Charakterystyczne dla atomów niemetali. Właściwości chemiczne i fizyczne niemetali
Jeśli większość elementów metalowych nie jest zabarwiona, z wyjątkiem miedzi i złota, prawie wszystkie niemetale mają swój własny kolor: fluor - pomarańczowo-żółty, chlor - zielonkawo-żółty, brom - ceglasty, jod - fioletowy, siarka - żółty, fosfor może być biały, czerwony i czarny, a ciekły tlen jest niebieski.
Wszystkie niemetale nie przewodzą ciepła ani prądu, ponieważ nie mają swobodnych nośników ładunku - elektrony służą do tworzenia wiązań chemicznych. Kryształy niemetali są nieplastyczne i kruche, ponieważ wszelkie odkształcenia prowadzą do zniszczenia wiązań chemicznych. Większość niemetali nie ma metalicznego połysku.
Właściwości fizyczne niemetali są zróżnicowane i zależą od różnych typów sieci krystalicznych.
1.4.1 Alotropia
ALOTROPIA - istnienie pierwiastków chemicznych w dwóch lub więcej postaciach molekularnych lub krystalicznych. Na przykład alotropami są zwykły tlen O2 i ozon O3; w tym przypadku alotropia wynika z tworzenia się cząsteczek o różnej liczbie atomów. Najczęściej alotropia wiąże się z tworzeniem kryształów o różnych modyfikacjach. Węgiel występuje w dwóch odrębnych krystalicznych odmianach alotropowych: diamentu i grafitu. Wcześniej uważano, że tzw. amorficzne formy węgla, węgla drzewnego i sadzy są także jego alotropowymi modyfikacjami, jednak okazało się, że mają taką samą strukturę krystaliczną jak grafit. Siarka występuje w dwóch modyfikacjach krystalicznych: rombowej (a-S) i jednoskośnej (b-S); znane są co najmniej trzy jego formy niekrystaliczne: l-S, m-S i fiolet. W przypadku fosforu dobrze zbadano modyfikacje bieli i czerwieni, opisano także fosfor czarny; w temperaturach poniżej –77°C występuje inny rodzaj białego fosforu. Odkryto alotropowe modyfikacje As, Sn, Sb, Se, a w wysokich temperaturach żelaza i wielu innych pierwiastków.
1,5. Właściwości chemiczne niemetali
Niemetaliczne pierwiastki chemiczne mogą wykazywać zarówno właściwości utleniające, jak i redukujące, w zależności od przemiany chemicznej, w której biorą udział.
Atomy najbardziej elektroujemnego pierwiastka - fluoru - nie są w stanie oddawać elektronów; zawsze wykazuje on jedynie właściwości utleniające; inne pierwiastki mogą również wykazywać właściwości redukujące, choć w znacznie mniejszym stopniu niż metale. Najsilniejszymi utleniaczami są fluor, tlen i chlor; wodór, bor, węgiel, krzem, fosfor, arsen i tellur wykazują głównie właściwości redukujące. Azot, siarka i jod mają pośrednie właściwości redoks.
Interakcja z substancjami prostymi
Interakcja z metalami:
2Na + Cl2 = 2NaCl,
6Li + N 2 = 2Li 3 N,
2Ca + O2 = 2CaO
w takich przypadkach niemetale wykazują właściwości utleniające; przyjmują elektrony, tworząc cząstki naładowane ujemnie.
Interakcja z innymi niemetalami:
Podczas interakcji z wodorem większość niemetali wykazuje właściwości utleniające, tworząc lotne związki wodorowe - wodorki kowalencyjne:
3H2 + N2 = 2NH3,
H2 + Br2 = 2HBr;
Podczas interakcji z tlenem wszystkie niemetale, z wyjątkiem fluoru, wykazują właściwości redukujące:
S + O 2 = SO 2,
4P + 5O2 = 2P2O5;
Podczas interakcji z fluorem fluor jest środkiem utleniającym, a tlen jest środkiem redukującym:
2F2 + O2 = 2OF2;
Niemetale oddziałują ze sobą, im bardziej elektroujemny metal pełni rolę utleniacza, tym mniej elektroujemny pełni rolę reduktora:
S + 3F 2 = SF 6,
Niemetale- pierwiastki chemiczne tworzące proste ciała, które nie mają właściwości charakterystycznych dla metali. Cechą jakościową niemetali jest elektroujemność.
Elektroujemność– jest to zdolność do polaryzacji wiązania chemicznego, przyciągania wspólnych par elektronów.
Istnieją 22 pierwiastki sklasyfikowane jako niemetale.
1. okres
3. okres
4. okres
5. okres
6. okres
Jak widać z tabeli, pierwiastki niemetaliczne znajdują się głównie w prawej górnej części układu okresowego.
Struktura atomów niemetali
Cechą charakterystyczną niemetali jest większa liczba elektronów (w porównaniu z metalami) na zewnętrznym poziomie energetycznym ich atomów. Decyduje to o ich większej zdolności do przyłączania dodatkowych elektronów i wykazywaniu większej aktywności oksydacyjnej niż metale. Szczególnie silne właściwości utleniające, czyli zdolność przyłączania elektronów, wykazują niemetale znajdujące się w II i III okresie grup VI-VII. Jeśli porównamy rozmieszczenie elektronów na orbitali w atomach fluoru, chloru i innych halogenów, możemy ocenić ich charakterystyczne właściwości. Atom fluoru nie ma wolnych orbitali. Dlatego atomy fluoru mogą wykazywać tylko I, a stopień utlenienia wynosi 1. Najsilniejszym utleniaczem jest fluor. W atomach innych halogenów, na przykład w atomie chloru, znajdują się wolne orbitale d na tym samym poziomie energii. Dzięki temu parowanie elektronów może zachodzić na trzy różne sposoby. W pierwszym przypadku chlor może wykazywać stopień utlenienia +3 i tworzyć kwas chlorawy HClO2, który odpowiada solom - na przykład chlorynowi potasu KClO2. W drugim przypadku chlor może tworzyć związki, w których chlor wynosi +5. Takie związki obejmują HClO3 i ee, na przykład chloran potasu KClO3 (Bertoletova). W trzecim przypadku chlor wykazuje stopień utlenienia +7, np. w kwasie nadchlorowym HClO4 i jego solach, nadchloranach (w nadchloranie potasu KClO4).
Struktury cząsteczek niemetali. Właściwości fizyczne niemetali
W stanie gazowym w temperaturze pokojowej występują:
· wodór – H2;
· azot – N2;
· tlen – O2;
fluor - F2;
· radon – Rn).
W płynie - brom - Br.
Solidnie:
bor - B;
· węgiel - C;
· krzem – Si;
· fosfor – P;
· selen – Se;
tellur - Te;
Jest znacznie bogatszy w przypadku niemetali i kolorów: czerwony dla fosforu, brązowy dla bromu, żółty dla siarki, żółto-zielony dla chloru, fioletowy dla par jodu itp.
Najbardziej typowe niemetale mają strukturę molekularną, podczas gdy mniej typowe mają strukturę niemolekularną. To wyjaśnia różnicę w ich właściwościach.
Skład i właściwości substancji prostych - niemetali
Niemetale tworzą cząsteczki jednoatomowe i dwuatomowe. DO jednoatomowy Do niemetali należą gazy obojętne, które praktycznie nie reagują nawet z większością substancji aktywnych. znajdują się w VIII grupie układu okresowego, a wzory chemiczne odpowiednich substancji prostych są następujące: He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn.
Tworzą się niektóre niemetale dwuatomowy Cząsteczki. Są to H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (pierwiastki z VII grupy układu okresowego), a także tlen O2 i azot N2. Z trójatomowy cząsteczki składają się z gazowego ozonu (O3). W przypadku substancji niemetalicznych znajdujących się w stanie stałym utworzenie wzoru chemicznego jest dość trudne. Atomy węgla w graficie są połączone ze sobą na różne sposoby. W danych strukturach trudno jest wyizolować pojedynczą cząsteczkę. Pisząc wzory chemiczne takich substancji, podobnie jak w przypadku metali, przyjmuje się założenie, że substancje te składają się wyłącznie z atomów. , w tym przypadku, są zapisywane bez indeksów: C, Si, S itp. Takie proste substancje jak tlen, mające ten sam skład jakościowy (obie składają się z tego samego pierwiastka - tlenu), ale różniące się liczbą atomów w cząsteczce , mają różne właściwości. Zatem tlen nie ma zapachu, podczas gdy ozon ma ostry zapach, który wyczuwamy podczas burzy. Właściwości twardych niemetali, grafitu i diamentu, które również mają ten sam skład jakościowy, ale różne struktury, znacznie się różnią (grafit jest kruchy, twardy). Zatem o właściwościach substancji decyduje nie tylko jej skład jakościowy, ale także liczba atomów zawartych w cząsteczce substancji i sposób ich połączenia. w postaci ciał prostych znajdują się w stanie stałym gazowym (z wyjątkiem bromu - cieczy). Nie mają właściwości fizycznych właściwych metalom. Twarde niemetale nie mają charakterystycznego połysku metali, są zazwyczaj kruche i słabo przewodzą ciepło (z wyjątkiem grafitu). Krystaliczny bor B (podobnie jak krystaliczny krzem) ma bardzo wysoką temperaturę topnienia (2075°C) i dużą twardość. Przewodność elektryczna boru znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, co umożliwia jego szerokie zastosowanie w technologii półprzewodników. Dodatek boru do stali i stopów aluminium, miedzi, niklu itp. poprawia ich właściwości mechaniczne. Borki (związki z niektórymi metalami, np. tytanem: TiB, TiB2) są niezbędne przy produkcji części silników odrzutowych i łopatek turbin gazowych. Jak widać na schemacie 1, węgiel - C, krzem - Si, - B mają podobną budowę i mają pewne wspólne właściwości. Jako substancje proste występują w dwóch postaciach – krystalicznej i amorficznej. Krystaliczne formy tych pierwiastków są bardzo twarde i mają wysoką temperaturę topnienia. Krystaliczny ma właściwości półprzewodnikowe. Wszystkie te pierwiastki tworzą związki z metalami - i (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Niektóre z nich mają większą twardość, np. Fe3C, TiB. wykorzystywane do produkcji acetylenu.
Właściwości chemiczne niemetali
Zgodnie z wartościami liczbowymi względnych elektroujemności, niemetale utleniające rosną w następującej kolejności: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Niemetale jako utleniacze
Właściwości utleniające niemetali objawiają się podczas ich interakcji:
· z metalami: 2Na + Cl2 = 2NaCl;
· z wodorem: H2 + F2 = 2HF;
· z niemetalami o niższej elektroujemności: 2P + 5S = P2S5;
· z niektórymi substancjami złożonymi: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,
2FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3.
Niemetale jako czynniki redukujące
1. Wszystkie niemetale (z wyjątkiem fluoru) wykazują właściwości redukujące podczas interakcji z tlenem:
S + O2 = SO2, 2H2 + O2 = 2H2O.
Tlen w połączeniu z fluorem może również wykazywać dodatni stopień utlenienia, czyli być czynnikiem redukującym. Wszystkie inne niemetale wykazują właściwości redukujące. Przykładowo chlor nie łączy się bezpośrednio z tlenem, ale pośrednio można otrzymać jego tlenki (Cl2O, ClO2, Cl2O2), w których chlor wykazuje dodatni stopień utlenienia. W wysokich temperaturach azot bezpośrednio łączy się z tlenem i wykazuje właściwości redukujące. Siarka jeszcze łatwiej reaguje z tlenem.
2. Wiele niemetali wykazuje właściwości redukujące podczas interakcji z substancjami złożonymi:
ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO3 stęż. = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.
3. Istnieją również reakcje, w których niemetal jest zarówno utleniaczem, jak i reduktorem:
Cl2 + H2O = HCl + HClO.
4. Fluor jest najbardziej typowym niemetalem, który nie ma właściwości redukujących, czyli zdolności oddawania elektronów w reakcjach chemicznych.
Związki niemetalowe
Niemetale mogą tworzyć związki o różnych wiązaniach wewnątrzcząsteczkowych.
Rodzaje związków niemetalicznych
Ogólne wzory związków wodoru według grup układu okresowego pierwiastków chemicznych podano w tabeli:
|
Lotne związki wodoru |
Całkowite chalkogeny.
W głównej podgrupie szóstej grupy układu okresowego pierwiastków. I. Mendelejew zawiera pierwiastki: tlen (O), siarkę (S), selen (Se), (Te) i (Po). Pierwiastki te nazywane są łącznie chalkogenami, co oznacza „tworzące rudę”.
W podgrupie chalkogenów, od góry do dołu, wraz ze wzrostem ładunku atomowego, właściwości pierwiastków w sposób naturalny zmieniają się: ich właściwości niemetaliczne maleją, a metaliczne rosną. A więc - typowy niemetal i polon - metal (radioaktywny).
Szary selen
Produkcja fotokomórek i prostowników prądu elektrycznego
W technologii półprzewodnikowej
Biologiczna rola chalkogenów
Siarka odgrywa ważną rolę w życiu roślin, zwierząt i człowieka. W organizmach zwierzęcych siarka jest częścią prawie wszystkich białek, białek i białek zawierających siarkę, a także witaminy B1 i hormonu insuliny. Przy braku siarki wzrost wełny u owiec spowalnia, a u ptaków obserwuje się słabe upierzenie.
Rośliny zużywające najwięcej siarki to kapusta, sałata i szpinak. Bogate w siarkę są także strąki grochu i fasoli, rzodkiewki, rzepa, cebula, chrzan, dynia i ogórki; Buraki są również ubogie w siarkę.
Selen i tellur pod względem właściwości chemicznych są bardzo podobne do siarki, jednak pod względem właściwości fizjologicznych są jej antagonistami. Do prawidłowego funkcjonowania organizmu potrzebne są bardzo małe ilości selenu. Selen korzystnie wpływa na układ sercowo-naczyniowy, czerwone krwinki oraz poprawia właściwości odpornościowe organizmu. Zwiększona ilość selenu powoduje u zwierząt choroby objawiające się wychudzeniem i sennością. Brak selenu w organizmie prowadzi do zaburzeń pracy serca, narządów oddechowych, obrzęków ciała, a nawet może wystąpić. Selen ma znaczący wpływ na zwierzęta. Na przykład jelenie, które mają wysoką ostrość wzroku, zawierają 100 razy więcej selenu w siatkówce niż w innych częściach ciała. W świecie roślin wszystkie rośliny zawierają dużo selenu. Roślina gromadzi go szczególnie w dużych ilościach.
Fizjologiczna rola telluru dla roślin, zwierząt i ludzi była mniej badana niż selenu. Wiadomo, że tellur jest mniej toksyczny w porównaniu do selenu, a jego związki w organizmie szybko ulegają redukcji do pierwiastkowego telluru, który z kolei łączy się z substancjami organicznymi.
Ogólna charakterystyka pierwiastków podgrupy azotowej
Do głównej podgrupy grupy piątej zalicza się azot (N), fosfor (P), arsen (As), antymon (Sb) i (Bi).
Od góry do dołu w podgrupie od azotu do bizmutu właściwości niemetaliczne maleją, natomiast właściwości metaliczne i promień atomów rosną. Azot, fosfor, arsen są niemetalami, ale należą do metali.
Podgrupa azotu
|
Charakterystyka porównawcza |
7 N azot |
15 Fosfor P |
33 Jako arszenik |
51 Sb antymon |
83 Bibizmut |
|||||
|
Struktura elektronowa |
…4f145d106S26p3 |
|||||||||
|
Stan utlenienia |
1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5 |
3, +1, +3, +4,+5 |
||||||||
|
Elektro- negatywne |
||||||||||
|
Będąc w naturze |
W stanie wolnym - w atmosferze (N2 -), w stanie związanym - w składzie NaNO3 -; KNO3 – saletra indyjska |
Ca3(PO4)2 - fosforyt, Ca5(PO4)3(OH) - hydroksyapatyt, Ca5(PO4)3F - fluoroapatyt |
||||||||
|
Formy alotropowe w normalnych warunkach |
Azot (jedna forma) |
NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH – (wodorotlenek amonu); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (wodorotlenek fosfoniowy). Biologiczna rola azotu i fosforu Azot odgrywa niezwykle ważną rolę w życiu roślin, gdyż wchodzi w skład aminokwasów, białek i chlorofilu, witamin z grupy B oraz aktywujących enzymów. Dlatego brak azotu w glebie negatywnie wpływa na rośliny, a przede wszystkim na zawartość chlorofilu w liściach, co powoduje ich blaknięcie. zużywają od 50 do 250 kg azotu na 1 hektar powierzchni gleby. Najwięcej azotu znajduje się w kwiatach, młodych liściach i owocach. Najważniejszym źródłem azotu dla roślin jest azot – są to głównie azotan amonu i siarczan amonu. Należy także zwrócić uwagę na szczególną rolę azotu jako składnika powietrza – najważniejszego składnika przyrody ożywionej. Żaden pierwiastek chemiczny nie bierze tak aktywnego i różnorodnego udziału w procesach życiowych organizmów roślinnych i zwierzęcych jak fosfor. Jest składnikiem kwasów nukleinowych, wchodzi w skład niektórych enzymów i witamin. U zwierząt i ludzi do 90% fosforu koncentruje się w kościach, do 10% w mięśniach i około 1% w układzie nerwowym (w postaci związków nieorganicznych i organicznych). W mięśniach, wątrobie, mózgu i innych narządach występuje w postaci fosfatydów i estrów fosforu. Fosfor bierze udział w skurczach mięśni oraz budowie tkanki mięśniowej i kostnej. Osoby wykonujące pracę umysłową muszą spożywać zwiększoną ilość fosforu, aby zapobiec wyczerpaniu się komórek nerwowych, które funkcjonują pod zwiększonym obciążeniem właśnie podczas pracy umysłowej. Przy braku fosforu wydajność spada, rozwija się nerwica, a dwuwartościowy german, cyna i ołów GeO, SnO, PbO są zakłócane przez tlenki amfoteryczne. Wyższe tlenki węgla i krzemu CO2 i SiO2 to tlenki kwasowe, które odpowiadają wodorotlenkom o właściwościach słabo kwasowych – H2CO3 i kwasowi krzemowemu H2SiO3. Tlenki amfoteryczne - GeO2, SnO2, PbO2 - odpowiadają wodorotlenkom amfoterycznym, a przy przejściu z wodorotlenku germanu Ge(OH)4 do wodorotlenku ołowiu Pb(OH)4 właściwości kwasowe ulegają osłabieniu i wzmocnieniu zasadowych. Biologiczna rola węgla i krzemu Związki węgla są podstawą organizmów roślinnych i zwierzęcych (45% węgla występuje w roślinach i 26% w organizmach zwierzęcych). Tlenek węgla (II) i tlenek węgla (IV) wykazują charakterystyczne właściwości biologiczne. Tlenek węgla (II) jest bardzo toksycznym gazem, ponieważ wiąże się ściśle z hemoglobiną we krwi i pozbawia ją możliwości przenoszenia tlenu z płuc do naczyń włosowatych. Wdychanie CO może spowodować zatrucie, a nawet śmierć. Tlenek węgla (IV) jest szczególnie ważny dla roślin. W komórkach roślinnych (zwłaszcza w liściach), w obecności chlorofilu i pod wpływem energii słonecznej, z dwutlenku węgla i wody powstaje glukoza z uwolnieniem tlenu. W wyniku fotosyntezy rośliny wiążą rocznie 150 miliardów ton węgla i 25 miliardów ton wodoru oraz uwalniają do atmosfery do 400 miliardów ton tlenu. Naukowcy odkryli, że rośliny otrzymują przez system korzeniowy około 25% CO2 z węglanów rozpuszczonych w glebie. Rośliny wykorzystują krzem do budowy tkanek powłokowych. Krzem zawarty w roślinach przenikając przez ściany komórkowe, czyni je twardszymi i bardziej odpornymi na uszkodzenia przez owady, chroni je przed infekcjami grzybiczymi. Krzem występuje prawie we wszystkich tkankach zwierząt i ludzi, szczególnie bogate są w niego wątroba i chrząstka. U chorych na gruźlicę w kościach, zębach i chrząstkach znajduje się znacznie mniej krzemu niż u osób zdrowych. W chorobach takich jak Botkin zmniejsza się zawartość krzemu we krwi, a w przypadku uszkodzenia okrężnicy, wręcz przeciwnie, zwiększa się jego zawartość we krwi. |
Wykład 24
Niemetale.
Zarys wykładu:
Niemetale są substancjami prostymi
Pozycja niemetali w układzie okresowym
Liczba pierwiastków niemetalicznych jest znacznie mniejsza niż pierwiastków metalicznych. Dziesięć pierwiastków chemicznych (H, C, N, P, O, S, F, Cl, Br, I) ma typowe właściwości niemetaliczne. Sześć pierwiastków, które zwykle zalicza się do niemetali, wykazuje podwójne (zarówno metaliczne, jak i niemetaliczne) właściwości (B, Si, As, Se, Te, At). Niedawno na listę niemetali wpisano jeszcze 6 pierwiastków. Są to tzw. gazy szlachetne (lub obojętne) (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Tak więc 22 ze znanych pierwiastków chemicznych są zwykle klasyfikowane jako niemetale.
Pierwiastki wykazujące w układzie okresowym właściwości niemetaliczne znajdują się powyżej przekątnej bor-astat (ryc. 26).
Atomy większości niemetali, w przeciwieństwie do atomów metali, mają dużą liczbę elektronów w zewnętrznej warstwie elektronowej - od 4 do 8. Wyjątkiem są atomy wodoru, helu, boru, które mają 1, 2 i 3 elektrony w zewnętrznej warstwie poziom, odpowiednio.
Spośród niemetali tylko dwa pierwiastki - wodór (1s 1) i hel (1s 2) należą do rodziny s, wszystkie pozostałe należą do R-rodzina .
Atomy typowych niemetali (A) charakteryzują się dużą elektroujemnością i dużym powinowactwem elektronowym, co decyduje o ich zdolności do tworzenia ujemnie naładowanych jonów o konfiguracjach elektronowych odpowiednich gazów szlachetnych:
A 0 + nê → A n -
Jony te wchodzą w skład związków jonowych niemetali z typowymi metalami. Niemetale mają również ujemne stopnie utlenienia w związkach kowalencyjnych z innymi mniej elektroujemnymi niemetalami (w szczególności wodorem).
Atomy niemetali w związkach kowalencyjnych z bardziej elektroujemnymi niemetalami (zwłaszcza tlenem) mają dodatnie stopnie utlenienia. Najwyższy dodatni stopień utlenienia niemetalu, zazwyczaj, równy numerowi grupy, w którym się znajduje.
Niemetale są substancjami prostymi
Pomimo niewielkiej liczby pierwiastków niemetalicznych, ich rola i znaczenie zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie jest ogromna. 99% masy Słońca i innych gwiazd składa się z niemetali, wodoru i helu. Powłoka powietrzna Ziemi składa się z atomów niemetali - azotu, tlenu i gazów szlachetnych. Hydrosferę Ziemi tworzy jedna z najważniejszych dla życia substancji – woda, której cząsteczki składają się z niemetali, wodoru i tlenu. W materii żywej dominuje 6 niemetali - węgiel, tlen, wodór, azot, fosfor, siarka.
W normalnych warunkach substancje niemetaliczne występują w różnych stanach skupienia:
1) gazy: wodór H2, tlen O2, azot N2, fluor F2, chlor C12, gazy obojętne: He, Ne, Ar, Kg, Xe, Rn
2) ciecze: brom Br 2
3) ciała stałe jod I 2, węgiel C, krzem Si, siarka S, fosfor P itp.
Siedem pierwiastków niemetalicznych tworzy proste substancje, które istnieją w postaci cząsteczek dwuatomowych E 2 (wodór H 2, tlen O 2, azot N 2, fluor F 2, chlor C1 2, brom Br 2, jod I 2).
Ponieważ między atomami w sieci krystalicznej niemetali nie ma wolnych elektronów, różnią się one właściwościami fizycznymi od metali:
¾ nie mają połysku;
¾ kruche, mają różną twardość;
¾ są słabymi przewodnikami ciepła i elektryczności.
Niemetaliczne ciała stałe są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie; gazowy O 2, N 2, H 2 i halogeny mają bardzo słabą rozpuszczalność w wodzie.
Charakteryzuje się wieloma niemetalami alotropia- zjawisko istnienia jednego pierwiastka w postaci kilku prostych substancji. Modyfikacje alotropowe znane są dla tlenu (tlenu O 2 i ozonu O 3), siarki (rombowej, jednoskośnej i plastycznej), fosforu (białego, czerwonego i czarnego), węgla (grafit, diament i karabinek itp.), Krzemu (krystalicznego i amorficzny).
Właściwości chemiczne niemetali
Niemetale różnią się znacznie pod względem aktywności chemicznej. Zatem azot i gazy szlachetne wchodzą w reakcje chemiczne tylko w bardzo trudnych warunkach (wysokie ciśnienie i temperatura, obecność katalizatora).
Najbardziej reaktywnymi niemetalami są halogeny, wodór i tlen. Siarka, fosfor, a zwłaszcza węgiel i krzem reagują tylko w podwyższonych temperaturach.
Niemetale wykazują w reakcjach chemicznych zarówno właściwości utleniające, jak i redukujące. Najwyższą zdolność utleniania charakteryzują halogeny i tlen. Niemetale, takie jak wodór, węgiel, krzem, mają dominujące właściwości redukujące.
I. Właściwości utleniające niemetali:
1. Oddziaływanie z metalami. W tym przypadku powstają związki binarne: z tlenem - tlenkami, z wodorem - wodorkami, z azotem - azotkami, z halogenami - halogenkami itp.:
2Cu + O2 → 2CuO
2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3
2. Oddziaływanie z wodorem. Niemetale działają również jako utleniacze w reakcjach z wodorem, tworząc lotne związki wodorowe:
H2 + C12 → 2HC1
N 2 + 3H 2 → t, p, kat. 2NH 3
3. Oddziaływanie z niemetalami. Niemetale wykazują również właściwości utleniające w reakcjach z mniej elektroujemnymi niemetalami:
2Р + 5С1 2 → 2РС1 5 ;
C + 2S → CS 2.
4. Interakcja z substancjami złożonymi. Właściwości utleniające niemetali mogą objawiać się także w reakcjach z substancjami złożonymi. Na przykład woda spala się w atmosferze fluoru:
2F2 + 2H2O → 4HF + O2.
II. Właściwości redukujące niemetali
1. Oddziaływanie z niemetalami. Niemetale mogą wykazywać właściwości redukujące w stosunku do niemetali o większej elektroujemności, a przede wszystkim w stosunku do fluoru i tlenu:
4P + 5O2 → 2P2O5;
N 2 + O 2 → 2NO
2. Interakcja z substancjami złożonymi. Niektóre niemetale mogą być środkami redukującymi, co pozwala na ich zastosowanie w produkcji metalurgicznej:
C + ZnO → Zn + CO;
5H 2 + V 2 O 5 → 2 V + 5H 2 O.
SiО 2 + 2С → Si + 2СО.
Niemetale wykazują właściwości redukujące podczas interakcji z substancjami złożonymi - silnymi utleniaczami, na przykład:
3S + 2KClO3 → 3SO2 + 2KC1;
6P + 5KS1O 3 → ZR 2O 5 + 5KS1.
C + 2H 2SO 4 → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;
3P + 5HNO 3 + 2H 2O → ZN 3PO 4 + 5NO.
Ogólne metody otrzymywania niemetali
Niektóre niemetale występują w przyrodzie w stanie wolnym: siarka, tlen, azot, gazy szlachetne. Przede wszystkim proste substancje - niemetale - są częścią powietrza.
Duże ilości gazów tlenowych i azotowych uzyskuje się poprzez rektyfikację powietrza (separację).
Najbardziej aktywne niemetale - halogeny - otrzymuje się przez elektrolizę stopów lub roztworów związków. W przemyśle, stosując elektrolizę, jednocześnie otrzymuje się w dużych ilościach trzy ważne produkty: najbliższy analog fluoru - chlor, wodór i wodorotlenek sodu. Jako elektrolit stosuje się roztwór chlorku sodu wprowadzany do elektrolizera od góry.
Metody wytwarzania niemetali zostaną omówione bardziej szczegółowo w dalszej części odpowiednich wykładów.
Definicja ta pomija pierwiastki grupy VIII głównej podgrupy - gazy obojętne lub szlachetne, których atomy mają kompletną zewnętrzną warstwę elektronową. Konfiguracja elektronowa atomów tych pierwiastków jest taka, że nie można ich sklasyfikować ani jako metale, ani jako niemetale. Są to obiekty, które w systemie naturalnym wyraźnie dzielą pierwiastki na metale i niemetale, zajmując między nimi pozycję graniczną. Gazy obojętne lub szlachetne („szlachetność” wyraża się w bezwładności) są czasami klasyfikowane jako niemetale, ale czysto formalnie, w oparciu o właściwości fizyczne. Substancje te zachowują stan gazowy aż do bardzo niskich temperatur.
Obojętność chemiczna tych pierwiastków jest względna. W przypadku ksenonu i kryptonu znane są związki z fluorem i tlenem. Niewątpliwie przy tworzeniu tych związków gazy obojętne pełniły rolę reduktorów.
Z definicji niemetali wynika, że ich atomy charakteryzują się wysokimi wartościami elektroujemności. Oia waha się od 2 do 4. Niemetale to pierwiastki głównych podgrup, głównie pierwiastki p, z wyjątkiem wodoru - pierwiastka s.
Wszystkie pierwiastki niemetalowe (z wyjątkiem wodoru) zajmują prawy górny róg układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejewa, tworząc trójkąt, którego wierzchołkiem jest fluor.
Na szczególną uwagę zasługuje jednak podwójna pozycja wodoru w układzie okresowym: w I i VII grupie głównych podgrup. To nie przypadek. Z jednej strony atom wodoru, podobnie jak atomy metali alkalicznych, na swojej zewnętrznej (i jedynej) warstwie elektronowej posiada jeden elektron (konfiguracja elektronowa 1s1), który jest w stanie oddać, wykazując właściwości środka redukującego.
W większości swoich związków wodór, podobnie jak metale alkaliczne, wykazuje stopień utlenienia +1, ale utrata elektronu przez atom wodoru jest trudniejsza niż w przypadku atomów metali alkalicznych. Z drugiej strony atomowi wodoru, podobnie jak atomom halogenu, brakuje jednego elektronu, aby uzupełnić zewnętrzną warstwę elektronową, więc atom wodoru może przyjąć jeden elektron, wykazując właściwości utleniacza i stopień utlenienia -1 charakterystyczny dla halogenu wodorki - związki z metalami, podobnie jak związki metali z halogenami - halogenki. Ale dodanie jednego elektronu do atomu wodoru jest trudniejsze niż w przypadku halogenów.
W normalnych warunkach wodór H2 jest gazem. Jego cząsteczka, podobnie jak halogeny, jest dwuatomowa.
Atomy niemetali mają dominujące właściwości utleniające, to znaczy zdolność do pozyskiwania elektronów. Zdolność tę charakteryzuje wartość elektroujemności, która naturalnie zmienia się w okresach i podgrupach (ryc. 47).
Fluor- najsilniejszy utleniacz, jego atomy w reakcjach chemicznych nie są w stanie oddawać elektronów, czyli wykazują właściwości redukujące.
Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej
Inne niemetale mogą wykazywać właściwości redukujące, chociaż w znacznie słabszym stopniu w porównaniu z metalami; w okresach i podgrupach ich zdolność redukcyjna zmienia się w odwrotnej kolejności niż zdolność utleniająca.
Istnieje tylko 161 niemetalowych pierwiastków chemicznych Całkiem sporo, biorąc pod uwagę, że znanych jest 114 pierwiastków. Dwa pierwiastki niemetalowe stanowią 76% masy skorupy ziemskiej. Są to tlen (49%) i krzem (27%). Atmosfera zawiera 0,03% masy tlenu w skorupie ziemskiej. Niemetale stanowią 98,5% masy roślin, 97,6% masy ciała ludzkiego. Sześć niemetali - C, H, O, N, P i S - to pierwiastki biogenne, które tworzą najważniejsze substancje organiczne żywej komórki: białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe. W skład powietrza, którym oddychamy, wchodzą substancje proste i złożone, a także pierwiastki mineralne (tlen O2, azot, dwutlenek węgla CO2, para wodna H2O itp.).
Wodór- główny element Wszechświata. Wiele obiektów kosmicznych (obłoki gazu, gwiazdy, w tym Słońce) składa się w ponad połowie z wodoru. Na Ziemi, włączając atmosferę, hydrosferę i litosferę, wynosi on zaledwie 0,88%. Ale to jest masowe, a masa atomowa wodoru jest bardzo mała. Dlatego jego niewielka zawartość jest tylko pozorna, a na każde 100 atomów na Ziemi 17 to atomy wodoru.
Substancje proste są niemetalami. Struktura. Właściwości fizyczne
W substancjach prostych atomy niemetali są połączone kowalencyjnymi wiązaniami niepolarnymi. Dzięki temu powstaje bardziej stabilny układ elektroniczny niż izolowanych atomów. W tym przypadku powstają pojedyncze (na przykład w cząsteczkach wodoru H2, halogenach Ru, Br2), podwójne (na przykład w cząsteczkach siarki, tronowe (na przykład w cząsteczkach azotu) wiązania kowalencyjne.
Jak już wiesz, proste substancje niemetalowe mogą mieć:
1. Struktura molekularna. W zwykłych warunkach większość tych substancji to gazy lub ciała stałe, a jedynie brom (Br2) jest cieczą. Wszystkie te substancje mają strukturę molekularną i dlatego są lotne. W stanie stałym są topliwe ze względu na słabe oddziaływanie międzycząsteczkowe, które utrzymuje ich cząsteczki w krysztale i są zdolne do sublimacji.
2. Budowa atomu. Substancje te składają się z długich łańcuchów atomów. Ze względu na dużą wytrzymałość wiązań kowalencyjnych charakteryzują się one zazwyczaj dużą twardością, a wszelkie zmiany związane z niszczeniem wiązań kowalencyjnych w ich kryształach (topienie, parowanie) następują przy dużym wydatku energii. Wiele takich substancji ma wysokie temperatury topnienia i wrzenia, a ich lotność jest bardzo niska. (Na rycinie 47 podkreślono symbole tych pierwiastków niemetalowych, które tworzą jedynie atomowe sieci krystaliczne).
Wiele pierwiastków niemetalicznych tworzy kilka prostych substancji - modyfikacje alotropowe. Jak pamiętacie, ta właściwość atomów nazywa się alotropią. Alotropię można powiązać z różnym składem cząsteczek i różnymi strukturami krystalicznymi. Alotropowymi modyfikacjami węgla są grafit, diament, karbin i fuleren (ryc. 48).
Pierwiastki niemetaliczne posiadające właściwość alotropii oznaczono na ryc. 47 gwiazdką. Zatem substancji prostych (niemetali) jest znacznie więcej niż pierwiastków chemicznych (niemetali).
Wiadomo, że większość metali, z nielicznymi wyjątkami (złoto, miedź i inne), charakteryzuje się srebrzystobiałą barwą. Ale proste substancje niemetaliczne mają znacznie bardziej zróżnicowaną gamę kolorów.
Pomimo dużych różnic we właściwościach fizycznych niemetali, nadal należy zwrócić uwagę na niektóre ich wspólne cechy. Wszystkie substancje gazowe, ciekły brom, a także typowe kryształy kowalencyjne są dielektrykami, ponieważ wszystkie zewnętrzne elektrony ich atomów służą do tworzenia wiązań chemicznych. Kryształy są nieplastyczne, a wszelkie odkształcenia powodują zniszczenie wiązań kowalencyjnych. Większość niemetali nie ma metalicznego połysku.
Właściwości chemiczne
Jak już zauważyliśmy, atomy niemetali, a więc tworzone przez nie proste substancje, charakteryzują się zarówno właściwościami utleniającymi, jak i redukującymi.
Właściwości utleniające prostych substancji niemetali
1. Właściwości utleniające niemetali objawiają się przede wszystkim podczas ich interakcji z metalami (jak wiadomo, metale są zawsze reduktorami):
Właściwości utleniające chloru Cl2 są wyraźniejsze niż siarki, dlatego metal Fe, który w swoich związkach ma stabilne stopnie utlenienia, wynosi +2 b +3. utleniony przez nią do wyższego stopnia utlenienia.
2. Większość niemetali wykazuje właściwości utleniające podczas interakcji z wodorem. W rezultacie powstają lotne związki wodoru.
3. Każdy niemetal działa jako środek utleniający w reakcjach z niemetalami, które mają niższą wartość elektroujemności:
Elektroujemność siarki jest większa niż fosforu, dlatego wykazuje tutaj właściwości utleniające.
Elektroujemność fluoru jest większa niż wszystkich innych pierwiastków chemicznych, dlatego wykazuje właściwości utleniacza.
Fluor jest najsilniejszym utleniaczem spośród niemetali; w reakcjach wykazuje jedynie właściwości utleniające.
4. Niemetale wykazują także właściwości utleniające w reakcjach z niektórymi substancjami złożonymi. Nie tylko tlen, ale także inne niemetale mogą być również utleniaczami w reakcjach z substancjami złożonymi - nieorganicznymi i organicznymi.
Silny utleniacz, chlor Cl2, utlenia chlorek żelaza (II) do chlorku żelaza (III).
Pamiętacie oczywiście reakcję jakościową na związki nienasycone - odbarwienie wody bromowej.
Właściwości redukujące prostych substancji - niemetali
Rozważając reakcję niemetali między sobą, zauważyliśmy już, że w zależności od wartości ich elektroujemności, jeden z nich wykazuje właściwości utleniacza, a drugi - właściwości środka redukującego.
1. W stosunku do fluoru wszystkie niemetale (nawet tlen) wykazują właściwości redukujące.
2. Oczywiście niemetale, z wyjątkiem fluoru, służą jako środki redukujące podczas interakcji z tlenem:
8 Wiele niemetali może działać jako środek redukujący w reakcjach ze złożonymi substancjami utleniającymi:
Istnieją również reakcje, w których ten sam niemetal jest zarówno utleniaczem, jak i reduktorem; są to reakcje samoutleniania i samoredukcji.
Podsumujmy to! Większość niemetali może działać w reakcjach chemicznych zarówno jako środek utleniający, jak i reduktor (właściwości redukujące nie są nieodłączne od samego fluoru).
Związki wodorowe niemetali
Wspólną właściwością wszystkich niemetali jest tworzenie lotnych związków wodoru, w których większość niemetali ma niższy stopień utlenienia.
Wiadomo, że związki te najłatwiej otrzymać bezpośrednio poprzez oddziaływanie niemetalu z wodorem, czyli syntezę.
Związki wodoru niemetali są związane z konalencyjnymi związkami polarnymi, mają budowę molekularną i w normalnych warunkach są gazami innymi niż woda (ciecz). Związki wodorowe niemetali charakteryzują się silnym związkiem z wodą. Metai i enlan są w nim praktycznie nierozpuszczalne. Amoniak po rozpuszczeniu w wodzie tworzy słabą zasadę – hydrat amoniaku.
Oprócz rozważanych właściwości, związki wodorowe niemetali w reakcjach redoks zawsze wykazują właściwości redukujące, ponieważ w nich niemetal ma niższy stopień utlenienia.
Tlenki niemetali i odpowiadające im wodorotlenki
W tlenkach niemetali wiązanie między atomami jest polarne kowalencyjne. Wśród tlenków o budowie molekularnej wyróżnia się tlenki gazowe, ciekłe (lotne), stałe (lotne).
Tlenki niemetali dzielą się na dwie grupy: nie tworzące soli i tworzące żel. Gdy tlenki kwasowe rozpuszczają się w wodzie, powstają hydraty tlenków – wodorotlenki, które mają charakter kwasowy. Kwasy i tlenki kwasowe w wyniku reakcji chemicznych tworzą sole, w których niemetal zachowuje swój stopień utlenienia.
Tlenki i odpowiadające im wodorotlenki - kwasy, w których niemetal wykazuje stopień utlenienia równy numerowi grupy, czyli jego najwyższą wartość, nazywane są wyższymi. Rozważając prawo okresowości, scharakteryzowaliśmy już ich skład i właściwości.
wzmocnienie właściwości kwasowych tlenków i wodorotlenków. W obrębie jednej głównej podgrupy, np. grupy VI, funkcjonuje następujący schemat zmian właściwości wyższych tlenków i wodorotlenków.
Jeśli niemetal tworzy dwa lub więcej tlenków kwasowych, a zatem odpowiednie kwasy zawierające tlen, wówczas ich właściwości kwasowe rosną wraz ze wzrostem stopnia utlenienia niemetalu.
Tlenki i kwasy, w których niemetal ma najwyższy stopień utlenienia, mogą wykazywać jedynie właściwości utleniające.
Tlenki i kwasy, w których niemetal znajduje się na pośrednim stopniu utlenienia, mogą wykazywać zarówno właściwości utleniające, jak i redukujące.
Zadania praktyczne
1. Do jakich rodzin elektronicznych należą elementy niemetalowe?
2. Które pierwiastki niemetalowe są biogenne?
3. Jakie czynniki decydują o zdolnościach wartościowych atomów niemetali? Rozważ je na przykładzie atomów tlenu i siarki.
4. Dlaczego niektóre niemetale w normalnych warunkach są gazami, a inne ogniotrwałymi ciałami stałymi? 5. Podaj przykłady prostych substancji niemetalicznych, które w normalnych warunkach występują w różnych stanach skupienia: a) gazowy, b) ciekły, c) stały.
6. Zapisz równania reakcji redoks z udziałem niemetali. Jakie właściwości (utleniające lub redukujące) wykazują niemetale w tych reakcjach?
Z jakiego powodu temperatury wrzenia wody i siarkowodoru są bardzo różne, podczas gdy temperatury wrzenia siarkowodoru i selenku wodoru są sobie bliskie?
7. Dlaczego metan jest stabilny w powietrzu, ale silny w powietrzu zapala się samorzutnie: fluorowodór jest odporny na ogrzewanie, jodowodór rozkłada się na jod i wodór nawet przy niskim ogrzewaniu?
8. Napisz równania reakcji, za pomocą których można przeprowadzić następujące przejścia:
9. Napisz równania reakcji, za pomocą których można przeprowadzić następujące przejścia:
12,20 g siarkowodoru przepuszczono przez roztwór zawierający 10 g wodorotlenku sodu. Jaką sól i w jakiej ilości otrzymasz?
Odpowiedź: 0,25 mola NaHS.
14. Po potraktowaniu 30 g wapienia kwasem solnym otrzymano 11 g dwutlenku węgla. Jaki jest udział masowy węglanu wapnia w naturalnym wapieniu? Odpowiedź: 83,3%. 15. Nalewka jodowa stosowana w medycynie to 51% roztwór krystalicznego jodu w alkoholu etylowym. Jaka jest objętość alkoholu, którego gęstość wynosi 0,8 g/ml. potrzeba do przygotowania 250 g takiego roztworu?
Odpowiedź: 297 ml. 16. Mieszaninę krzemu, grafitu i węglanu wapnia o masie 34 g potraktowano roztworem wodorotlenku sodu, otrzymując 22,4 litra gazu (n.o.). Potraktując taką część mieszaniny kwasem solnym otrzymano 2,24 litra gazu (n.o.). Określ skład masowy mieszaniny.
Odpowiedź: 14 g 81: 10 g C; 10 g CaCO2.
17. Gazowy amoniak o objętości 2,24 l (n.o.) absorbuje się 20 g roztworu kwasu fosforowego o ułamku masowym 49%. Jaka sól powstała, jaka jest jej masa?
Odpowiedź: 11,5 g
19. Jaka ilość amoniaku jest potrzebna do wyprodukowania 6,3 tony kwasu azotowego, przy założeniu strat produkcyjnych wynoszących 5%?
Odpowiedź: 2352 m3.
20. Acetylen otrzymywano z gazu ziemnego o objętości 300 litrów (n.o.) o udziale objętościowym metanu w gazie wynoszącym 96%. Określ jego objętość, jeśli wydajność produktu wynosi 65%.
Odpowiedź: 93,6 l.
21. Określ wzór strukturalny węglowodoru o gęstości pary w powietrzu 1,862 i udziale masowym węgla 88,9%. Wiadomo, że węglowodór oddziałuje z amoniakalnym roztworem tlenku srebra.
Rola niemetali w życiu człowieka
Niemetale odgrywają ogromną rolę w życiu człowieka, ponieważ bez nich życie nie jest możliwe nie tylko dla ludzi, ale także dla innych żywych organizmów. Rzeczywiście, dzięki takim pierwiastkom niemetalicznym, jak tlen, węgiel, wodór i azot, powstają aminokwasy, z których następnie powstają białka, bez których całe życie na Ziemi nie może istnieć.
Przyjrzyjmy się bliżej poniższemu obrazkowi, który pokazuje główne niemetale:
Przyjrzyjmy się teraz bliżej niektórym niemetalom i poznajmy ich znaczenie, jakie odgrywają w życiu człowieka i jego ciele.
Pełne życie człowieka zależy od powietrza, którym oddycha, a powietrze zawiera niemetale i związki między nimi. Tlen zapewnia najważniejsze funkcje naszego organizmu, a azot i inne substancje gazowe go rozrzedzają, chroniąc w ten sposób nasze drogi oddechowe. Przecież z biologii wiesz już, że wszystkie funkcje ochronne organizmu są ściśle powiązane z obecnością tlenu.
Ozon chroni nasz organizm przed wnikaniem szkodliwego promieniowania UV.
Tak niezbędny mikroelement jak siarka pełni w organizmie człowieka rolę minerału upiększającego, gdyż dzięki niemu skóra, paznokcie i włosy pozostaną zdrowe. Nie zapominajmy także, że siarka bierze udział w tworzeniu tkanki chrzęstnej i kostnej, pomaga poprawić funkcjonowanie stawów, wzmacnia naszą tkankę mięśniową i spełnia wiele innych funkcji bardzo ważnych dla zdrowia człowieka.
Aniony chloru odgrywają również ważną rolę biologiczną dla człowieka, ponieważ biorą udział w aktywacji niektórych enzymów. Za ich pomocą utrzymuje się sprzyjające środowisko w żołądku i utrzymuje się ciśnienie osmotyczne. Chlor z reguły przedostaje się do organizmu człowieka poprzez sól kuchenną podczas jedzenia.
Oprócz ważnych właściwości, jakie niemetale mają na organizm ludzki i inne żywe organizmy, substancje te są również wykorzystywane w różnych innych gałęziach przemysłu.
Zastosowanie niemetali
Wodór
Ten rodzaj niemetalu, taki jak wodór, jest szeroko stosowany w przemyśle chemicznym. Służy do syntezy amoniaku, metanolu, chlorowodoru, a także do uwodornienia tłuszczów. Nie można też obejść się bez udziału wodoru jako reduktora w produkcji wielu metali i ich związków.
Wodór ma także szerokie zastosowanie w medycynie. Do opatrywania ran i tamowania niewielkich krwawień należy stosować trzyprocentowy roztwór nadtlenku wodoru.
Chlor
Chlor wykorzystuje się do produkcji kwasu solnego, gumy, chlorku winylu, tworzyw sztucznych i wielu substancji organicznych. Jest stosowany w gałęziach przemysłu takich jak tekstylia i papier jako środek wybielający. W gospodarstwie domowym chlor jest niezbędny do dezynfekcji wody pitnej, ponieważ dzięki właściwościom utleniającym ma silne działanie dezynfekujące. Zarówno woda chlorowana, jak i wapno mają te same właściwości.
Do celów medycznych chlorek sodu jest zwykle stosowany w postaci roztworu soli. Na jego bazie wytwarza się wiele leków rozpuszczalnych w wodzie.
Siarka
Niemetal, taki jak siarka, jest używany do produkcji kwasu siarkowego, prochu i zapałek. Stosowany jest także do wulkanizacji gumy. Wykorzystuje się go do produkcji barwników i luminoforów. Siarka koloidalna jest niezbędna w medycynie.
Siarka znalazła także zastosowanie w rolnictwie. Jest stosowany jako środek grzybobójczy do zwalczania różnych szkodników.
W syntezie materiałów polimerowych, a także do produkcji różnych preparatów medycznych, szeroko stosuje się również niemetale, takie jak jod i brom.
– jest to zdolność do polaryzacji wiązania chemicznego, przyciągania wspólnych par elektronów.
Istnieją 22 pierwiastki sklasyfikowane jako niemetale.
Pozycja pierwiastków niemetalicznych w układzie okresowym pierwiastków chemicznych
| Grupa | I | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| 1. okres | N | On | |||||
| 2. okres | W | Z | N | O | F | Nie | |
| 3. okres | Si | P | S | C.L. | Ar | ||
| 4. okres | Jak | Se | br | Kr | |||
| 5. okres | Te | I | Xe | ||||
| 6. okres | Na | Rn |
Struktura atomów niemetali
Cechą charakterystyczną niemetali jest większa (w porównaniu z metalami) liczba elektronów na zewnętrznym poziomie energetycznym ich atomów. Decyduje to o ich większej zdolności do przyłączania dodatkowych elektronów i wykazywaniu większej aktywności oksydacyjnej niż metale. Szczególnie silne właściwości utleniające, czyli zdolność przyłączania elektronów, wykazują niemetale znajdujące się w II i III okresie grup VI-VII. Jeśli porównamy rozmieszczenie elektronów na orbitali w atomach fluoru, chloru i innych halogenów, możemy ocenić ich charakterystyczne właściwości. Atom fluoru nie ma wolnych orbitali. Dlatego atomy fluoru mogą wykazywać jedynie wartościowość I i stopień utlenienia 1. Najsilniejszym utleniaczem jest fluor. W atomach innych halogenów, na przykład w atomie chloru, znajdują się wolne orbitale d na tym samym poziomie energii. Dzięki temu parowanie elektronów może zachodzić na trzy różne sposoby. W pierwszym przypadku chlor może wykazywać stopień utlenienia +3 i tworzyć kwas chlorawy HClO 2, który odpowiada solom - chlorytom, na przykład chlorynowi potasu KClO 2. W drugim przypadku chlor może tworzyć związki, w których stopień utlenienia chloru wynosi +5. Do takich związków zalicza się kwas nadchlorowy HClO 3 i jego sole - chlorany, np. chloran potasu KClO 3 (sól Bertholleta). W trzecim przypadku chlor wykazuje stopień utlenienia +7, na przykład w kwasie nadchlorowym HClO 4 i jego solach, nadchloranach (w nadchloranie potasu KClO 4).Struktury cząsteczek niemetali. Właściwości fizyczne niemetali
W stanie gazowym w temperaturze pokojowej występują:· wodór - H2;
· azot - N2;
· tlen - O2;
· fluor - F 2;
· chlor - CI 2.
I gazy obojętne:· hel – On;
· neon - Ne;
· argon - Ar;
· krypton - Kr;
· ksenon - Xe;
· radon - Rn).
W płyn- brom - Br.W twardy:
tellur - Te;
· jod - ja;
· astat – przy.
Spektrum kolorów niemetali jest znacznie bogatsze: czerwony dla fosforu, brązowy dla bromu, żółty dla siarki, żółto-zielony dla chloru, fioletowy dla par jodu itp.Najbardziej typowe niemetale mają strukturę molekularną, podczas gdy mniej typowe mają strukturę niemolekularną. To wyjaśnia różnicę w ich właściwościach.
Skład i właściwości substancji prostych - niemetali
Niemetale tworzą cząsteczki jednoatomowe i dwuatomowe. DO jednoatomowy Do niemetali należą gazy obojętne, które praktycznie nie reagują nawet z większością substancji aktywnych. Gazy szlachetne znajdują się w VIII grupie układu okresowego, a wzory chemiczne odpowiednich substancji prostych są następujące: He, Ne, Ar, Kr, Xe i Rn.
Tworzą się niektóre niemetale dwuatomowy Cząsteczki. Są to H 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , Cl 2 (pierwiastki z VII grupy układu okresowego), a także tlen O 2 i azot N 2 . Z trójatomowy cząsteczki składają się z gazowego ozonu (O 3). W przypadku substancji niemetalicznych znajdujących się w stanie stałym utworzenie wzoru chemicznego jest dość trudne. Atomy węgla w graficie są połączone ze sobą na różne sposoby. W danych strukturach trudno jest wyizolować pojedynczą cząsteczkę. Pisząc wzory chemiczne takich substancji, podobnie jak w przypadku metali, przyjmuje się założenie, że substancje te składają się wyłącznie z atomów. Wzory chemiczne w tym przypadku zapisuje się bez indeksów: C, Si, S itp. Proste substancje, takie jak ozon i tlen, które mają ten sam skład jakościowy (obie składają się z tego samego pierwiastka - tlenu), ale różnią się liczbą atomów w cząsteczce mają różne właściwości. Zatem tlen nie ma zapachu, podczas gdy ozon ma ostry zapach, który wyczuwamy podczas burzy. Właściwości twardych niemetali, grafitu i diamentu, które również mają ten sam skład jakościowy, ale inną strukturę, znacznie się różnią (grafit jest kruchy, diament jest twardy). Zatem o właściwościach substancji decyduje nie tylko jej skład jakościowy, ale także liczba atomów zawartych w cząsteczce substancji i sposób ich połączenia. Niemetale w postaci prostych ciał występują w stanie stałym lub gazowym (z wyjątkiem bromu, który jest cieczą). Nie mają właściwości fizycznych właściwych metalom. Stałe niemetale nie mają charakterystycznego połysku metali, są zwykle kruche i źle przewodzą prąd i ciepło (z wyjątkiem grafitu). Krystaliczny bor B (podobnie jak krystaliczny krzem) ma bardzo wysoką temperaturę topnienia (2075°C) i dużą twardość. Przewodność elektryczna boru znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, co umożliwia jego szerokie zastosowanie w technologii półprzewodników. Dodatek boru do stali i stopów aluminium, miedzi, niklu itp. poprawia ich właściwości mechaniczne. Borki (związki boru z niektórymi metalami, np. tytanem: TiB, TiB 2) są niezbędne przy produkcji części silników odrzutowych i łopatek turbin gazowych. Jak widać ze Schematu 1, węgiel – C, krzem – Si, bor – B mają podobną budowę i mają pewne wspólne właściwości. Jako substancje proste występują w dwóch postaciach – krystalicznej i amorficznej. Krystaliczne formy tych pierwiastków są bardzo twarde i mają wysoką temperaturę topnienia. Krzem krystaliczny ma właściwości półprzewodnikowe. Wszystkie te pierwiastki tworzą związki z metalami - węglikami, krzemkami i borkami (CaC 2, Al 4 C 3, Fe 3 C, Mg 2 Si, TiB, TiB 2). Niektóre z nich mają większą twardość, np. Fe 3 C, TiB. Węglik wapnia służy do produkcji acetylenu.
Ładowanie...