

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ И БИНАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Вступает в реакции горения.

4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Каталитическое окисление

NH3 + O2 = NO + H2O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С щелочными при нормальных условиях, с F , Cl , Br воспламеняются:

2 Na + Cl 2 = 2 NaCl (хлорид)

Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:

С a+Cl2= С aCl2 2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (II)!)

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (III)

Фтор реагирует с металлами (часто со взрывом), включая золото и платину.

2Au + 3F₂ = 2AuF

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

С кислородом непосредственно не взаимодействуют(исключение F₂) , реагируют с серой, фосфором, кремнием. Химическая активность у брома и йода выражена слабее, чем у фтора и хлора:

Н2 + F 2 = 2Н F ; Si + 2 F 2 = SiF 4.; 2 P + 3 Cl 2 = 2 P ⁺³ Cl 3; 2 P + 5 Cl 2 = 2 P ⁺⁵ Cl 5; S + 3 F 2 = S ⁺⁶ F 6;

S + Cl2 = S⁺²Cl2

F ₂

Реагирует с кислородом: F 2 + O 2 = O ⁺² F 2

Реагирует с другими галогенами: Cl ₂ + F ₂ = 2 Cl ⁺¹ F ¯¹

Реагирует даже с инертными газами 2 F ₂ + Xe = Xe ⁺⁸ F ₄¯¹.

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

Фтор при нормальных условиях образует плавиковую кислоту + + О₂

2F2 + 2H2O → 4НF + О2

Хлор при повышении температуры образует хлороводородную кислоту + О₂,

2Сl₂ + 2H₂O → 4HCl + O₂

при н.у. - «хлорная вода»

Сl2 + Н2О ↔ НСl + НСlO (хлороводородная и хлорноватистая кислоты)

Бром при нормальных условиях образует «бромную воду»

Br2 + Н2О ↔ НBr + HBrО (бромоводородная и бромноватистая кислоты

Йод →реакция не идет

I2 + H₂O ≠

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

РЕАГИРУЕТ только фтор F₂ , вытесняя кислород из оксида, образуя фториды

SiO2‾² + 2F2⁰ = SiF4‾¹ + O2⁰

6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ.

реагируют с бескислородными кислотами, вытесняя менее активные неметаллы.

H2S‾² + I2⁰ → S⁰↓+ 2HI‾

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

ФТОР образует фторид + кислород и воду

2F2 + 4NaOH = 4NaF¯¹ + O2 + 2H2O

ХЛОР при нагревании образует хлорид, хлорат и воду

3 Cl ₂ + 6 KOH = 5 KCl ¯¹ + KCl ⁺⁵ O 3 + 3 H 2 O

На холоде хлорид, гипохлорат и воду, с гидроксидом кальция хлорную известь и воду

Cl2 + 2KOH-(холод)= KCl¯¹ + KCl⁺¹O + H2O

Cl2 + Ca(OH) 2 = CaOCl2(хлорная известь– смесь хлорида, гипохлорита и гидроксида) + H2O

Бром при нагревании → бромид, бромат и и воду

3Br2 + 6KOH =5KBr¯¹ + KBr ⁺⁵O3 + 3H2O

Йод при нагревании → иодид, иодат и воду

3I2 + 6NaOH = 5NaI¯¹ + NaI ⁺⁵O3 + 3H2O

9.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

Вытеснение менее активные галогены из солей

2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2
2KCl + Br2 ≠
2KCl + F2→ 2KF + Cl2
2KBr + J2≠

Окисляют в солях неметаллы до более высокой степени окисления

2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl 3 ‾¹

Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰ + 2H2O →Na2S⁺⁶O4 + 2HBr‾

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ

реагирует при нагревании даже с щелочными металлами, с ртутью при нормальных условиях: с серой – сульфиды:

2K + S = K2S

2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

При нагревании с водородом, c кислородом (сернистый газ) c галогенами (кроме йода), с углеродом, азотом и кремнием и не реагирует

S + Cl₂ = S⁺²Cl₂ ; S + O₂ =S⁺⁴O₂

H₂ + S = H₂S¯² ; 2P + 3S = P₂S₃¯²

С + 3S = CS₂¯²

С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, СОЛЯМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Окисляется серной кислотой при нагревании до сернистого газа и воды

2H2SO4 ( конц ) = 2H2O + 3S⁺⁴O2

Азотной кислотой при нагревании до серной кислоты, оксида азота (+4) и воды

S + 6HNO3( конц ) =H2SO4 + 6N⁺⁴O2 + 2H2O

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

При нагревании образует сульфит, сульфид + вода

3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА

реакции протекают при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) :

С азотом – нитриды

6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.) 3Mg + N2 =Mg3N2 (нитрид магния) 2Cr + N2 = 2CrN

У железа в данных соединениях степень окисления +2

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

(из-за тройной связи азот очень малоактивен). При обычных условиях с кислородом не реагирует. Реагирует с кислородом только при высокой температуре (электрическая дуга), в природе – во время грозы

N2+O2=2NO ( эл . дуга , 3000 0C)

С водородом при высоком давлении, повышенной температуре и в присутствии катализатора:

t,p,kat

3N2+3H2 ↔ 2NH3

С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, КИСЛОТАМИ, ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании с фосфором – фосфиды

3Ca + 2P =K3P2, У железа в данных соединениях степень окисления +2

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Горение в кислороде

4P + 5O₂ = 2P₂⁺⁵O₅ 4P + 3O₂ = 2P₂⁺³O₃

С галогенами и серой при нагревании

2P + 3Cl₂ = 2P⁺³Cl₃ 2P + 5Cl₂ = 2P⁺⁵Cl₅; 2P + 5S = P₂⁺⁵S₅

С водородом, углеродом, кремнием непосредственно не взаимодействует

С ВОДОЙ И ОКСИДАМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

С концентрированной азотной кислотой оксид азота (+4), с разбавленной оксид азота (+2) и фосфорная кислота

3P + 5HNO₃(конц) =3H₃PO₄ + 5N⁺⁴O₂

3P + 5HNO₃ + 2H₂O =3H₃PO₄ + 5N⁺²O

С концентрированной серной кислотой образуется фосфорная кислота, оксид серы (+4) и вода

3P + 5H₂SO₄(конц.) =3H₃PO₄ + 5S⁺⁴O₂+ 2H₂O

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

С растворами щелочей образует фосфин и гипофосфит

4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H 3 + 3NaH 2 P ⁺1 O 2

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

С сильными окислителями, проявляя восстановительные свойства

3P⁰ + 5NaN⁺⁵O₃ = 5NaN⁺³O₂ + P₂⁺⁵O₅

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании

Металлы – d-элементы образуют с углеродом соединения нестехиометрического состава типа твердых растворов: WC, ZnC, TiC – используются для получения сверхтвёрдых сталей

с углеродом карбиды 2Li + 2C = Li2C2,

Са + 2С = СаС2

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Из галогенов непосредственно реагирует только с фтором, с остальными при нагревании.

С + 2F₂ = CF₄.

Взаимодействие с кислородом:

2С + О₂ (недост) = 2С⁺²О (угарный газ),

С + О₂(изб) = С⁺⁴О₂(углекислый газ).

Взаимодействие с другими неметаллами при повышенной температуре, не взаимодействует с фосфороМ

C + Si = SiC¯⁴ ; С + N₂ = C₂⁺⁴N₂ ;

C + 2H₂ = C¯⁴H₄ ; С + 2S = C⁺⁴S₂;

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

Пропускание водяных паров через раскаленный уголь – образуется угарный газ и водород (синтез-газ

C + H₂O = CO + H₂

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

УГЛЕРОД ВОССТАНАВЛИВАЕТ ПРИ НАГРЕВАНИИ МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ ИЗ ОКСИДОВ ДО ПРОСТОГО ВЕЩЕСТВА (КАРБОТЕРМИЯ), в углекислом газе уменьшает степень окисления

2ZnO + C = 2Zn + CO; 4 С + Fe₃O₄ = 3Fe + 4CO ;

P₂O₅ + C = 2P + 5CO; 2 С + SiO₂ = Si + 2CO;

С + C⁺⁴O₂ = 2C⁺²O

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Окисляется концентрированными азотной и серной кислотой до углекислого газа

C +2H2SO4(конц)=C⁺⁴O2+ 2S⁺⁴O2+ 2H2O; C+4HNO3 (конц) =C⁺⁴O2 + 4N⁺⁴O2 + 2H2O.

С ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании: с кремнием реагируют активные металлы – силициды

4Cs + Si = Cs4Si,

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Из галогенов непосредственно только с фтором.

С хлором реагирует при нагревании

Si + 2F2 = SiF4; Si + 2Cl2 = SiCl4;

Si + O₂ = SiO₂; Si + C = SiC; 3Si + 2N₂ = Si₃N;

С водородом не взаимодействует

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот, образуя гексафторокремниевую кислоту

3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂ + 4NO + 8H₂O

Взаимодействие с галогеноводородами (это не кислоты) – вытесняет водород, образуются галогениды кремния и водород

С фтороводородом реагирует при обычных условиях.

Si + 4HF = SiF₄ + 2H₂

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

Растворяется при нагревании в щелочах, образуя силикат и водород:

Si +2NaOH +H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂

Химические элементы - неметаллы

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. Без соединений неметаллов невозможно представить нашу жизнь, особенно если вспомнить, что жизненно важное химическое соединение – вода – состоит из водорода и кислорода.

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-неметаллы: s-элемент – водород ; р-элементы 13 группы – бор ; 14 группы – углерод и кремний ; 15 группы – азот, фосфор и мышьяк , 16 группы – кислород, сера, селен и теллур и все элементы 17 группы – фтор, хлор, бром, йод и астат . Элементы 18 группы – инертные газы , занимают особое положение, они имеют полностью завершенный внешний электронный слой и занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами. Их иногда относят к неметаллам, но формально, по физическим признакам.

Неметаллы – это химические элементы, атомы которых принимают электроны для завершения внешнего энергетического уровня, образуя при этом отрицательно заряженные ионы.

Во внешнем электронном слое атомов неметаллов находится от трёх до восьми электронов.

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. Поэтому по сравнению с атомами металлов неметаллам характерны:

· меньший атомный радиус;

· четыре и более электрона на внешнем энергетическом уровне;

Отсюда и такое важнейшее свойство атомов неметаллов – тенденция к приёму недостающих до 8 электронов, т.е. окислительные свойства. Качественной характеристикой атомов неметаллов, т.е. своеобразной мерой их неметалличности, может служить электроотрицательность, т.е. свойство атомов химических элементов поляризовать химическую связь, оттягивать к себе общие электронные пары;

Самой первой научной классификацией химиче­ских элементов было деление их на металлы и не­металлы. Эта классификация не потеряла своей значимости и в настоящее время. Неметаллы - это химические элементы, для атомов которых характерна способность принимать электроны до завершения внешнего слоя благодаря наличию, как правило, на внешнем электронном слое четырех и более электронов и малому радиусу атомов по сравнению с атомами металлов.

Это определение оставляет в стороне элементы VIII группы главной подгруппы - инертные, или благородные, газы, атомы которых имеют завершен­ный внешний электронный слой. Электронная кон­фигурация атомов этих эле­ментов такова, что их нельзя отнести ни к металлам, ни к неметаллам. Они являются теми объектами, которые раз­деляют элементы на металлы и неметаллы, занимая между ними пограничное положение. Инертные, или благородные, газы («благородство» выража­ется в инертности) иногда относят к неметаллам, но лишь формально, по физи­ческим признакам. Эти вещества сохраняют газообразное состояние вплоть до очень низких тем­ператур. Так, гелий Не переходит в жидкое состоя­ние при t° = -268,9 °С.

Инертность в химическом отношении у этих эле­ментов относительна. Для ксенона и криптона из­вестны соединения с фтором и кислородом: KrF 2 , XeF 2 , XeF 4 и др. Несомненно, в образовании этих соединений инертные газы выступали в роли вос­становителей. Из определения неметаллов следует, что для их атомов характерны высокие значения электроотри­цательности. Она изменяется в пределах от 2 до 4. Неметаллы - это элементы главных подгрупп, преимущественно p-элементы, исключение состав­ляет водород - s-элемент.

Все элементы-неметаллы (кроме водорода) за­нимают в Периодической системе химических эле­ментов Д. И. Менделеева верхний правый угол, об­разуя треугольник, вершиной которого является фтор F, а основанием - диагональ B - At. Однако следует особо остановиться на двой­ственном положении водорода в Периодической системе: в главных подгруп­пах I и VII групп. Это не слу­чайно. С одной стороны, атом водорода подобно атомам ще­лочных металлов имеет на внешнем (и единственном для него) электронном слое один электрон (электронная конфигурация 1s 1), который он способен отдавать, прояв­ляя свойства восстановителя.

В большинстве своих соединений водород, как и щелочные металлы, проявляет степень окисле­ния +1. Но отдача электрона атомом водорода про­исходит труднее, чем у атомов щелочных металлов. С другой стороны, атому водорода, как и атомам галогенов, для завершения внешнего электронного слоя недостает одного электрона, поэтому атом во­дорода может принимать один электрон, проявляя свойства окислителя и характерную для галогена степень окисления -1 в гидридах (соединениях с металлами, подобных соединениям металлов с га­логенами - галогенидам). Но присоединение одно­го электрона к атому водорода происходит труднее, чем у галогенов.

При обычных условиях водород Н 2 - газ. Его молекула, подобно галогенам, двухатомна. У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, т. е. способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение электроотрицатель­ности, которая закономерно изменяется в периодах и под­группах. Фтор - самый сильный окислитель, его атомы в хи­мических реакциях не спо­собны отдавать электроны, т. е. проявлять восста­новительные свойства. Другие неметаллы могут проявлять восстано­вительные свойства, хотя и в значительно более слабой степени по сравнению с металлами; в пери­одах и подгруппах их восстановительная способ­ность изменяется в обратном порядке по сравнению с окислительной.

• Элементы-неметаллы расположены в главных подгруппах III–VIII групп ПС Д.И. Менделеева, занимая её верхний правый угол.
• На внешнем электронном слое атомов элементов-неметаллов находятся от 3 до 8 электронов.
• Неметаллические свойства элементов усиливаются в периодах и ослабевают в подгруппах с увеличением порядкового номера элемента.
• Высшие кислородные соединения неметаллов имеют кислотный характер (кислотные оксиды и гидроксиды).
• Атомы элементов-неметаллов способны как принимать электроны, проявляя окислительные функции, так и отдавать их, проявляя восстановительные функции.

Строение и физические свойства неметаллов

В простых веществах атомы неметаллов свя­заны ковалентной неполярной связью . Благода­ря этому формируется более устойчивая электронная си­стема, чем у изолированных атомов. При этом образуются одинарные (например, в мо­лекулах водорода Н 2 , галоге­нов F 2 , Br 2 , I 2), двойные (на­пример, в молекулах серы S 2), тройные (например, в молекулах азота N 2) ко­валентные связи.

• Ковкость отсутствует
• Блеска нет
• Теплопроводность (только графит)
• Цвет разнообразный: желтый, желтовато-зеленый, красно-бурый.
• Электропроводность (только графит и черный Фосфор.)

Агрегатное состояние:

• жидкость – Br 2 ;

В отличие от металлов неметаллы – простые вещества, характеризуются большим многообразием свойств. Неметаллы имеют различное агрегатное состояние при обычных условиях:

• газы – H 2 , O 2 , O 3 , N 2 , F 2 , Cl 2 ;
• жидкость – Br 2 ;
• твердые вещества – модификации серы, фосфора, кремния, углерода и др.

Гораздо богаче у неметаллов и спектр цветов: красный – у фосфора, красно-бурый – у брома, желтый – у серы, желто-зеленый – у хлора, фиолетовый – у паров йода. Элементы – неметаллы более способны, по сравнению с металлами, к аллотропии.

Способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ называется аллотропией, а эти простые вещества – аллотропными видоизменениями

Простые вещества - неметаллы могут иметь:

1. Молекулярное строение. При обычных усло­виях большинство таких веществ представляют со­бой газы (H 2 , N 2 , O 2 , F 2 , Cl 2 , O 3) или твердые веще­ства (I 2 , P 4 , S 8), и лишь один-единственный бром (Br 2) является жидкостью. Все эти вещества имеют молекулярное строение, поэтому летучи. В твер­дом состоянии они легкоплавки из-за слабого меж­молекулярного взаимодействия, удерживающего их молекулы в кристалле, и способны к возгонке.

2. Атомное строение. Эти вещества образо­ваны длинными цепями атомов (C n , B n , Si n , Se n , Te n). Из-за большой прочно­сти ковалентных связей они, как правило, имеют высокую твердость, и любые измене­ния, связанные с разруше­нием ковалентной связи в их кристаллах (плавление, испарение), совершаются с большой затратой энер­гии. Многие такие вещества имеют высокие тем­пературы плавления и кипения, а летучесть их весьма мала.

Многие элементы-неметаллы образуют несколь­ко простых веществ - аллотропных модифика­ций . Это свойство атомов называют аллотропией. Аллотропия может быть связана и с разным соста­вом молекул (O 2 , О 3), и с разным строением кри­сталлов. Аллотропными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин, фуллерен. Чтобы выявить свойства, характерные для всех неметаллов, надо обртить внимание на их располо­жение в периодической системе элементов и опре­делить конфигурацию внешнего электронного слоя.

В периоде:

• заряд ядра увеличивается;
• радиус атома уменьшается;
• число электронов внешнего слоя увеличивается;
• электроотрицательность увеличивается;
• окислительные свойства усиливаются;
• неметаллические свойства усиливаются.

В главной подгруппе:

• заряд ядра увеличивается;
• радиус атома увеличивается;
• число электронов на внешнем слое не изменя­ется;
• электроотрицательность уменьшается;
• окислительные свойства ослабевают;
• неметаллические свойства ослабевают.

Для большинства металлов, за редким исклю­чением (золото, медь и некоторые другие), харак­терна серебристо-белая окраска. А вот у простых веществ - неметаллов гамма цветов значительно разнообразнее: P, Se - желтые; B - ко­ричневый; O 2(ж) - голубой; Si, As (мет) - серые; Р 4 - бледно-желтый; I - фиолетово-черный с ме­таллическим блеском; Вr 2(ж) - бурая жидкость; С1 2(г) - желто-зеленый; F 2(r) - бледно-зеленый; S 8(тв) - желтая. Кристаллы неметаллов непластич­ны, и любая деформация вызывает разрушение ковалентных связей. Большинство неметаллов не имеют металлического блеска.

Химических элементов-неметаллов всего 16! Со­всем немного, если учесть, что известно 114 элемен­тов. Два элемента-неметалла составляют 76 % массы зем­ной коры. Это кислород (49 %) и кремний (27 %). В атмосфе­ре содержится 0,03 % массы кислорода в земной коре. Не­металлы составляют 98,5 % массы растений, 97,6 % массы тела человека. Не­металлы C, H, O, N, S - биогенные элементы, ко­торые образуют важнейшие органические веще­ства живой клетки: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. В состав воздуха, которым мы дышим, входят простые и сложные вещества, также образованные элементами-неметаллами (кислород O 2 , азот N 2 , углекислый газ СO 2 , водя­ные пары Н 2 O и др.)

Окислительные свойства простых веществ - неметаллов

Для атомов неметаллов, а следовательно, и для образованных ими простых веществ характерны как окислительные , так и восстановительные свойства.

1. Окислительные свойства неметаллов прояв­ляются в первую очередь при их взаимодействии с металлами (металлы всегда восстановители):

Окислительные свойства хлора Cl 2 выражены сильнее, чем у серы, поэтому и металл Fe, который имеет в соединениях устойчивые степени окисле­ния +2 и +3, окисляется им до более высокой сте­пени окисления.

1. Большинство неметаллов проявляют окис­лительные свойства при взаимодействии с водоро­дом . В результате образуются летучие водородные соединения.

2. Любой неметалл выступает в роли окисли­теля в реакциях с теми неметаллами, которые имеют более низкое значение электроотрицатель­ности:

Электроотрицательность серы больше, чем у фосфора, поэтому она здесь проявляет окисли­тельные свойства.

Электроотрицательность фтора больше, чем у всех остальных химических элементов, поэтому он проявляет свойства окислителя. Фтор F 2 - самый сильный окислитель из неме­таллов, проявляет в реакциях только окислитель­ные свойства.

3. Окислительные свойства неметаллы прояв­ляют и в реакциях с некоторыми сложными веще­ствами .

Отметим в первую очередь окислительные свой­ства неметалла кислорода в реакциях со сложны­ми веществами:

Не только кислород, но и другие неметаллы также могут быть окислителями в реакциях со сложными веществами - неорганическими (1, 2) и органическими (3, 4):

Сильный окислитель хлор Cl 2 окисляет хлорид железа (II) в хлорид железа (III);

Хлор Cl 2 как более сильный окислитель вытес­няет йод I 2 в свободном виде из раствора йодида калия;

Галогенирование метана - характерная реак­ция для алканов;

Качественной реакцией на непредельные со­единения является обесцвечивание ими бромной воды.

Восстановительные свойства простых веществ - неметаллов

При рассмотрении реакций неметаллов друг с другом , что в зависимости от значения их элек­троотрицательности один из них проявляет свой­ства окислителя, а другой - свойства восстанови­теля.

1. По отношению к фтору все неметаллы (даже кислород) проявляют восстановительные свойства.

2. Разумеется, неметаллы, кроме фтора, служат восстановителями при взаимодействии с кислоро­дом.

В результате реакций образуются оксиды неме­таллов : несолеобразующие и солеобразующие кис­лотные. И хотя галогены непосредственно с кислородом не соединяются, известны их оксиды: Cl 2 +1 O -2 , Cl 2 +4 O 2 -2 , Cl 2 +7 O 7 -2 , Br 2 +1 O -2 , Br +4 O 2 -2 , I 2 +5 O 5 -2 , и др., которые по­лучают косвенным путем.

3. Многие неметаллы могут выступать в роли восстановителя в реакциях со сложными веще­ствами - окислителями:

Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окис­лителем, и восстановителем. Это реакции само­окисления-самовосстановления (диспропорциони­рования):

Таким образом, большинство неметаллов мо­гут выступать в химических реакциях как в роли окислителя, так и в роли восстановителя (восстано­вительные свойства не присущи только фтору F 2).

Водородные соединения неметаллов

В отличие от металлов неметаллы образуют газообразные водородные соединения. Их состав зависит от степени окисления неметаллов.

RH 4 → RH 3 → H 2 R → HR

Общим свойством всех неметаллов является образо­вание летучих водородных соединений , в большинстве которых неметалл имеет низ­шую степень окисления. Среди приведенных формул веществ много тех, свойства, применение и получение которых вы из­учали ранее: CH 4 , NH 3 , H 2 O, H 2 S, HCl.

Известно, что наиболее просто эти соединения можно получить непосредственно взаимодействи­ем неметалла с водородом , то есть синтезом:

Все водородные соединения неметаллов образо­ваны ковалентными полярными связями, имеют молекулярное строение и при обычных условиях являются газами, кроме воды (жидкость). Для водородных соединений неметаллов харак­терно различное отношение к воде. Метан и си­лан в ней практически нерастворимы. Аммиак при растворении в воде образует слабое основание NH 3 H 2 O. При растворении в воде сероводорода, селено­водорода, теллуроводорода, а также галогеноводородов образуются кислоты с той же формулой, что и сами водородные соединения: H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, HF, HCl, HBr, HI.

Если сравнить кислотно-основные свойства во­дородных соединений, образованных неметаллами одного периода, например, второго (NH 3 , H 2 O, HF) или третьего (PH 3 , H 2 S, HCl), то можно сделать вы­вод о закономерном усилении их кислотных свойств и, соответственно, ослаблении основных. Это, очевидно, связано с тем, что увеличивается полярность связи Э-Н (где Э - неметалл).

Кислотно-основные свойства водородных соеди­нений неметаллов одной подгруппы также отли­чаются. Например, в ряду галогеноводородов HF, HCl, HBr, HI прочность свя­зи Э-Н уменьшается, т. к. увеличивается длина связи. В растворах HCl, HBr, HI диссоциируют практически полностью - это сильные кислоты, причем их сила уве­личивается от HF к HI. При этом HF относится к слабым кислотам, что обусловлено еще одним фактором - межмолекулярным взаимодействием, образовани­ем водородных связей …H-F…H-F… . Атомы водо­рода связаны с атомами фтора F не только своей молекулы, но еще и соседней.

Обобщая сравнительную характеристику кис­лотно-основных свойств водородных соединений неметаллов, сделаем вывод об усилении кислот­ных и ослаблении основных свойств этих веществ по периодам и главным подгруппам с увеличением атомных номеров образующих их элементов.

По периоду в ПС химических элементов с увеличением порядкового номера элемента – неметалла усиливается кислотный характер водородного соединения.

SiH 4 → PH 3 → H 2 S → HCl

Кроме рассмотренных свойств, водородные со­единения неметаллов в окислительно-восстанови­тельных реакциях всегда проявляют свойства вос­становителей, ведь в них неметалл имеет низшую степень окисления.

Водород

Водород - главный элемент Вселенной. Мно­гие космические объекты (газовые облака, звезды, в том числе и Солнце) более чем наполовину состоят из водорода. На Земле его, включая атмосферу, ги­дросферу и литосферу, толь­ко 0,88 %. Но это по массе, а атомная масса водорода очень мала. Поэтому небольшое со­держание его только кажущее­ся, и из каждых 100 атомов на Земле 17 - атомы водорода.

В свободном состоянии водо­род существует в виде молекул H 2 , атомы связаны в молекулу ковалентной неполярной свя­зью .

Водород (H 2) - самый легкий газ из всех газо­образных веществ. Имеет самую высокую тепло­проводность и самую низкую температуру кипения (после гелия). Малорастворим в воде. При темпе­ратуре -252,8 °С и атмосферном давлении водород переходит в жидкое состояние.

1. Молекула водорода очень прочная, что делает ее малоактивной :

H 2 = 2H — 432 кДж

2. При обычных температурах водород вступает в реакцию с активными металлами :

Ca + H 2 = CaH 2 ,

образуя гидрид кальция, и с F 2 , образуя фторово­дород:

F 2 + H 2 = 2HF

3. При высоких температурах получают аммиак :

N 2 + 3H 2 = 2NH 3

и гидрид титана (металл в порошке):

Ti + H 2 = TiH 2

4. При поджигании водород реагирует с кисло­родом :

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + 484 кДж

5. Водород обладает восстановительной способ­ностью :

CuO + H 2 = Cu + H 2 O

Элементы главной подгруппы VII группы периодической систе­мы, объединенные под общим на­званием галогены , фтор (F), хлор (Cl), бром (Бг), иод (I), астат (At) (редко встречающийся в приро­де) - типичные неметаллы. Это и понятно, ведь их атомы содер­жат на внешнем энергетическом уровне семь электронов , и им не­достает лишь одного электрона, чтобы завершить его. Атомы этих элементов при взаимодействии с металлами принимают электрон от атомов металлов. При этом воз­никает ионная связь и образуются соли. Отсюда общее название «галогены», т. е. «рождающие соли».

Галогены — простые вещества

Все галогены существуют в свободном состоя­нии в виде двухатомных молекул с ковалентной неполярной химической связью между атомами. В твердом состоянии F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 имеют молеку­лярные кристаллические решетки , что и подтверж­дается их физическими свойствами.

С увеличением молекулярной массы галогенов температуры плавления и кипения повышаются, возрастают плотности: бром - жидкость, иод - твердое вещество, фтор и хлор - газы. Это связано с тем, что с увеличением размеров атомов и моле­кул галогенов возрастают силы межмолекулярного взаимодействия между ними. От F 2 к I 2 усиливает­ся интенсивность окраски галогенов.

Химическая активность галогенов, как неметал­лов, от фтора к иоду ослабевает , у кристаллов иода появляется металлический блеск. Каждый галоген является самым сильным окис­лителем в своем периоде . Окислительные свойства галогенов отчетливо проявля­ются при их взаимодействии с металлами. При этом обра­зуются соли. Так, фтор уже при обычных условиях реаги­рует с большинством метал­лов, а при нагревании и с зо­лотом, серебром, платиной, известными своей химической пассивностью. Алю­миний и цинк в атмосфере фтора воспламеняются:

Остальные галогены реагируют с металлами при нагревании . Нагретый порошок железа также заго­рается при взаимодействии с хлором. Опыт можно провести, как с сурьмой, но только железные опил­ки нужно предварительно накалить в железной ло­жечке, а затем высыпать их небольшими порциями в колбу с хлором. Так как хлор является сильным окислителем, то в результате реакции образуется хлорид железа (III):

В парах брома сгорает раскаленная медная про­волока :

Иод окисляет металлы медленнее , но в присут­ствии воды, которая является катализатором, ре­акция иода с порошком алюминия протекает очень бурно:

Реакция сопровождается выделением фиолето­вых паров иода.

Об уменьшении окислительных и увеличении восстановительных свойств галогенов от фтора к йоду можно судить и по их способности вытес­нять друг друга из растворов их солей , а также оно наглядно проявляется при взаимодействии их с во­дородом. Уравнение этой реакции можно записать в общем виде так:

Если фтор взаимодействует с водородом в любых условиях со взрывом, то смесь хлора с водородом реагирует только при поджигании или облучении прямым солнечным светом, бром взаимодействует с водородом при нагревании и без взрыва. Эти ре­акции - экзотермические. Реакция же соединения иода с водородом слабо эндотермическая, она про­текает медленно даже при нагревании.

В результате этих реакций образуются соответ­ственно фтороводород HF, хлороводород HCl, бро­моводород HBr и иодоводород HI.

Химические свойства хлора в таблицах

Получение галогенов

Фтор и хлор получают электролизом расплавов или растворов их солей. Например, процесс электролиза расплава хлорида натрия можно отразить уравнением:

При получении хлора электролизом раствора хлорида натрия кроме хлора образуется также во­дород и гидроксид натрия:

Кислород (О) - родоначаль­ник главной подгруппы VI группы Периодической системы элемен­тов. Элементы этой подгруппы - кислород О, сера S, селен Se, теллур Те, полоний Ро - имеют общее название «халькогены», что означает «рождающие руды».

Кислород - самый распространенный элемент на нашей планете. Он входит в состав воды (88,9 %), а ведь она покрывает 2/3 поверхности земного ша­ра, образуя его водную оболочку - гидросферу. Кислород - вторая по количеству и первая по зна­чению для жизни составная часть воздушной обо­лочки Земли - атмосферы, где на его долю при­ходится 21 % (по объему) и 23,15 % (по массе). Кислород входит в состав многочисленных минера­лов твердой оболочки земной коры - литосферы: из каждых 100 атомов земной коры на долю кис­лорода приходится 58 атомов.

Обычный кислород существует в форме О 2 . Это газ без цвета, запаха и вкуса. В жидком состоя­нии имеет светло-голубую окраску, в твердом - синюю. В воде газообразный кислород растворим лучше, чем азот и водород.

Кислород взаимодействует почти со всеми про­стыми веществами, кроме галогенов, благородных газов, золота и платиновых металлов . Реакции неметаллов с кислородом протекают очень часто с выделением большого количества тепла и сопровождаются воспламенением - реак­ции горения. Например, горе­ние серы с образованием SO 2 , фосфора - с образованием P 2 O 5 или угля - с образова­нием СO 2 . Почти все реакции с уча­стием кислорода экзотерми­ческие. Исключение составляет взаимодействие азота с кислородом: это эндотермическая реакция, которая протекает при температуре выше 1200 °С или при электрическом разряде:

Кислород энергично окисляет не только про­стые, но и многие сложные вещества, при этом об­разуются оксиды элементов, из которых они по­строены:

Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видов топлива.

Кислород участвует и в процессах медленного окисления различных веществ при обычной тем­пературе. Исключительно важна роль кислорода в процессе дыхания человека и животных. Расте­ния также поглощают атмосферный кислород. Но если в темноте идет только процесс поглощения растениями кислорода, то на свету протекает еще один противоположный ему процесс - фотосинтез, в результате которого растения поглощают угле­кислый газ и выделяют кислород.

В промышленности кислород получают из жид­кого воздуха, а в лаборатории - путем разложения пероксида водорода в присутствии катализатора диоксида марганца MnO 2 :

а также разложением перманганата калия KMnO 4 при нагревании:

Химические свойства кислорода в таблицах

Применение кислорода

Кислород применяют в металлургической и хи­мической промышленности для ускорения (ин­тенсификации) производственных процессов. Чи­стый кислород применяют также для получения высоких температур, например, при газовой сварке и резке металлов. В медицине кислород применяют в случаях вре­менного затруднения дыхания, связанного с некото­рыми заболеваниями. Также кислород применяют в металлургии как окислитель ракетного топлива, в авиации для дыхания, для резки металлов, для сварки металлов, при взрывных работах. Кислород хранят в стальных баллонах, окра­шенных в голубой цвет, под давлением 150 атм. В лабораторных условиях кислород хранят в сте­клянных приборах - газометрах.

Атомы серы (S) , как и атомы кислорода и всех остальных эле­ментов главной подгруппы VI груп­пы, содержат на внешнем энергети­ческом уровне 6 электронов , из которых два электрона неспаренные . Однако по сравнению с атомами кисло­рода атомы серы имеют больший радиус, меньшее зна­чение электроотрицательности, поэтому проявляют выраженные восстановительные свойства, образуя со­единения со степенями окисления +2, +4, +6. По от­ношению к менее отрицательным элементам (водород, металлы) сера проявляет окислительные свойства и приобретает степень окисления -2 .

Сера — простое вещество

Для серы, как и для кисло­рода, характерна аллотропия. Известно много модификаций серы с циклическим или ли­нейным строением молекул различного состава.

Наиболее устойчива мо­дификация, известная под названием ромбической се­ры, состоящая из молекул S 8 . Ее кристаллы имеют вид октаэдров со срезанными углами. Они окрашены в лимонно-желтый цвет и полупрозрачны, тем­пература плавления 112,8 °С. В эту модификацию при комнатной температуре превращаются все другие модификации. При кристаллизации из расплава сначала получается моноклинная сера (игольчатые кристаллы, температура плавления 119,3 °С), которая затем переходит в ромбиче­скую. При нагревании кусочков серы в пробирке она плавится, превращаясь в жидкость желтого цвета. При температуре около 160 °С жидкая се­ра начинает темнеть, становится густой и вязкой, не выливается из пробирки, при дальнейшем на­гревании превращается в легкоподвижную жид­кость, но сохраняет прежний темно-коричневый цвет. Если ее вылить в холодную воду, она за­стывает в виде прозрачной резинообразной мас­сы. Это пластическая сера. Ее можно получить и в виде нитей. Через несколько дней она также превращается в ромбическую серу.

Сера не растворяется в воде. Кристаллы серы в воде тонут, а вот порошок плавает на поверхно­сти воды, т. к. мелкие кристаллики серы водой не смачиваются и поддерживаются на плаву мелкими пузырьками воздуха. Это процесс флотации. Сера малорастворима в этиловом спирте и диэтиловом эфире, хорошо растворяется в сероуглероде.

При обычных условиях сера реагирует со всеми щелочными и щелочноземельными металлами, ме­дью, ртутью, серебром , например:

Эта реакция лежит в основе удаления и обезвре­живания разлитой ртути, например, из разбитого термометра. Видимые капли ртути можно собрать на лист бумаги или на медную пластику. Ту ртуть, которая попала в щели, нужно засыпать порошком серы. Такой процесс называется демеркуризацией.

При нагревании сера реагирует и с другими ме­таллами (Zn, Al, Fe), и только золото не взаимодей­ствует с ней ни при каких условиях. Окислительные свойства сера проявляет и с во­дородом, с которым реагирует при нагревании:

Из неметаллов с серой не реагирует только азот, иод и благородные газы. Сера горит синеватым пламенем, образуя оксид серы (IV):

Это соединение широко известно под названием сернистый газ.

Химические свойства серы в таблицах

Сера относится к весьма распространенным элементам: земная кора содержит 4,7·10-2 % серы по массе (15-е место среди других элементов), а Земля в целом – много больше (0,7 %). Главная масса серы находится в глубинах земли, в ее мантии-слое, расположенном между земной корой и ядром Земли. Здесь, на глубине примерно 1200-3000 км залегает мощный слой сульфидов и окислов металлов. В земной коре сера встречается как в свободном состоянии (самородная), так и, главным образом, в виде соединений сульфидов и сульфатов. Из сульфидов в земной коре наиболее распространены пирит FeS2, халькопирит FeCuS2, свинцовый блеск (галенит) PbS, цинковая обманка (сфалерит) ZnS. Большие количества серы встречаются в земной коре в виде труднорастворимых сульфатов – гипса CaSO4·2H2O, барита BaSO4, в морской воде распространены сульфаты магния, натрия и калия.

Интересно, что в древние времена геологической истории Земли (около 800 млн. лет назад) сульфатов в природе не было. Они образовались как продукты окисления сульфидов, когда в результате жизнедеятельности растений возникла кислородная атмосфера. В вулканических газах обнаруживают сероводород H2S и сернистый ангидрид SO2. поэтому самородная сера, встречающаяся в районах, близких к действующим вулканам (Сицилия, Япония) могла образоваться при взаимодействии этих двух газов:

2H 2 S + SO 2 =3S + 2H 2 O.

Другие залежи самородной серы связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов.

Микроорганизмы участвуют во многих химических процессах, которые в целом составляют круговорот серы в природе. При их содействии сульфиды окисляются до сульфатов, сульфаты поглощаются живыми организмами, где сера восстанавливается и входит в состав белков и других жизненно важных веществ. При гниении отмерших остатков организмов белки разрушаются, и выделяется сероводород, который далее окисляется либо до элементарной серы (так и образуются залежи серы), либо до сульфатов. Интересно, что бактерии и водоросли, окисляющие сероводород до серы собирают ее в своих клетках. Клетки таких микроорганизмов могут на 95% состоять из чистой серы.

Установить происхождение серы можно по наличию в ней ее аналога – селена: если в самородной сере встречается селен, то сера вулканического происхождения, если нет – биогенного, так как микроорганизмы избегают включать селен в свой жизненный цикл, также биогенная сера содержит больше изотопа 32S, чем более тяжелого 34S.

Биологическое значение серы

Жизненно важный химический элемент. Она входит в состав белков - одних из основных химических компонентов клеток всех живых орга­низмов. Особенно много серы в белках волос, рогов, шерсти. Кроме этого, сера является составной ча­стью биологически активных веществ организма: витаминов и гормонов (например, инсулина). Сера участвует в окислительно-восстановитель­ных процессах организма. При недостатке серы в организме наблюдается хрупкость и ломкость костей и выпадение волос.

Серой богаты бобовые растения (горох, чечеви­ца), овсяные хлопья, яйца.

Применение серы

Сера используется в производстве спичек и бу­маги, резины и красок, взрывчатых веществ и ле­карств, пластмассы и косметических препаратов. В сельском хозяйстве ее используют для борьбы с вредителями растений. Однако основной потребитель серы - химиче­ская промышленность. Около половины добыва­емой в мире серы идет на производство серной кислоты.

Азот

Азот (N) - первый предста­витель главной подгруппы V группы Периодической системы. Его атомы содержат на внешнем энергетическом уровне пять электронов, из кото­рых три электрона неспаренные. Отсюда следует, что атомы этих элементов могут присоединять три электрона, завершая внешний энергетический уровень.

Атомы азота могут отдавать свои внешние элек­троны более электроотрицательным элементам (фтору, кислороду) и приобретать при этом степе­ни окисления +3 и +5. Атомы азота проявляют восстановительные свойства и в степенях окисле­ния +1, +2, +4.

В свободном состоянии азот существует в воде двухатомной молекулы N 2 . В этой молекуле два атома N связаны очень прочной тройной ковалент­ной связью, эти связи можно обозначить так:

Азот - бесцветный газ без запаха и вкуса.

При обычных условиях азот взаимодействует только с литием, образуя нитрид Li 3 N :

С другими металлами он взаимодействует толь­ко при высоких температурах.

Также при высоких температурах и давлении в присутствии катализатора азот реагирует с водо­родом, образуя аммиак:

При температуре электрической дуги он соеди­няется с кислородом, образуя оксид азота (II):

Химические свойства азота в таблицах

Применение азота

Азот, полученный перегонкой жидкого воздуха, в промышленности применяют для синтеза аммиака и производства азотной кислоты. В медицине чистый азот применяется в качестве инертной среды для ле­чения туберкулеза легких, а жидкий азот - при лечении заболеваний позвоночника, суставов и др.

Фосфор

Химический элемент фосфор образует несколь­ко аллотропных модификаций. Две из них - про­стые вещества: белый фосфор и красный фосфор. Белый фосфор имеет молекулярную кристал­лическую решетку, состоящую из молекул Р 4 . Нерастворимы в воде, хорошо растворяются в се­роуглероде. На воздухе легко окисляется, а в по­рошкообразном состоянии даже воспламеняется. Белый фосфор очень ядовит. Особым свойством является способность светиться в темноте вследствие окисления. Хранят его под водой.Красный фосфор представляет собой темно-ма­линовый порошок. Не растворяется ни в воде, ни в сероуглероде. На воздухе окисляется медленно и не самовоспламеняется. Неядовит и не светит­ся в темноте. При нагревании красного фосфора в пробирке он превращается в белый фосфор (кон­центрированные пары).

Химические свойства красного и белого фосфо­ра близки, но белый фосфор более химически ак­тивен. Так, оба они взаимодействуют с металлами, образуя фосфиды:

Белый фосфор самовоспламеняется на воздухе, а красный горит при поджигании. В обоих случа­ях образуется оксид фосфора (V), выделяющийся в виде густого белого дыма:

C водородом фосфор непосредственно не реаги­рует, фосфин РН 3 можно получить косвенно, на­пример, из фосфидов:

Фосфин - очень ядовитый газ с неприятным запахом. Легко воспламеняется на воздухе. Это свойство фосфина и объясняет появление болот­ных блуждающих огней.

Химические свойства фосфор в таблицах

Применение фосфора

Фосфор является важнейшим биогенным элементом и в то же время находит очень широкое применение в промышленности. Красный фосфор применяют в производстве спичек. Его вместе с тонко измельчённым стеклом и клеем наносят на боковую поверхность коробки. При трении спичечной головки, в состав которой входят хлорат калия и сера, происходит воспламенение.

Пожалуй, первое свойство фосфора, которое человек поставил себе на службу, - это горючесть. Горючесть фосфора очень велика и зависит от аллотропической модификации.

Наиболее активен химически, токсичен и горюч белый («жёлтый») фосфор, потому он очень часто применяется (в зажигательных бомбах и пр.).

Красный фосфор - основная модификация, производимая и потребляемая промышленностью. Он применяется в производстве спичек, взрывчатых веществ, зажигательных составов, различных типов топлива, а также противозадирных смазочных материалов, в качестве газопоглотителя в производстве ламп накаливания.

Фосфор (в виде фосфатов) - один из трёх важнейших биогенных элементов, участвует в синтезе АТФ. Большая часть производимой фосфорной кислоты идёт на получение фосфорных удобрений - суперфосфата, преципитата, аммофоски и др.

Фосфаты широко используются:

• в качестве комплексообразователей (средства для умягчения воды),
• в составе пассиваторов поверхности металлов (защита от коррозии, например, т. н. состав «мажеф»).

Способность фосфатов формировать прочную трёхмерную полимерную сетку используется для изготовления фосфатных и алюмофосфатных связок.

Углерод

Углерод (С) - первый элемент главной подгруппы VI группы Периодической системы. Его ато­мы содержат на внешнем уровне 4 электрона, поэтому они могут принимать четыре электрона, приобретая при этом степень окисле­ния -4 , т. е. проявлять окислительные свойства и отдавать свои электроны более электроотрица­тельным элементам, т. е. проявлять восстанови­тельные свойства, приобретая при этом степень окисления +4.

Углерод — простое вещество

Углерод образует алло­тропные модификации алмаз и графит . Алмаз - прозрачное кри­сталлическое вещество, самое твердое из всех природных веществ. Он служит эталоном твердости, которая по десятибалльной системе оценивается высшим баллом 10. Такая твердость алмаза обусловлена особой структурой его атомной кристаллической решети. В ней каждый атом углерода окружен та­кими же атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра.

Кристаллы алмаза обычно бесцветные, но бы­вают синего, голубого, красного и черного цветов. Они имеют очень сильный блеск благодаря высокой светопреломляющей и светоотражающей способ­ности. А благодаря исключительно высокой твер­дости, они применяются для изготовления буров, сверл, шлифовальных инструментов, резки стекла.

Крупнейшие месторождения алмазов находятся в Южной Африке, а в России их добывают в Якутии.

Графит - темно-серое, жирное на ощупь кри­сталлическое вещество с металлическим блеском. В отличие от алмаза графит мягкий (оставляет след на бумаге) и непрозрачный, хорошо проводит тепло и электрический ток. Мягкость графита обуслов­лена слоистой структурой. В кристаллической ре­шетке графита атомы углерода, лежащие в одной плоскости, прочно связаны в правильные шести­угольники. Связи между слоями малопрочны. Он очень тугоплавок. Из графита изготовляют электроды, твердые смазки, замедлители нейтронов в ядерных реакто­рах, стержни для карандашей. При высоких тем­пературах и давлении из графита получают искус­ственные алмазы, которые широко применяются в технике.

Сходное с графитом строение имеют сажа и дре­весный уголь. Древесный уголь получают при су­хой перегонке древесины. Этот уголь благодаря своей пористой поверхности обладает замечатель­ной способностью поглощать газы и растворенные вещества. Это свойство называется адсорбцией. Чем больше пористость древесного угля, тем эффектив­нее адсорбция. Чтобы увеличить поглотительную способность, древесный уголь обрабатывают горя­чим водяным паром. Обработанный таким способом уголь называют активированным или активным. В аптеках его продают в виде черных таблеток кар­болена.

Химические свойства углерода

Алмаз и графит соединяются с кислородом при очень высокой температуре. Сажа и уголь взаи­модействуют с кислородом гораздо легче, сгорая в нем. Но в любом случае результат такого взаимо­действия один - образуется углекислый газ:

С металлами углерод при нагревании образует карбиды :

Карбид алюминия - светло-желтые прозрачные кристаллы. Известен карбид кальция СаС 2 в виде кусков серого цвета. Его применяют газосварщики для получения ацетилена:

Ацетилен используют для резки и сварки ме­таллов, сжигая его с помощью кислорода в специ­альных горелках.

Если водой подействовать на карбид алюминия, то получится другой газ - метан СН 4 :

Кремний

Кремний (Si) - второй эле­мент главной подгруппы IV груп­пы периодической системы. В природе кремний - вто­рой по распространенности по­сле кислорода химический элемент. Земная кора более чем на четверть состоит из его соединений. Наиболее распространенным соединением крем­ния является его диоксид SiO 2 - кремнезем. В природе он образует минерал кварц и многие разновидности, такие как горный хрусталь и его знаменитая лиловая форма - аметист, а также агат, опал, яшма, халцедон, сердолик. Диоксид кремния - это также обычный и кварцевый пе­сок. Второй тип природных соединений кремния - это силикаты. Среди них наиболее распространены алюмосиликаты - гранит, различные виды глин, слюды. Силикатом, не содержащим алюминий, яв­ляется, например, асбест. Оксид кремния необходим для жизни растений и животных. Он придает прочность стеблям расте­ний и защитным покровам животных. Кремний придает гладкость и прочность костям человека. Кремний входит в состав низших живых орга­низмов - диатомовых водорослей и радиолярий.

Химические свойства кремния

Кремний горит в кислороде, образуя диоксид кремния или оксид кремния (IV):

Будучи неметаллом, при нагревании он соеди­няется с металлами с образованием силицидов:

Силициды легко разлагаются водой или кисло­тами, при этом выделяется газообразное водород­ное соединение кремния - силан:

4HCl + Mg 2 Si → SiH 4 + 2MgCl 2

В отличие от углеводородов силан на воздухе самовоспламеняется и сгорает с образованием ди­оксида кремния и воды:

Повышенная реакционная способность силана по сравнению с метаном СН 4 объясняется тем, что у кремния больший размер атома, чем у углерода, поэтому химические связи Si-H слабее связей С-Н.

Кремний взаимодействует с концентрированны­ми водными растворами щелочи, образуя силикаты и водород:

Кремний получают, восстанавливая его из диок­сида магнием или углеродом:

Оксид кремния (IV), или диоксид кремния, или кремнезём SiO 2 , как и СО 2 , является кислотным оксидом. Однако, в отличие от СО 2 , имеет не моле­кулярную, а атомную кристаллическую решетку. Поэтому SiO 2 - твердое и тугоплавкое вещество. Он не растворяется в воде и кислотах, кроме плави­ковой, но взаимодействует при высоких температу­рах со щелочами с образованием солей кремниевой кислоты - силикатов:

Силикаты можно получить также сплавлением диоксида кремния с оксидами металлов или с кар­бонатами:

Силикаты натрия и калия называют раствори­мым стеклом. Их водные растворы - это хорошо известный силикатный клей. Из растворов силикатов действием на них бо­лее сильных кислот - соляной, серной, уксусной и даже угольной - получается кремниевая кислота H 2 SiO 3 :

Следовательно, H 2 SiO 3 - очень слабая кисло­та . Она нерастворима в воде и выпадает из реак­ционной смеси в виде студенистого осадка, иногда заполняющего компактно весь объем раствора, превращая его в полутвердую массу, похожую на студень, желе. При высыхании этой массы обра­зуется высокопористое вещество - силикагель, широко применяемый в качестве адсорбента - по­глотителя других веществ.

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева

Таблица растворимости

I. Элементы. Неметаллы образуют p -элементы, а также водород и гелий, являющиеся s -элементами. В длиннопериодной таблице p -элементы, образующие неметаллы, располагаются правее и выше условной границы B - At.

II. Атомы. Атомы неметаллов маленькие (орбитальный радиус меньше 0,1 нм). У большинства из них от четырех до восьми валентных электронов (они же внешние), но у атома водорода - один, у атома гелия - два, а у атома бора - три валентных электрона. Атомы неметаллов сравнительно легко присоединяют чужие электроны (но не более трех). Склонностью отдавать электроны атомы неметаллов не обладают.

У атомов элементов-неметаллов в периоде с увеличением порядкового номера

• заряд ядра увеличивается;
• радиусы атомов уменьшаются;
• число электронов на внешнем слое увеличивается;
• число валентных электронов увеличивается;
• электроотрицательность увеличивается;
• окислительные (неметаллические) свойства усиливаются (кроме элементов VIIIA группы).

У атомов элементов-неметаллов в подгруппе (в длиннопериодной таблице - в группе) с увеличением порядкового номера

• заряд ядра увеличивается;
• радиус атома увеличивается;
• электроотрицательность уменьшается;
• число валентных электронов не изменяется;
• число внешних электронов не изменяется (за исключением водорода и гелия);
• окислительные (неметаллические) свойства ослабевают (кроме элементов VIIIA группы).

III. Простые вещества. Большинство неметаллов - простые вещества, в которых атомы связаны ковалентными связями; в благородных газах химических связей нет. Среди неметаллов есть как молекулярные, так и немолекулярные вещества. Все это приводит к тому, что физических свойств, характерных для всех неметаллов, нет.

Молекулярные неметаллы: H 2 , N 2 , P 4 (белый фосфор), As 4 , O 2 , O 3 , S 8 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 . К ним же можно отнести и благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Kx, Rn), атомы которых являются как бы "одноатомными молекулами".

При комнатной температуре водород, азот, кислород, озон, фтор и хлор - газы; бром - жидкость; фосфор, мышьяк, сера и йод - твердые вещества.

Немолекулярные неметаллы: B (несколько аллотропных модификаций), C(графит), C(алмаз), Si, Ge, P(красный), P(черный), As, Se, Te. Все они твердые вещества, кремний, германий, селен и некоторые другие обладают полупроводниковыми свойствами.

IV. Химические свойства. Характерными для большинства неметаллов являются окислительные свойства. Как окислители они реагируют с металлами:

Со сложными веществами:

Все он газы за исключением воды. Вещества, выделенные жирным шрифтом, в водном растворе - сильные кислоты.

В группе с увеличением порядкового номера их устойчивость снижается, а восстановительная активность возрастает.

В периоде с увеличением порядкового номера усиливаются кислотные свойства их растворов, в группе эти свойства ослабевают.

VI. Оксиды и гидроксиды. Все оксиды неметаллов относятся к кислотным или несолеобразующим. Несолеобразующие оксиды: CO, SiO, N 2 O, NO.

Высшим оксидам неметаллов соответствуют следующие кислоты (сильные кислоты выделены жирным шрифтом)

В периоде с возрастанием порядкового номера сила высших кислот увеличивается. В группах выраженной зависимости нет.

1. Металлы реагируют с неметаллами.

2 Me + n Hal 2 → 2 MeHal n

4Li + O2 = 2Li2O

Щелочные металлы, за исключением лития, образуют пероксиды:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

2. Металлы, стоящие до водорода, реагируют с кислотами (кроме азотной и серной конц.) с выделением водорода

Me + HCl → соль + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2

3. Активные металлы реагируют с водой с образованием щелочи и выделением водорода.

2Me + 2n H 2 O → 2Me(OH) n + n H 2

Продуктом окисления металла является его гидроксид – Me(OH) n (где n-степень окисления металла).

Например:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

4. Металлы средней активности реагируют с водой при нагревании, образуя оксид металла и водород.

2Me + nH 2 O → Me 2 O n + nH 2

Продукт окисления в таких реакциях – оксид металла Me 2 O n (где n-степень окисления металла).

3Fe + 4H 2 O → Fe 2 O 3 ·FeO + 4H 2

5. Металлы, стоящие после водорода, с водой и растворами кислот (кроме азотной и серной конц.) не реагируют

6. Более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu

CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu

Активные металлы ‑ цинк и железо заместили медь в сульфате и образовали соли. Цинк и железо окислились, а медь восстановилась.

7. Галогены реагируют с водой и раствором щелочи.

Фтор в отличие от других галогенов воду окисляет:

2H 2 O + 2F 2 = 4HF + O 2 .

на холоде: Cl2+2KOH=KClO+KCl+H2OCl2+2KOH=KClO+KCl+H2O образуется хлорид и гипохлорит

при нагревании: 3Cl2+6KOH−→KClO3+5KCl+3H2O3Cl2+6KOH→t,∘CKClO3+5KCl+3H2O образуется лорид и хлорат

8 Активные галогены (кроме фтора) вытесняют менее активные галогены из растворов их солей.

9. Галогены не реагируют с кислородом.

10. Амфотерные металлы (Al, Be, Zn) реагируют с растворами щелочей и кислот.

3Zn+4H2SO4=3 ZnSO4+S+4H2O

11. Магний реагирует с углекислым газом и оксидом кремния.

2Мg + CO2 = C + 2MgO

SiO2+2Mg=Si+2MgO

12. Щелочные металлы (кроме лития) с кислородом образуют пероксиды.

2Na + O 2 = Na 2 O 2

3. Классификация неорганических соединений

Простые вещества – вещества, молекулы которых состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента). В химических реакциях не могут разлагаться с образованием других веществ.

Сложные вещества (или химические соединения) – вещества, молекулы которых состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов). В химических реакциях разлагаются с образованием нескольких других веществ.

Простые вещества разбиваются на две большие группы: металлы и неметаллы.

Металлы – группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами: твёрдые вещества (исключение составляет ртуть) имеют металлический блеск, являются хорошими проводниками теплоты и электричества, ковкие (железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al), ртуть (Hg), золото (Au), серебро (Ag) и др.).

Неметаллы – группа элементов: твёрдые, жидкие (бром) и газообразные веществ, которые не обладают металлическим блеском, являются изоляторы, хрупкие.

А сложные вещества в свою очередь подразделятся на четыре группы, или класса: оксиды, основания, кислоты и соли.

Оксиды – это сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы кислорода и какого – нибудь другого вещества.

Основания – это сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или несколькими гидроксильными группами.

С точки зрения теории электролитической диссоциации, основания – сложные вещества, при диссоциации которых в водном растворе образуются катионы металла (или NH4+) и гидроксид – анионы OH-.

Кислоты – это сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться или обмениваться на атомы металла.

Соли – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов металлов и кислотных остатков. Соль представляет собой продукт частичного или полного замещения атомов водорода кислоты металлом.