Неметалите са химични елементи, които имат типични неметални свойства и се намират в горния десен ъгъл на периодичната таблица. Какви свойства са присъщи на тези елементи и с какво реагират неметалите?

Неметали: обща характеристика

Неметалите се различават от металите по това, че имат повече електрони във външното си енергийно ниво. Следователно техните окислителни свойства са по-изразени от тези на металите. Неметалите се характеризират с високи стойности на електроотрицателност и висок редукционен потенциал.

Неметалите включват химични елементи, които са в газообразно, течно или твърдо агрегатно състояние. Така например азотът, кислородът, флуорът, хлорът, водородът са газове; йод, сяра, фосфор – твърди; бромът е течност (при стайна температура). Има общо 22 неметала.

ориз. 1. Неметали - газове, твърди вещества, течности.

С увеличаване на заряда на атомното ядро ​​се наблюдава модел на промени в свойствата химически елементиот метални към неметални.

Химични свойства на неметалите

Водородните свойства на неметалите са предимно летливи съединения, които са киселинни във водни разтвори. Те имат молекулни структури, както и ковалентни полярни връзки. Някои, като вода, амоняк или флуороводород, образуват водородни връзки. Съединенията се образуват чрез директно взаимодействие на неметали с водород. Пример:

S+H 2 =H 2 S (до 350 градуса равновесието се измества надясно)

Всички водородни съединения имат редуциращи свойства и тяхната редуцираща сила нараства отдясно наляво през периода и отгоре надолу в групата. По този начин сероводородът изгаря, когато големи количествакислород:

2H 2 S+3O 3 =2SO 2 +2H 2 O+1158 kJ.

Окисляването може да поеме по различен път. По този начин, вече във въздуха, водният разтвор на сероводород става мътен в резултат на образуването на сяра:

H2S+3O2 =2S+2H2O

Съединенията на неметалите с кислорода като правило са киселинни оксиди, които съответстват на кислородсъдържащи киселини (оксокиселини). Структурата на оксидите на типичните неметали е молекулярна.

Колкото по-високо е степента на окисление на неметала, толкова по-силна е съответната кислородна киселина. По този начин хлорът не взаимодейства директно с кислорода, но образува редица оксокиселини, които съответстват на оксиди и анхидриди на тези киселини.

Най-известните соли на тези киселини са белина CaOCl 2 (смесена сол на хипохлорна и солна киселина), бертолетова сол KClO 3 (калиев хлорат).

Азотът в оксидите показва положителни степени на окисление +1, +2, +3, +4, +5. Първите два оксида N 2 O и NO са несолеобразуващи и са газове. N 2 O 3 (азотен оксид III) - е анхидрид на азотиста киселина HNO 2. Азотен оксид IV - кафяв газ NO 2 - газ, който се разтваря добре във вода, образувайки две киселини. Този процес може да се изрази с уравнението:

2NO 2 +H 2 O=HNO 3 (азотна киселина)+HNO 2 ( азотиста киселина) – редокс реакция на диспропорциониране

ориз. 2. Азотиста киселина.

Азотният анхидрид N 2 O 5 е бяло кристално вещество, което лесно се разтваря във вода. Пример:

N2O5 +H2O=2HNO3

Солите на азотната киселина се наричат ​​нитрати и са разтворими във вода. Калиеви, калциеви и натриеви соли се използват за производство на азотни торове.

Фосфорът образува оксиди, проявяващи степени на окисление +3 и +5. Най-стабилният оксид е фосфорният анхидрид P 2 O 5, който образува молекулна решетка, в чиито възли има димери P 4 O 10. Солите на ортофосфорната киселина се използват като фосфатни торове, например амофос NH 4 H 2 PO 4 (амониев дихидроген фосфат).

Таблица за подреждане на неметали

Група	аз	III	IV	V	VI	VII	VIII
Първи период	з						той
Втори период		б	В	Н	О	Е	не
Трети период			Si	П	С	кл	Ар
Четвърти период				като	Se	бр	Кр
Пети период					Те	аз	Xe
Шести период						При	Rn

Лекция 24

Неметали.

Конспект на лекцията:

Неметалите са прости вещества

Позиция на неметалите в периодичната система

Броят на неметалните елементи е значително по-малък от този на металните елементи (H, C, N, P, O, S, F, Cl, Br, I) имат типични неметални свойства. Шест елемента, които обикновено се класифицират като неметали, проявяват двойни (както метални, така и неметални) свойства (B, Si, As, Se, Te, At). И още 6 елемента наскоро бяха включени в списъка на неметалите. Това са така наречените благородни (или инертни) газове (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). И така, 22 от известните химични елементи обикновено се класифицират като неметали.

Елементите, проявяващи неметални свойства в периодичната таблица, са разположени над диагонала бор-астат (фиг. 26).

Атомите на повечето неметали, за разлика от металните атоми, имат голям брой електрони във външния електронен слой - от 4 до 8. Изключение правят атомите на водорода, хелия, бора, които имат 1, 2 и 3 електрона във външния слой. ниво, съответно.

Сред неметалите само два елемента - водород (1s 1) и хелий (1s 2) принадлежат към s-семейството, всички останали принадлежат към r-семейство .

Атомите на типичните неметали (А) се характеризират с висока електроотрицателност и висок електронен афинитет, което определя способността им да образуват отрицателно заредени йони с електронните конфигурации на съответните благородни газове:

A 0 + nê → A n -

Тези йони са част от йонни съединения на неметали с типични метали. Неметалите също имат отрицателни степени на окисление в ковалентни съединения с други по-малко електроотрицателни неметали (по-специално водород).

Неметалните атоми в ковалентни съединения с по-електроотрицателни неметали (особено кислород) имат положителни степени на окисление. Най-високата положителна степен на окисление на неметал, като правило, равен на номера на групата, в който се намира.

Неметалите са прости вещества

Въпреки не голям бройнеметалните елементи, тяхната роля и значение както на Земята, така и в космоса са огромни. 99% от масата на Слънцето и другите звезди се състои от неметални водород и хелий. Въздушната обвивка на Земята се състои от атоми на неметали - азот, кислород и благородни газове. Хидросферата на Земята се формира от едно от най-важните за живота вещества – водата, чиито молекули се състоят от неметалите водород и кислород. В живата материя преобладават 6 неметала – въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, сяра.

При нормални условия неметалните вещества съществуват в различни агрегатни състояния:

1) газове: водород H2, кислород O2, азот N2, флуор F2, хлор C12, инертни газове: He, Ne, Ar, Kg, Xe, Rn

2) течности: бром Br 2

3) твърди вещества йод I 2, въглерод С, силиций Si, сяра S, фосфор P и др.

Седем неметални елемента образуват прости вещества, които съществуват под формата на двуатомни молекули E 2 (водород H 2, кислород O 2, азот N 2, флуор F 2, хлор C1 2, бром Br 2, йод I 2).

Тъй като между атомите в кристалната решетка на неметалите няма свободни електрони, те се различават по физични свойства от металите:

¾ нямат блясък;

¾ крехки, имат различна твърдост;

¾ са лоши проводници на топлина и електричество.

Неметалните твърди вещества са практически неразтворими във вода; газообразните O 2, N 2, H 2 и халогените имат много ниска разтворимост във вода.

Редица неметали се характеризират с алотропия- феноменът на съществуването на един елемент под формата на няколко прости вещества. Известни са алотропни модификации за кислород (кислород O 2 и озон O 3), сяра (орторомбична, моноклинна и пластична), фосфор (бял, червен и черен), въглерод (графит, диамант и карбин и др.), силиций (кристален и аморфен).

Химични свойстванеметали

Неметалите се различават значително по своята химическа активност. Така азотът и благородните газове влизат в химични реакции само при много тежки условия ( високо кръвно наляганеи температура, наличие на катализатор).

Най-реактивните неметали са халогените, водородът и кислородът. Сярата, фосфорът и особено въглеродът и силицият са реактивни само при повишени температури.

Неметалите в химически реакциипроявяват както окислителни, така и редуциращи свойства. Най-високата окислителна способност е характерна за халогените и кислорода. Неметалите като водород, въглерод, силиций имат преобладаващи редуциращи свойства.

I. Окислителни свойства на неметалите:

1. Взаимодействие с метали.В този случай се образуват бинарни съединения: с кислород - оксиди, с водород - хидриди, с азот - нитриди, с халогени - халогениди и др .:

2Cu + O 2 → 2CuO

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3

2. Взаимодействие с водород.Неметалите също действат като окислители в реакции с водород, образувайки летливи водородни съединения:

H 2 + C1 2 → 2HC1

N 2 + 3H 2 → t, p, кат. 2NH 3

3. Взаимодействие с неметали.Неметалите също проявяват окислителни свойства при реакции с по-малко електроотрицателни неметали:

2Р + 5С1 2 → 2РС1 5 ;

C + 2S → CS 2.

4. Взаимодействие със сложни вещества.Окислителните свойства на неметалите могат да се проявят и при реакции със сложни вещества. Например водата гори във флуорна атмосфера:

2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2.

II. Редукционни свойства на неметалите

1. Взаимодействие с неметали. Неметалите могат да проявяват редуциращи свойства по отношение на неметалите с по-голяма електроотрицателност и главно по отношение на флуора и кислорода:

4P + 5O 2 → 2P 2 O 5;

N 2 + O 2 → 2NO

2. Взаимодействие със сложни вещества.Някои неметали могат да бъдат редуциращи агенти, което позволява използването им в металургичното производство:

C + ZnO → Zn + CO;

5H 2 + V 2 O 5 → 2V + 5H 2 O.

SiO 2 + 2C → Si + 2CO.

Неметалите проявяват редуциращи свойства при взаимодействие със сложни вещества - силни окислители, например:

3S + 2KClO 3 → 3SO 2 + 2KC1;

6P + 5KSlO 3 → ZR 2 O 5 + 5KS1.

C + 2H 2 SO 4 → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O → ZN 3 PO 4 + 5NO.

Общи методиполучаване на неметали

Някои неметали се срещат в природата в свободно състояние: сяра, кислород, азот, благородни газове. На първо място, простите вещества - неметалите - са част от въздуха.

Големи количества кислород и азотни газове се получават чрез ректификация (отделяне) на въздуха.

Най-активните неметали - халогени - се получават чрез електролиза на стопилки или разтвори от съединения. В промишлеността чрез електролиза се получават едновременно три важни продукта в големи количества: най-близкият аналог на флуора - хлор, водород и натриев хидроксид. Като електролит се използва разтвор на натриев хлорид, подаван в електролизера отгоре.

Методите за производство на неметали ще бъдат разгледани по-подробно по-късно в съответните лекции.

1. Металите реагират с неметали.

2 Аз + п Hal 2 → 2 MeHal n

4Li + O2 = 2Li2O

Алкалните метали, с изключение на лития, образуват пероксиди:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

2. Металите, предшестващи водорода, реагират с киселини (с изключение на азотна и сярна киселина), за да освободят водород

Me + HCl → сол + H2

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2

Pb + 2 HCl → PbCl2↓ + H2

3. Активните метали реагират с вода, образувайки алкали и освобождавайки водород.

2Me+ 2n H 2 O → 2Me(OH) n + п H 2

Продуктът от окисляването на метала е неговият хидроксид – Me(OH) n (където n е степента на окисление на метала).

Например:

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

4. Металите със средна активност реагират с вода при нагряване, за да образуват метален оксид и водород.

2Me + nH 2 O → Me 2 O n + nH 2

Продуктът на окисление в такива реакции е метален оксид Me 2 O n (където n е степента на окисление на метала).

3Fe + 4H 2 O → Fe 2 O 3 FeO + 4H 2

5. Металите след водорода не реагират с вода и киселинни разтвори (с изключение на концентрациите на азот и сяра)

6. Още активни металиизместват по-малко активните от разтворите на техните соли.

CuSO 4 + Zn = Zn SO 4 + Cu

CuSO 4 + Fe = Fe SO 4 + Cu

Активните метали - цинк и желязо - замениха медта в сулфата и образуваха соли. Цинкът и желязото се окисляват, а медта се редуцира.

7. Халогените реагират с вода и алкален разтвор.

Флуорът, за разлика от другите халогени, окислява водата:

2H 2 O+2F 2 = 4HF + О 2 .

на студено: Cl2+2KOH=KClO+KCl+H2OCl2+2KOH=KClO+KCl+H2O се образуват хлорид и хипохлорит

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

8 Активните халогени (с изключение на флуора) изместват по-малко активните халогени от разтворите на техните соли.

9. Халогените не реагират с кислорода.

10. Амфотерните метали (Al, Be, Zn) реагират с разтвори на основи и киселини.

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

11. Магнезият реагира с въглероден диоксид и силициев оксид.

2Mg + CO2 = C + 2MgO

SiO2+2Mg=Si+2MgO

12. Алкалните метали (с изключение на лития) образуват пероксиди с кислорода.

2Na + O 2 = Na 2 O 2

3. Класификация на неорганичните съединения

Прости вещества – вещества, чиито молекули се състоят от атоми от един и същи вид (атоми от един и същи елемент). При химични реакции те не могат да се разложат, за да образуват други вещества.

Сложни вещества (или химични съединения) са вещества, чиито молекули се състоят от атоми от различен тип (атоми от различни химични елементи). При химични реакции те се разлагат, за да образуват няколко други вещества.

Простите вещества се делят на две големи групи: метали и неметали.

Метали - група елементи с характерни метални свойства: твърдите вещества (с изключение на живака) имат метален блясък и са добри водачитоплина и електричество, ковък (желязо (Fe), мед (Cu), алуминий (Al), живак (Hg), злато (Au), сребро (Ag) и др.).

Неметали – група елементи: твърди, течни (бром) и газообразни вещества, които нямат метален блясък, изолатори са и са крехки.

А сложните вещества от своя страна се разделят на четири групи или класа: оксиди, основи, киселини и соли.

Оксиди - това са сложни вещества, чиито молекули включват атоми на кислорода и някои други вещества.

Основания - това са сложни вещества, в които металните атоми са свързани с една или повече хидроксилни групи.

От гледна точка на теорията на електролитната дисоциация основите са сложни вещества, дисоциацията на които във воден разтвор произвежда метални катиони (или NH4+) и хидроксидни аниони OH-.

Киселини - това са сложни вещества, чиито молекули включват водородни атоми, които могат да бъдат заменени или заменени с метални атоми.

соли - това са сложни вещества, чиито молекули се състоят от метални атоми и киселинни остатъци. Солта е продукт на частично или пълно заместване на водородните атоми на киселина с метал.

I. Елементи.Форма на неметалите стр-елементи, както и водород и хелий, които са s- елементи. В дълга периодична таблица стр-елементите, които образуват неметали, са разположени вдясно и над условната граница B - At.

II. Атоми.Неметалните атоми са малки (орбитален радиус по-малък от 0,1 nm). Повечето от тях имат четири до осем валентни електрона (известен още като най-външния), но водородният атом има един, хелиевият атом има два, а атомът на бор има три валентни електрона. Атомите на неметалите относително лесно прикрепват чужди електрони (но не повече от три). Неметалните атоми нямат склонност да отдават електрони.

За атоми на неметални елементи в периода с нарастващ атомен номер

• ядреният заряд се увеличава;
• атомните радиуси намаляват;
• броят на електроните на външния слой се увеличава;
• броят на валентните електрони се увеличава;
• електроотрицателността се увеличава;
• окислителните (неметални) свойства се засилват (с изключение на елементи от група VIIIA).

За атоми на неметални елементи в подгрупа (в дългопериодичната таблица - в група) с нарастващ атомен номер

• ядреният заряд се увеличава;
• радиусът на атома се увеличава;
• електроотрицателността намалява;
• броят на валентните електрони не се променя;
• броят на външните електрони не се променя (с изключение на водород и хелий);
• окислителните (неметални) свойства отслабват (с изключение на елементи от група VIIIA).

III. Прости вещества.Повечето неметали са прости вещества, в които атомите са свързани чрез ковалентни връзки; в благородни газове химични връзкине Неметалите включват както молекулни, така и немолекулни вещества. Всичко това води до факта, че физични свойства, характерен за всички неметали, бр.

Молекулни неметали: H 2, N 2, P 4 (бял фосфор), As 4, O 2, O 3, S 8, F 2, Cl 2, Br 2, I 2. Те също включват благородни газове (He, Ne, Ar, Kr, Kx, Rn), чиито атоми са като "едноатомни молекули".

При стайна температура водородът, азотът, кислородът, озонът, флуорът и хлорът са газове; бром - течност; фосфор, арсен, сяра и йод са твърди вещества.

Немолекулни неметали: B (няколко алотропа), C ​​(графит), C (диамант), Si, Ge, P (червен), P (черен), As, Se, Te. Всички те са твърди вещества, силиций, германий, селен и някои други имат полупроводникови свойства.

IV. Химични свойства.Повечето неметали имат окислителни свойства. Като окислители те реагират с метали:

със сложни вещества:

Със сложни вещества:

H2 + HCHO = CH3OH

6P + 5KClO 3 = 5KCl + 3P 2 O 5

V. Водородни съединения.Всички неметали (с изключение на елементите на благородния газ) образуват молекулни водородни съединения, като въглеродът и борът са много често срещани. Най-простите водородни съединения:

Всички те са газове, с изключение на водата. Веществата с удебелен шрифт във воден разтвор са силни киселини.

В група, с увеличаване на серийния номер, тяхната стабилност намалява и тяхната възстановителна активност се увеличава.

В периода с увеличаване на серийния номер, киселинните свойства на техните разтвори се увеличават в групата, тези свойства отслабват.

VI. Оксиди и хидроксиди.Всички неметални оксиди се класифицират като киселинни или необразуващи соли. Несолеобразуващи оксиди: CO, SiO, N 2 O, NO.

Следните киселини съответстват на висши оксиди на неметали (силните киселини са в удебелен шрифт)

С увеличаване на серийния номер силата на по-високите киселини се увеличава. Няма изразена зависимост в групите.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА МЕТАЛИ С НЕМЕТАЛИ

Неметалите проявяват окислителни свойства при реакции с метали, като приемат електрони от тях и се редуцират.

Взаимодействие с халогени

Халогени (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) са силни окислители, поради което всички метали взаимодействат с тях при нормални условия:

2 Аз + п Hal 2 → 2 MeHal n

Продуктът от тази реакция е сол - метален халогенид ( MeF n -флуорид, MeCl n -хлорид, MeBr n -бромид, MeI n -йодид). Когато взаимодейства с метал, халогенът се редуцира до най-ниското си състояние на окисление (-1) иправна на степента на окисление на метала.

Скоростта на реакцията зависи от химическата активност на метала и халогена. Окислителната активност на халогените намалява в групата отгоре надолу (от F до I).

Взаимодействие с кислород

Почти всички метали се окисляват от кислород (с изключение на Ag, Au, Pt ), и се образуват оксидиАз 2 О н .

Активни метали При нормални условия те лесно взаимодействат с кислорода във въздуха.

2 Mg + O 2 → 2 MgO (със светкавица)

Метали с междинна активност също реагират с кислород при обикновени температури. Но скоростта на такава реакция е значително по-ниска, отколкото при участието на активни метали.

Нискоактивни метали окислява се от кислород при нагряване (изгаряне в кислород).

Оксиди Металите могат да бъдат разделени на три групи според техните химични свойства:

1. Основни оксиди ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O и т.н.) се образуват от метали в ниска степен на окисление (+1, +2, обикновено под +4). Основните оксиди реагират с киселинни оксиди и киселини, за да образуват соли:

CaO + CO 2 → CaCO 3

CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O

2. Киселинни оксиди ( Cr VI O 3, Fe VI O 3, Mn VI O 3, Mn 2 VII O 7 и т.н.) се образуват от метали във високи степени на окисление (обикновено над +4). Киселинните оксиди реагират с основни оксиди и основи, за да образуват соли:

FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO 4

CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O

3. Амфотерни оксиди ( BeO, Al 2 O 3, ZnO, SnO, MnO 2, Cr 2 O 3, PbO, PbO 2 и т.н.) имат двойна природа и могат да взаимодействат както с киселини, така и с основи:

Cr 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) + 3H 2 O

Cr 2 O 3 + 6NaOH → 2Na 3

Взаимодействие със сяра

Всички метали реагират със сярата (с изключение на Au ), образувайки соли - сулфидиАз 2 S n . В този случай сярата се редуцира до степен на окисление "-2". платина (Пт ) взаимодейства със сярата само във фино натрошено състояние. Алкални метали, както и Ca и Mg реагират експлозивно със сярата при нагряване. Zn, Al (на прах) и Mg в реакция със сярата те дават светкавица. От ляво на дясно в серията дейности скоростта на взаимодействие на металите със сярата намалява.

Взаимодействие с водород

Някои активни метали образуват съединения с водород - хидриди:

2 Na + H 2 → 2 NaH

В тези съединения водородът е в рядко състояние на окисление „-1“.

Е.А. Нуднова, М.В. Андрюхова