Общая характеристика неметаллов

Неметаллы

Общая характеристика неметаллов

Положение в Периодической таблице ДИМ

B  /////////////////////////////   //////////////////////   ////////////////   /////////   /////   At

Неметаллы в ПС расположены справа от диагонали «бор – астат», в конце малых и больших периодов, только в главных подгруппах. Элементы трех групп имеют общее названия: инертные газы (VIIIА группа), галогены (VIIА группа), халькогены (VI А группа). Все неметаллы являются р-элементами, кроме двух элементов водорода и гелия.

Строение атомов неметаллов

Большое число электронов на внешнем энергетическом уровне (от 4 до 8 электронов (исключение водород (1з), гелий (2з) и бор (3з))); Большие заряды ядер и малые радиусы атомов по сравнению с атомами металлов данного периода; Сравнительно сильная связь валентных электронов с ядром; Высокие значения электроотрицательности.

Окислительно – восстановительные свойства

   

Изменение свойств неметаллов в периоде и группе

По периоду окислительные свойства увеличиваются и уменьшаются восстановительные, так как увеличивается заряд ядра, увеличивается число электронов на последнем энергетическом уровне (происходит частично стягивание атома) В группе восстановительные свойства увеличиваются а окислительные уменьшаются, так как увеличивается радиус атома

Строение простых веществ неметаллов

А) Вещества молекулярного строения (тип связи ковалентная неполярная, кристаллическая решетка молекулярная)

а) одноатомные молекулы – инертные газы

б) двухатомные молекулы – H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, I2.

в) многоатомные молекулы  - O3, S8 P4.

Б) Вещества атомарного строение.

У ряда неметаллов все атомы связаны между собой прочными ковалентными связями, образуя гигантские молекулы: Сn, Sin, Bn, черный фосфор, серый мышьяк. Для этих веществ характерна атомная кристаллическая решетка.

Физические свойства неметаллов

Элементы неметаллы образуют простые вещества, которые при обычных условиях существуют в разных агрегатных состояниях:

Газообразные	Жидкости	Твердые
Благородные газы, водород, кислород, азот, фтор, хлор.	Бром, жидкий селен.	Все остальные.

Окраска:

Бесцветная – кислород, водород, азот, инертные газы, алмаз;

Зеленая – фтор, хлор;

Бурая – бром, пластическая сера;

Желтая – кристаллическая сера;

Красная – фосфор, селен;

Серая, темная, иногда с блеском – иод, мышьяк, селен, теллур, графит, черный фосфор.

Большинство простых веществ – неметаллов без запаха. Резкий запах у галогенов, чесночный запах у белого фосфора, запах свежести у озона.

Ядовиты – галогены, мышьяк, в больших концентрациях озон, радон радиоактивен. В тоже время без кислорода  невозможна жизнь на Земле; озон защищает Землю от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Неметаллы не ковки, не пластичны, диэлектрики (исключение графит – хорошо проводит электрический ток, кремний и селен - полупроводники). Некоторые неметаллы имеют металлический блеск.

Неметаллы нерастворимы или малорастворимые в воде.

Химические свойства неметаллов

I. Окислительные свойства

А) Взаимодействуют с металлами. Чем больше разница электроотрицательности (ЭО) элементов, тем активнее протекает данные реакции. Если разница в ЭО невелика, реакции проводят в жестких условиях.

Ме0 – тз → Ме+т – атом металла восстановитель	НеМе0 + пз → НеМе-п – атом неметалла окислитель
Элементы IVА, VА, VIА, VIIА групп
Подгруппа углерода	Подгруппа азота	Халькогены	Галогены
С – карбиды Ме   Si - силициды	N2 – нитриды Me   P – фосфиды	O2 – оксиды   S  - сульфиды Me  Se – селениды   Te – теллуриды	F2 – фториды   Cl2 – хлориды Me  Br2 – бромиды   I2 – иодиды
Примеры реакций
4Al0 + 3C0 = Al4 +3 C3 -4	2Al0 + N2 0 = Al+3N-3	4Al0 + O2 0 = 2Al2 +3 O3 -2	2Al0 + I2 0 = 2Al+3 I3 -1

Б) Взаимодействуют с неметаллами, атомы которых имеют более низкое значение ЭО:  S0 + Cl02 = S+2 Cl2 -1;  C0 + 2S0  = C+4S­2 -2

В) С некоторыми сложными веществами: 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Г) Очень сильные окислители взаимодействуют с водой: 2H2O + 2F2 = 4HF + O2

II. Восстановительные свойства

А) Взаимодействуют с неметаллами, атомы которых имеют более высокое значение ЭO: S + O2 = SO2;  S + 3F2 = SF6.

Б) Многие неметаллы реагируют с кислотами – окислителями, при этом неметалл окисляется до соответствующих кислородсодержащих кислот (азотная кислота) и окисды (серная кислота):

C + 2H2SO4  = 2SO2 + CO­2 + H2O

S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 +2H2O

В) Кремний реагирует с растворами щелочей: Si  + 2NaOH + H2O = Na2SiO4 + 2H2

Г) Для углерода и водорода как восстановителей характерно взаимодействие с оксидами: WO3 + 3H2  = W + 3H2O; CuO + H2  = Cu + H2O

III. Реакции диспропорционирования

2KOH + Cl2 = KCl + KClO + H2O

IV. Инертные газы способны образовывать соединения только с сильными окислителями. В 1962г канадскими химиками было получено первое соединение инертных газов – тетрафторид ксенона.

Распространение в природе

Элементы – неметаллы широко распространены в природе как в свободном, так и связанном состоянии. В космосе наиболее распространены элементы водород и гелий. На Земле самые встречающиеся – кислород 49% и кремний 28%. В свободном состоянии встречаются инертные газы, O2, O3, N2, H2, графит, алмаз, сера.

Только в связанном состоянии встречаются галогены, B, Si, P, As, Se, Te.

Некоторые неметаллы встречаются в свободном и связанном состоянии (H, O, C, S). Органические вещества содержат небольшой набор неметаллов: C, H, O, P, N, S

Способы получения простых веществ – неметаллов.

А. встречающиеся в свободном виде.

Азот, кислород, инертные газы – разгонкой жидкого воздуха.

Сера – отделение от пустой породы флотацией.

Графит, алмазы добыванием в природных залежах.

Б. встречаются в виде соединений с отрицательной степенью окисления.

Элемент нужно окислить при прохождении электрического тока или более сильным окислителем:

Галогены в промышленности получают электролизом.

В. Встречающиеся в виде соединений с положительной степенью окисления.

Элемент восстанавливают. Так например получают мышьяк:

Водородные соединения неметаллов

RH3	RH4	RH3	RH2	RH
B2H6	CH4	NH3	H2O	HF
SiH4	PH3	H2S	HCl
GeH4	AsH3	H2Se	HBr
SnH4	SbH3	H2Te	HI

Неметаллы образуют с водородом соединения с самыми разнообразными свойствами. По химическим свойствам водородные соединения неметаллов можно разделить на три группы:

безразличного

основного

Вода амф-ная

кислотного

Основность или кислотность водородного соединения рассматривается по отношению к воде.

1 – я группа

Водородные соединения безразличного характера: связь ковалентная малополярная, решетка молекулярная. Это газы, почти нерастворимы в воде. Они легко горят, разлагаются при нагревании.

  2 – я группа

Водородные соединения основного характера: связь ковалентная полярная, решетка молекулярная, полярная. Газы с резким запахом, хорошо растворимы в воде. Образование гидроксид – иона объясняется донорно-акцепторным механизмом.

Выводы:

А)  при растворении в воде это группа водородных соединений неметаллов присоединяет ион водорода по донорно-акцепторному механизму, образуя щелочную среду в воде и соли при реакциях с кислотами.

Б)  в группе вниз по ПС основные свойства водородных соединений неметаллов ослабевают из-за увеличения радиуса атома неметалла. Самое сильное основание NH3.

В)  в реакциях эти водородные соединения неметаллов являются только восстановителями.

Г)  основаниями являются и производные аммиака – амины.

Примеры:

NH3 + H2O = NH4OH

NH3 + HCl = NH4Cl (легко)

PH3 +HI = PH4 I  (только с сильными кислотами)

AsH3 + HCl ≠

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

3 – я группа

Водородные соединения кислотного характера: связь ковалентная полярная, решетка молекулярная, полярная. Газы с резким запахом, хорошо растворимы в воде. Образование иона гидроксония объясняется донорно-акцепторным взаимодействием.

Выводы:

А)  при растворении в воде эти соединения отщепляют ион водорода, который присоединяется к молекуле воды по донорно-акцепторному механизму; образуется кислая реакция среды в воде и соли при реакции с основаниями.

Б)  сила бескислородных кислот увеличивается в группах вниз (из-за увеличения радиуса атома неметалла) и в периодах к концу (из-за уменьшения заряда аниона). Самая сильная кислота – иодоводородная  HI.

H2S, H2Se - слабые  H2Te, HF - средние  HCl, HBr, HI – сильные

В)  эти водородные соединения неметаллов являются только восстановителями.

Примеры:

H2Se + 2NaOH =  Na2Se + 2H2O

5 H2S + 2HIO3 = 5S + I2 + 6H2O

В природе встречаются следующие водородные соединения неметаллов: вода, метан, сероводород и др. Большое биологическое значение имеет вода и производные аммиака. Промышленное значение имеют аммиак, метан, хлороводород, сероводород. Для соединений, содержащих связи F – H, O – H, N – H, характерна водородная связь, вследствие чего они имеют аномально высокие температуры кипения и плавления по сравнению с однотипными водородными соединениями элементов своей подгруппы. Жидкие вода, аммиак, фтороводород – хорошие ионизирующие растворители.

Оксиды неметаллов

Оксиды – это соединения элементов с кислородом.

В отличие от металлов, которые могут образовывать основные, кислотные и амфотерные оксиды, неметаллы образуют лишь кислотные и несколько несолеобразующих (CO, NO, N2O, SiO). Кислотные оксиды называются ангидридами соответствующих кислот: СО2­ – угольный ангидрид.

Оксиды неметаллов находятся при обычных условиях во всех агрегатных состояниях:

Жидкие – H2O, N2O3, Cl2O7;

Твердые –  SiO2, P2O5, SeO3;

Газообразные – CO2, SO2, NO2, N2O, CO

Обычно оксиды неметаллов бесцветны (исключение оксид азота (IV) – бурый газ, оксиды хлора), иногда с запахом, некоторые ядовиты (CO, SO2, NO2, N2O).

Химические свойства:

А) при взаимодействии с водой получается соответствующая кислота (солеобразующие):

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

Cl2O7 + H2O = 2HClO4;

Б) взаимодействуют со щелочами (солеобразующие):

P2O5 + 6NaOH = 2Na3PO4;

В) взаимодействуют с основными оксидами (солеобразующие):

P2O5 + + 3Na2O = 2Na3PO4

Г) несолеобразующие оксиды способны окислятся:

2CO + O2 = 2CO2.

Самые распространенные оксиды в природе – CO2, H2O, SiO2. Оксиды СО2 и Н2О играют большую роль в жизни растений. Оксид кремния – это основной компонент многих горных пород, основа силикатной промышленности. Оксиды серы и азота используются для получения серной и азотной кислот. Оксид фосфора применяют для осушки веществ в эксикаторах.

Гидроксиды неметаллов.

Неметаллы образуют гидроксиды только кислотного характера, которые называются кислородсодержащие кислоты.

Один неметалл может образовывать несколько гидроксидов, при этом степень окисления атомов в оксиде и соответствующей кислоте одна и та же:

SO2 – H2SO3 – гидроксид серы (IV)

SO3 – H2SO4 – гидроксид серы (VI)

N2O3 – HNO2 – гидроксид азота (III)

N2O5 – HNO3 – гидроксид фосфора (V)

Сила кислородсодержащих кислот зависит от нескольких факторов: радиуса кислотного остатка, заряда аниона кислотного остатка, частичного заряда образующего атома, основности кислоты.

В периодах сила кислот увеличивается к концу периода из-за уменьшения заряда кислотного остатка:

H3PO4 (3-);  H2SO4 (2-);  HClO­4 (1-)

средняя  сильная  очень сильная

Одновременно здесь  играет роль увеличение положительной степени окисления центрального атома: P+5 S+6 Cl+7 – возрастает сила отталкивания между центральным атомом и ионом водорода.

В группах сила однотипных кислот повышается к началу ряда из-за меньшего расстояния между атомами и больших сил отталкивания между центральным атомом и ионом водорода:

Очень слабые кислоты HIO, HBrO, HClO → сила кислоты увеличивается

Сильные кислоты HIO3, HBrO3, HClO3→ сила кислоты увеличивается

Кислоты с большим зарядом кислотного остатка, т. е. многоосновные, как правило, не являются сильными кислотами.

Физические свойства

Кислородсодержащие кислоты – жидкости, обычно не окрашенные. Некоторые твердые белые вещества (H3PO4, H2SeO4, HIO3), хорошо растворимы в воде; кремневая кислота нерастворима  в воде, сернистая и угольная неустойчивы.