дивизия химически елементина метали и неметали доста условно. Има малка група от елементи, които се държат нетипично при определени условия. Например алуминият може да реагира не само с киселини, както повечето метали, но и с основи, като неметални елементи. А германият, който е неметал, може да провежда електричество като типичен метал. В нашата статия ще разгледаме физичните и химичните свойства на неметалите, както и тяхното приложение в промишлеността.
Формула за ниво на валентност
Разликите в характеристиките на елементите се основават на структурата на техните атоми. Неметалите имат от 4 до 8 електрона в последното си енергийно ниво, с изключение на водорода, хелия и бора. Почти всички неметали са p-елементи. Например, това е хлор, азот, кислород. Хелий и водород, които са p-елементи, не се подчиняват на това правило. Физични свойстванеметалите, както и способността за химични трансформации, се дължат на местоположението им в периодичната система.
Мястото на неметалите в системата на химичните елементи
Промяна в свойствата на атомите на неметалните елементи настъпва с увеличаване на серийния номер. В период, поради увеличаване на заряда на ядрото, атомът се компресира и радиусът му намалява. Повишава се и окислителната способност, а редукционните свойства на елементите се отслабват. Физическите свойства на неметалите, както и характеристиките на тяхното взаимодействие с други вещества, зависят от структурата на тяхното външно енергийно ниво. От него зависи и способността на атомите да привличат чужди електрони в своята сфера на влияние. Например във втория период от бор до флуор електроотрицателността на неметалите се увеличава. Най-активният сред всички неметални елементи е флуорът. В съединенията си той най-силно задържа чужди електрони, запазвайки заряд от -1.
Физични свойства на неметалите
Неметалите съществуват в различни агрегатни състояния. И така, борът, въглеродът, фосфорът са твърди съединения, бромът е течност, азотът, водородът, кислородът са газове. Всички те не провеждат електрически ток, са по-малко издръжливи от металите и имат ниска топлопроводимост. Видът на кристалната решетка също влияе върху физичните свойства на неметалите. Например, съединения с молекулярна решетка (йод, сяра, фосфор) имат ниска точка на кипене и топене и също са летливи. Атомната кристална структура е присъща на силиций, диамант. Тези вещества са много издръжливи, техните точки на топене и кипене са високи.
Химични свойства
Директната реакция на комбинацията от метали и неметали води до получаването на бинарни съединения от класа на соли: нитриди, карбиди, хлориди.
Например:
6Na + N 2 \u003d 2 Na 3 N.
Неметалните елементи могат да взаимодействат помежду си. Основното условие за възникването на такива процеси е елементите да имат различна електроотрицателност. Например:
6Cl 2 + 4P \u003d 4 PCl 3.
Повечето неметали, с изключение на йода, се окисляват директно от кислорода. В този случай се образуват бинарни съединения - киселинни оксиди:
C + O 2 \u003d CO 2 - въглероден диоксид или въглероден диоксид.
Възможни са реакции на неметали с някои оксиди. Така въглеродът се използва като елемент, който редуцира металите от техните оксиди:
C + CuO = Cu + CO.
Киселините - силни окислители (например нитрати), могат да взаимодействат с неметали, окислявайки ги до оксиди:
C + 4HNO 3 \u003d CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.
Халогени
Елементите, разположени в главната подгрупа на седма група на периодичната таблица, са химически най-активните неметали. Техните атоми имат еднакъв брой електрони -7 на последното енергийно ниво, което обяснява сходството на химичните им характеристики.
Физични свойства прости вещества- неметалите са различни. И така, флуорът, хлорът са в газообразна фаза, бромът е течност, а йодът е присъщ на твърдото състояние. Активността на халогените в групата намалява с увеличаване на заряда на атомното ядро, флуорът е най-реактивоспособният сред халогените. В реактивността се намесва само кислородът, който е част от халкогенната група. Силата на водородните съединения на халогените, водни разтворикоито са киселини, от флуор до йод се увеличава, а разтворимостта на слабо разтворимите соли намалява. Специалното място на флуора сред халогените също се отнася до способността му да реагира с вода. Халогенът може да разложи водата на различни продукти: собствен оксид F 2 O, озон, кислород и водороден пероксид.
Елементът е най-често срещаният на Земята. Съдържанието му в почвата е повече от 47%, а масата на газа във въздуха е 23,15%. Общите физични свойства на неметалите, като азот, кислород, водород, в газообразно състояние се определят от структурата на техните молекули.
Всички те се състоят от два атома, свързани с ковалентни неполярни връзки. В кислородния атом на последното енергийно ниво има два свободни p-електрона. Следователно степента на окисление на елемента обикновено е -2, а в съединения с флуор (например OF 2) +2. Кислородът е слабо разтворим във вода, при температура от -183 ⁰C се превръща в лесно подвижна синя течност, която може да бъде привлечена от магнит. Елементът е представен от две прости вещества: кислород O 2 и озон O 3. Характерната миризма на озон може да се усети във въздуха след гръмотевична буря. Веществото е изключително агресивно, разлага органични материали и окислява дори пасивни метали като платина или злато. Повечето сложни вещества - оксиди, соли, основи и киселини - съдържат кислородни атоми в своите молекули.
Подобно на кислорода, сярата е много разпространена в земната кора, нейните атоми също са част от органични вещества, като протеини. Съдържанието на сяра е високо в геотермалните извори и вулканичните газове. Най-често срещаните минерали, съдържащи сяра, са пирит FeS 2, цинк и оловен блясък ZnS, PbS.
На искането: „Избройте физичните свойства на неметалите“, можем да отговорим, като назовем например свойствата на сярата. Тя е диелектрик. Веществото слабо задържа топлинна енергия, е крехко, разпада се при удар и не се разтваря във вода. Може да образува няколко алотропни форми, наречени ромбични, пластични и моноклинни. Естествената сяра има жълт цвят и ромбична структура. При химични реакции с метали и някои неметали той се държи като окислител, а с халогени и кислород проявява редуциращи свойства.
В нашата статия, използвайки примера на халогени, кислород и сяра, разгледахме свойствата на неметалните елементи.
Лекция 24
Неметали.
План на лекцията:
Неметалите са прости вещества
Положението на неметалите в периодичната система
Броят на неметалните елементи е много по-малък от металните.Десет химични елемента (H, C, N, P, O, S, F, Cl, Br, I) имат типични неметални свойства. Шест елемента, които обикновено се наричат 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, Kg, Xe, Rn). И така, 22 от известните химични елементи обикновено се класифицират като неметали.
Елементите, които проявяват неметални свойства в периодичната система, са разположени над диагонала бор-астат (фиг. 26).
Атомите на повечето неметали, за разлика от металните атоми, имат голям брой електрони на външния електронен слой - от 4 до 8. Изключение правят атомите на водорода, хелия, бора, които имат 1, 2 и 3 електрона при съответно външното ниво.
Сред неметалите само два елемента - водород (1s 1) и хелий (1s 2) принадлежат към s-семейството, всички останали принадлежат към Р-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 инертни 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 с водород).
Атомите на неметалите в ковалентни съединения с по-електроотрицателни неметали (по-специално с кислород) имат положителни степени на окисление. Най-високата положителна степен на окисление на неметал, обикновено, равен на номера на групатав който се намира.
Неметалите са прости вещества
Въпреки малкия брой неметални елементи, тяхната роля и значение както на Земята, така и в космоса са огромни. 99% от масата на Слънцето и другите звезди са 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 неметални водород и кислород. В живата материя преобладават 6 неметала - въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, сяра.
При нормални условиянеметалните вещества съществуват в различни агрегатни състояния:
1) газове: водород H 2, кислород O 2, азот N 2, флуор F 2, хлор C1 2, инертни газове: He, Ne, Ar, Kg, Xe, Rn
2) течност: 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 гланц;
¾ крехки, имат различна твърдост;
¾ провеждат лошо 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.
Характеризират се редица неметали 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 (ромбична, моноклинна и пластична), фосфор (бял, червен и черен), въглерод (графит, диамант и карбин и др.), силиций (кристален и аморфен).
Химични свойстванеметали
Според химическата активност на неметалите се различават значително един от друг. Така че азотът и благородните газове влизат в химични реакции само при много тежки условия (високо налягане и температура, наличие на катализатор).
Най-реактивните неметали са халогените, водородът и кислородът. Сярата, фосфорът и особено въглеродът и силицийът са реактивни само при повишени температури.
Неметалите в химичните реакции проявяват както окислителни, така и редуциращи свойства. Най-високата окислителна способност е характерна за халогените и кислорода. В такива неметали като водород, въглерод, силиций преобладават редуциращи свойства.
I. Окислителни свойства на неметалите:
1. Взаимодействие с метали.В този случай се образуват бинарни съединения: с кислород - оксиди, с водород - хидриди, азот - нитриди, 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. 2NH3
3. Взаимодействие с неметали.Неметалите също проявяват окислителни свойства при реакции с по-малко електроотрицателни неметали:
2P + 5C1 2 → 2PC1 5 ;
C + 2S → CS 2 .
4. Взаимодействие с сложни вещества. Окислителните свойства на неметалите могат да се проявят и при реакции със сложни вещества. Например водата гори в атмосфера на флуор:
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-висока 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 им позволява да се използват 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 + 2KSlO 3 → 3SO 2 + 2KS1;
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 → ZH 3 RO 4 + 5NO.
Общи методи за получаване на неметали
Някои неметали се срещат в природата в свободно състояние: това са сяра, кислород, азот, благородни газове. На първо място, простите вещества - неметалите са част от въздуха.
Големи количества газообразен кислород и азот се получават чрез ректификация на въздуха (отделяне).
Най-активните неметали - халогени - се получават чрез електролиза на стопилки или разтвори от съединения. В промишлеността, с помощта на електролиза, три най-важни продукта се получават едновременно в големи количества: най-близкият аналог на флуора е хлор, водород и натриев хидроксид. Използваният електролит е разтвор на натриев хлорид, подаван в клетката отгоре.
По-подробно методите за получаване на неметали ще бъдат разгледани по-късно в съответните лекции.
клас: 9
Тема:Неметали. основни характеристикинеметали.
Цели:
- да проучи мястото на неметалите в ПС;
- да изучават структурните особености на неметалните атоми;
- да изучават явлението алотропия на примера на неметали;
- изучават физичните свойства на неметалите;
- разглеждайте EC като мярка за "неметалност";
- разгледайте относителността на понятията "метал-неметал";
- изучаване на водородни съединения на неметали.
- развиват когнитивната сфера на учениците;
- развиват общи образователни умения и способности: способност за работа по план, способност за работа с книга;
- развиват способността да правят независими заключения.
- възпитават култура на умствен труд;
- развиват дисциплина и чувство за отговорност.
Оборудване и реактиви:проби от неметали - прости вещества H 2, O 2, Cl 2 (в епруветки със запушалки); Br 2 (в ампула); S, J 2 , P (червено), активен въглен, пиезо запалка, йодирана хартия.
Тип урок:учебен урок.
Методи на обучение:словесно (разказ, обяснение, разговор); илюстративни (диаграми); нагледно (мултимедийно нагледно помагало); проблемно търсене.
FOPD:фронтални, индивидуално изолирани, групови (динамични групи).
технология:елементи на технологията "Сътрудничество", обучение, ориентирано към ученика. Информационни и комуникационни технологии.
Напредък:
I. Организационен момент.
II. Актуализация на знанията.
Отговори на въпросите:
- Кои 2 големи групи са условно разделени на всички H.E.?
- каква е позицията в PS на металите?
III. Ученето
1. Позицията на неметалите в PS
Неметалите са разположени предимно в горния десен ъгъл на ПС, условно ограничени от бор-астатовия диагонал. Най-активен е флуорът.
2. Структурни особености на неметалните атоми.
Във външния електронен слой на неметалните атоми има от три до осем електрона.
За неметални атоми, в сравнение с метални атоми Характеристика:
- по-малък атомен радиус;
- четири или повече електрона във външното енергийно ниво.
Оттук и такова важно свойство на неметалните атоми - склонността да получават липсващи до 8 електрона, т.е. окислителни свойства. Качествена характеристика на неметалните атоми, т.е. един вид мярка за тяхната неметалност, може да служи като електроотрицателност, т.е. свойството на атомите на химичните елементи да поляризират химическа връзка, да привличат към себе си общи електронни двойки. Електроотрицателносте мярка за неметалност, т.е. колкото по-електроотрицателен е даден химичен елемент, толкова по-изразени са неметалните свойства.
3. Кристален строеж на неметалите-прости вещества. Алотропия.
Ако металите са прости вещества, образувани поради метална връзка, то за неметалите - прости вещества е характерно ковалентна неполярна химична връзка.За разлика от металите, неметалите са прости вещества, характеризиращи се с голямо разнообразие от свойства. Неметалите имат различно агрегатно състояние при нормални условия:
- газове - H 2, O 2, O 3, N 2, F 2, Cl 2;
- течност - Br 2;
- твърди вещества - модификации на сяра, фосфор, силиций, въглерод и др.
Неметалите също имат много по-богат спектър от цветове: червено - за фосфора, червено-кафяво - за брома, жълто - за сярата, жълто-зелено - за хлора, виолетово - за йодните пари. Елементите - неметалите са по-способни, в сравнение с металите, да алотропия.
Способността на атомите на един химичен елемент да образуват няколко прости вещества се нарича алотропия, а тези прости вещества се наричат алотропни модификации или модификации.
4. Съобщения.
5. Физични свойства на неметалите.
- Без ковкост
- Няма блясък
- Топлопроводимост (само графит)
- Цветът е разнообразен: жълт, жълтеникаво-зелен, червено-кафяв.
- Електрическа проводимост (само за графит и черен фосфор.)
- Агрегатно състояние:
- газообразен (H 2, O 2, Cl 2, F 2, O 3)
- твърд (P, C)
- течност (Br 2)
6. Химични свойства на неметалите.
Неметалите в химичните реакции могат да бъдат редуциращи и окислителни агенти (флуор, кислород.)
7. Водородни съединения на неметалите.
За разлика от металите, неметалите образуват газообразни водородни съединения. Техният състав зависи от степента на окисление на неметалите.
| -4 | -3 | -2 | -1 |
| RH4 → | RH 3 → | H 2 R → | HR |
Летливите водородни съединения на неметалите могат да бъдат разделени на три групи:
1) Добре разтворими във вода (HCl, HBr, HJ, H 2 S, H 2 Se, NH 3), които се дисоциират на йони, показващи киселинни и основни свойства.
2) Съединения, разградени от вода:
BH 3 + 3H 2 O \u003d H 3 BO 3 + 3H 2
3) Летливи водородни съединения
CH 4 , PH 3 , които не взаимодействат с вода.
Според периода в ПС на химичните елементи, с увеличаване на поредния номер на елемента - неметал, се повишава киселинният характер на водородното съединение.
SiH 4 → PH 3 → H 2 S → HCl
Изводи:
- Неметалните елементи са разположени в основните подгрупи III–VIII на групите на PS D.I. Менделеев, заемаща горния му десен ъгъл.
- На външния електронен слой на атомите на неметалните елементи има от 3 до 8 електрона.
- Неметалните свойства на елементите се увеличават в периоди и отслабват в подгрупи с увеличаване на поредния номер на елемента.
- По-висшите кислородни съединения на неметалите са киселинни по природа (киселинни оксиди и хидроксиди).
- Атомите на неметалните елементи са способни както да приемат електрони, проявявайки окислителни функции, така и да ги отдават, проявявайки редуциращи функции.
IV. Затвърдяване на наученото. Отражение.
1) Поставете липсващите думи в текста.
Атомите ____, за разлика от атомите ____ лесно приемат външни електрони, са ____
2) Въведете пропуснатите думи в текста.
Неметални свойства на елементи с нарастващ сериен номер в периоди ____
В групи неметални свойства на елементите ____
3) Използвайки периодичната таблица, запишете молекулните формули на по-високите кислородни съединения на неметалите от период III. Как ще се промени киселинният характер?
4) Запишете формулите на водородните съединения на елементи от група VII A. Как се променят киселинните свойства с увеличаване на атомния номер на елемента?
5) Водородът заема две места в периодичната таблица: в група I A и в група VII A. Запишете молекулните формули на водородните съединения Na, K, Cl, F.
6) Каква е най-високата степен на окисление на следните елементи?
7) Определете дали сярата е окислител или редуциращ агент в следните реакции:
H2+S=H2S
С-
2SO 2 + O 2 → 2SO 3
С-
8) Най-изразени неметални свойства се проявяват от вещество, образувано от атоми, в които броят на електроните във външния електронен слой е ____.
9) Най-електроотрицателните атоми са...
Сяра, фосфор, силиций, хлор
10) Типичен неметал съответства на следната схема на разпределение на електрони върху електронни слоеве:
- 2, 8, 2
- 2, 8, 7
Разменете тест със съсед и проверете теста с мен.
V. Четем състава на въздуха от учебника стр.74
VI. Решаване на упражнения 1–4 стр.75
VII. Оценки и домашни.
D/Z § 15 Неметали.
Легенда:
ПС - периодична система
e - електрон
Е.О. – електроотрицателност
А. - алотропия
X.r. - химическа реакция
неметали - Това са химични елементи, които образуват в свободно състояние прости вещества, които нямат физичните и химичните свойства на металите.
Това са 22 елемента от периодичната система: бор B, въглерод C, силиций Si, азот N, фосфор P, арсен As, кислород O, сяра S, селен Se, телур Te, водород H, флуор F, хлор Cl, бром Br , йод I , астат At; както и благородни газове: хелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.
Физични свойства
Неметалните елементи образуват прости вещества, които при нормални условия съществуват в различни агрегатни състояния:
газове (благородни газове: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn; водород H2, кислород O2, азот N2, флуор F2, хлор Cl2.),
течност (бром Br2),
твърди вещества (йод I2, въглерод С, силиций Si, сяра S, фосфор P и др.).
Атомите на неметалите образуват по-малко плътно опакована структура от металите, в които съществуват ковалентни връзки между атомите. В кристалната решетка на неметалите по правило няма свободни електрони. В това отношение неметалните твърди вещества, за разлика от металите, провеждат лошо топлина и електричество и нямат пластичност.
Получаване на неметали
Методите за получаване на неметали са разнообразни и специфични, няма общи подходи. Помислете за основните методи за получаване на някои неметали.
Получаване на халогени. Най-активните халогени - флуор и хлор - се получават чрез електролиза. Флуор - KHF електролиза на стопилка 2 , хлор - чрез електролиза на стопилка или разтвор на натриев хлорид:
2G - - 2 = Ж 2 .
Други халогени също могат да бъдат получени чрез електролиза или изместване от техните соли в разтвор с по-активен халоген:
кл 2 + 2NaI = 2NaCl + I 2 .
Получаване на водород. Основен индустриален начинпроизводство на водород - преобразуване на метан (каталитичен процес):
CH 4 + З 2 О=СО+3Н 2 .
Получаване на силиций. Силицият се получава чрез редукция на кокс от силициев диоксид:
SiO 2 + 2C = Si + 2CO.
Получаване на фосфор. Фосфорът се получава чрез редукция от калциев фосфат, който е част от апатита и фосфорита:
ок 3 (ПО 4 ) 2 + 3SiO 2 + 5C = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO.
кислород и азот получен чрез фракционна дестилация на течен въздух.
Сяра и въглерод се срещат естествено в природата.
Селен и телур се получават от отпадъчните продукти от производството на сярна киселина, тъй като тези елементи се срещат в природата заедно със серните съединения.
Арсен получени от арсенов пирит съгласно сложна схема на трансформации, включваща етапите на производство на оксид и редукция от оксид с въглерод.
Бор получен чрез редукция на борен оксид с магнезий.
Химични свойства
1. Окислителните свойства на неметалите се проявяват при взаимодействие с метали
4Al + 3C = Al4C3
2. Неметалите играят ролята на окислител при взаимодействие с водород
H2+F2=2HF
3 Всеки неметал действа като окислител при реакции с онези метали, които имат нисък EO
2P + 5S = P2S5
4. Окислителните свойства се проявяват при реакции с някои сложни вещества
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
5. Неметалите могат да играят ролята на окислител при реакции със сложни вещества
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
6. Всички неметали действат като редуциращи агенти при взаимодействие с
кислород
4P + 5O2 = 2P2O5
7. Много неметали действат като редуциращи агенти при реакции със сложни окислители
S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
8. Въглеродът и водородът имат най-силни редуциращи свойства.
ZnO + C = Zn + CO;
CuO + H2 = Cu + H2O
9. Съществуват и реакции, при които един и същи неметал е едновременно окислител и редуктор. Това са реакции на самоокисление-самовъзстановяване (диспропорциониране)
Cl2 + H2O = HCl + HClO
Използването на неметали
Водород използвани в химическата промишленост за синтез на амоняк, хлороводород и метанол, използвани за хидрогениране на мазнини. Използва се като редуциращ агент при производството на много метали, като молибден и волфрам, от техните съединения.
хлор използвани за производството на солна киселина, винилхлорид, каучук и много органични вещества и пластмаси, в текстилната и хартиената промишленост се използват като избелващ агент, в бита - за дезинфекция на питейна вода.
бром и йод използвани при синтеза на полимерни материали, за получаване на лекарства и др.
Кислород Използва се при изгаряне на гориво, при топене на желязо и стомана, за заваряване на метали, необходим е за жизнената дейност на организмите.
Сяра използва се за производство на сярна киселина, производство на кибрит, барут, за борба със селскостопански вредители и лечение на някои болести, в производството на багрила, експлозиви, фосфор.
азот и фосфор се използват в производството на минерални торове, азотът се използва в синтеза на амоняк, за създаване на инертна атмосфера в лампи и се използва в медицината. Фосфорът се използва при производството на фосфорна киселина.
Диамант използвани при обработката на твърди продукти, при пробиване и бижута,графит - за производство на електроди, тигли за топене на метали, при производството на моливи, гума и др.
Това определение оставя настрана елементите от VIII група на основната подгрупа - инертни или благородни газове, чиито атоми имат пълен външен електронен слой. Електронната конфигурация на атомите на тези елементи е такава, че те не могат да бъдат приписани нито на метали, нито на неметали. Те са тези обекти, които в природната система ясно разделят елементите на метали и неметали, заемайки гранично положение между тях. Инертните или благородни газове („благородството“ се изразява в инертност) понякога се наричат неметали, но чисто формално, според физическите характеристики. Тези вещества запазват своето газообразно състояние до много ниски температури.
Химическата инертност на тези елементи е относителна. За ксенон и криптон са известни съединения с флуор и кислород. Несъмнено при образуването на тези съединения инертните газове са действали като редуциращи агенти.
От дефиницията на неметалите следва, че техните атоми се характеризират с високи стойности на електроотрицателност. Oia варира от 2 до 4. Неметалите са елементи от основните подгрупи, главно p елементи, с изключение на водород - s-елемент.
Всички неметални елементи (с изключение на водорода) заемат горния десен ъгъл в периодичната таблица на химичните елементи на Д. И. Менделеев, образувайки триъгълник, чийто връх е флуор.
Трябва обаче да се обърне специално внимание на двойното положение на водорода в периодичната система: в I и VII група на основните подгрупи. Това не е случайно. От една страна, водородният атом, подобно на атомите на алкалните метали, има един електрон на външния (и само за него) електронен слой (електронна конфигурация 1s1), който може да отдаде, показвайки свойствата на редуциращ агент .
В повечето от съединенията си водородът, подобно на алкалните метали, показва степен на окисление +1, но освобождаването на електрон от водороден атом е по-трудно от това на атомите на алкални метали. От друга страна, на водородния атом, подобно на халогенните атоми, липсва един електрон, за да завърши външния електронен слой, така че водородният атом може да приеме един електрон, показвайки свойствата на окислител и степента на окисление, характерна за халоген -1 в хидриди - съединения с метали, подобни на метални съединения с халогени - халогениди. Но свързването на един електрон към водороден атом е по-трудно, отколкото при халогените.
При нормални условия водородът H2 е газ. Молекулата му, подобно на халогените, е двуатомна.
Атомите на неметалите са доминирани от окислителни свойства, тоест способността да прикрепят електрони. Тази способност се характеризира със стойността на електроотрицателността, която естествено се променя в периоди и подгрупи (фиг. 47).
Флуор- най-силният окислител, неговите атоми в химични реакции не са в състояние да дарят електрони, т.е. проявяват редуциращи свойства.
Конфигурация на външен електронен слой
Други неметали могат да проявяват редуциращи свойства, макар и в много по-слаба степен в сравнение с металите; в периоди и подгрупи редукционната им способност се променя в обратен ред спрямо окислителната.
Неметалните химични елементи са само 161. Доста малко, като се има предвид, че са известни 114 елемента. Два неметални елемента съставляват 76% от масата на земната кора. Това са кислород (49%) и силиций (27%). Атмосферата съдържа 0,03% от масата на кислорода в земната кора. Неметалите съставляват 98,5% от масата на растенията, 97,6% от масата на човешкото тяло. Шест неметала - C, H, O, N, P и S - биогенни елементи, които образуват най-важните органични вещества на живата клетка: протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинова киселина. Съставът на въздуха, който дишаме, включва прости и сложни вещества, образувани също от елемента неметали (кислород O2, азот, въглероден диоксид CO2, водна пара H2O и др.).
Водород- основният елемент на Вселената. Много космически обекти (газови облаци, звезди, включително Слънцето) са съставени повече от половината от водород. На Земята той, включително атмосферата, хидросферата и литосферата, е само 0,88%. Но това е по тегло и атомна масамного малко водород. Следователно малкото му съдържание е само привидно и от всеки 100 атома на Земята 17 са водородни атоми.
Простите вещества са неметали. Структура. Физични свойства
В простите вещества атомите на неметалите са свързани чрез ковалентна неполярна връзка. Благодарение на това се формира по-стабилна електронна система от тази на изолираните атоми. В този случай се образуват единични (например в молекули на водород H2, халогени Ru, Br2), двойни (например в молекули на сяра, тройни връзки (например ковалентни връзки в молекули на азот).
Както вече знаете, простите неметални вещества могат да имат:
1. Молекулярна структура. При обикновени условия повечето от тези вещества са газове или твърди вещества и само един бром (Br2) е течност. Всички тези вещества имат молекулярна структура, следователно са летливи. В твърдо състояние те са стопими поради слабото междумолекулно взаимодействие, което задържа молекулите им в кристала, и са способни на сублимация.
2. Атомна структура. Тези вещества се образуват от дълги вериги от атоми. Поради високата якост на ковалентните връзки, те като правило имат висока твърдост и всички промени, свързани с разрушаването на ковалентната връзка в техните кристали (топене, изпаряване), се извършват с голям разход на енергия. Много от тези вещества имат високи точки на топене и кипене и тяхната летливост е много ниска. (На фигура 47 символите на онези неметални елементи, които образуват само атомни кристални решетки, са подчертани.)
Много неметални елементи образуват няколко прости вещества - алотропни модификации. Както си спомняте, това свойство на атомите се нарича алотропия. Алотропията може да бъде свързана с различен състав на молекулите и с различна структура на кристалите. Алотропните модификации на въглерода са графит, диамант, карбин, фулерен (фиг. 48).
Неметалните елементи със свойството алотропия са обозначени на фигура 47 със звездичка. Така че има много по-прости вещества-неметали, отколкото химични елементи-неметали.
Знаете, че дължината на повечето метали, с редки изключения (злато, мед и някои други), се характеризира със сребристо-бял цвят. Но в простите неметални вещества гамата от цветове е много по-разнообразна.
Въпреки големите различия във физичните свойства на неметалите, все пак трябва да се отбележат някои от общите им черти. Всички газообразни вещества, течният бром, както и типичните ковалентни кристали са диелектрици, тъй като всички външни електрони на техните атоми се използват за образуване химически връзки. Кристалите са непластични и всяка деформация причинява разрушаване на ковалентните връзки. Повечето неметали нямат метален блясък.
Химични свойства
Както вече отбелязахме, за атомите на неметалите и следователно за образуваните от тях прости вещества са характерни както окислителните, така и редукционните свойства.
Окислителни свойства на прости вещества от неметали
1. Окислителните свойства на неметалите се проявяват предимно при взаимодействие с метали (както знаете, металите винаги са редуциращи агенти):
Окислителните свойства на хлора Cl2 са по-изразени от тези на сярата и следователно метала Pe, който има стабилни степени на окисление +2 b +3 в съединенията. окислени до по-висока степен на окисление.
2. Повечето неметали проявяват окислителни свойства при взаимодействие с водород. В резултат на това се образуват летливи водородни съединения.
3. Всеки неметал действа като окислител в реакции с онези неметали, които имат по-ниска стойност на електроотрицателност:
Електроотрицателността на сярата е по-голяма от тази на фосфора, така че тук проявява окислителни свойства.
Електроотрицателността на флуора е по-голяма от тази на всички други химични елементи, така че той проявява свойствата на окислител.
Флуорът е най-силният неметален окислител, проявяващ само окислителни свойства при реакции.
4. Неметалите също проявяват окислителни свойства при реакции с някои сложни вещества. Не само кислородът, но и други неметали също могат да бъдат окислители при реакции със сложни вещества - неорганични и органични.
Силният окислител хлор Cl2 окислява железен (II) хлорид до железен (III) хлорид.
Спомняте си, разбира се, качествената реакция на ненаситени съединения - обезцветяването на бромната вода.
Редукционни свойства на прости вещества - неметали
Когато разглеждаме реакцията на неметалите помежду си, вече отбелязахме, че в зависимост от стойностите на тяхната електроотрицателност единият от тях проявява свойствата на окислител, а другият - свойствата на редуциращ агент.
1. По отношение на флуора всички неметали (дори кислородът) проявяват редуциращи свойства.
2. Разбира се, неметалите, с изключение на флуора, служат като редуциращи агенти при взаимодействие с кислород:
8 Много неметали могат да действат като редуциращ агент в реакции със сложни окислители:
Има и реакции, при които един и същ неметал е едновременно окислител и редуциращ агент, това са реакции на автоокисление-самовъзстановяване.
Така че нека обобщим! Повечето неметали могат да действат в химични реакции както като окислител, така и като редуциращ агент (редукционните свойства не са присъщи само на флуора).
Водородни съединения на неметали
Общо свойство на всички неметали е образуването на летливи водородни съединения, в повечето от които неметалът има най-ниска степен на окисление.
Известно е, че тези съединения могат да бъдат получени най-просто директно чрез взаимодействие на неметал с водород, тоест чрез синтез.
Vm водородните съединения на неметалите са заобиколени от коналентни полярни йони, имат молекулна структура и при нормални условия са газове, с изключение на вода (течност). Всички водородни съединения на неметали се характеризират с желязо отношение към водата. Метаи и енлан са практически неразтворими в него. Амонякът, когато се разтвори във вода, образува слаба основа - амонячен хидрат.
В допълнение към разгледаните свойства, водородните съединения на неметалите в окислително-възстановителните реакции винаги проявяват редукционни свойства, тъй като в тях неметалът има най-ниска степен на окисление.
Неметални оксиди и съответните им хидроксиди
В оксидите на неметали връзката между атомите е ковалентна полярна. Сред оксидите на молекулярната структура има газообразни, течни (летливи), твърди (летливи).
Неметалните оксиди се разделят на две групи: несолеобразуващи и гелообразуващи. Когато киселинните оксиди се разтварят във вода, се образуват оксидни хидрати - хидроксиди, които по природа са киселини. Киселини и киселинни оксиди като резултат химична реакцияобразуват соли, в които неметалът запазва степента си на окисление.
Оксидите и съответните им хидроксиди - киселини, в които неметалът проявява степен на окисление, равна на номера на групата, тоест най-високата му стойност, се наричат най-високи. При разглеждането на Периодичния закон ние вече характеризирахме техния състав и свойства.
подобряване на киселинните свойства на оксиди и хидроксиди В границите на една основна подгрупа, например група VI, действа следният модел на промени в свойствата на висшите оксиди и хидроксиди.
Ако един неметал образува два или повече киселинни оксида, а оттам и съответните кислородсъдържащи киселини, тогава техните киселинни свойства се увеличават с увеличаване на степента на окисление на неметала.
Оксидите и киселините, в които неметалът има най-висока степен на окисление, могат да проявяват само окислителни свойства.
Оксидите и киселините, където неметалът има междинно състояние на окисление, могат да проявяват както окислителни, така и редуциращи свойства.
Практически задачи
1. В кои електронни семейства ще попаднат неметалните елементи?
2. Кои неметални елементи са биогенни?
3. Какви фактори определят валентните способности на атомите на неметалите? Помислете за тях като използвате примера на кислородни и серни атоми.
4. Защо някои неметали при нормални условия са газове, други - твърди огнеупорни вещества? 5. Дайте примери за прости неметални вещества, които съществуват при нормални условия в различни агрегатно състояние: а) газообразно, б) течно, в) твърдо.
6. Направете уравнения за редокс реакции, включващи неметали. Какви свойства (окислителни или редуциращи) проявяват неметалите в тези реакции?
Защо точките на кипене на водата и сероводорода са много различни, но точките на кипене на сероводорода и водородния селенид са близки една до друга?
7. Защо метанът е стабилен във въздуха, но се запалва спонтанно във въздуха: флуороводородът е устойчив на нагряване, йод-водородът се разлага на йод и водород дори при ниско нагряване?
8. Напишете уравненията на реакциите, с които можете да направите следните преходи:
9. Напишете уравненията на реакциите, с които можете да направите следните преходи:
12. 20 g сероводород бяха прекарани през разтвор, съдържащ 10 g натриев хидроксид. Каква сол и колко?
Отговор: 0,25 mol NaHS.
14. При третиране на 30 g варовик със солна киселина се получават 11 g въглероден диоксид. Каква е масовата част на калциевия карбонат в естествения варовик? Отговор: 83,3%. 15. Йодната тинктура, използвана в медицината, е 51% разтвор на кристален йод в етилов алкохол. Какъв е обемът на алкохола, чиято плътност е 0,8 g / ml. необходими за приготвяне на 250 g от такъв разтвор?
Отговор: 297 мл. 16. Смес от силиций, графит и калциев карбонат Маса от 34 g се третира с разтвор на натриев хидроксид и се получават 22,4 литра газ (n.a.). При обработка на такава част от сместа със солна киселина се получават 2,24 литра газ (n.a.). Определете масовия състав на сместа.
Отговор: 14 g 81: 10 g C; 10 g CaCO2.
17. Газообразен амоняк с обем 2,24 l (n.a.) се абсорбира от 20 g разтвор на фосфорна киселина с масова част 49%. Каква сол се е образувала, каква е нейната маса?
Отговор: 11,5g
19. Какъв обем амоняк е необходим за получаване на 6,3 тона азотна киселина, ако загубите в производството са 5%?
Отговор: 2352 m3.
20. Ацетиленът е получен от природен газ с обем от 300 литра (n.a.) с обемна фракция на метан в газа от 96%. Определете неговия обем, ако добивът на продукта е 65%.
Отговор: 93,6 литра.
21. Определете структурната формула на въглеводород с плътност на въздушните пари 1,862 и масова част на въглерода 88,9%. Известно е, че въглеводородът взаимодейства с амонячен разтвор на сребърен оксид.
Ролята на неметалите в човешкия живот
Неметалите в човешкия живот играят огромна роля, тъй като без тях животът е невъзможен не само за хората, но и за други живи организми. Всъщност, благодарение на такива неметални елементи като кислород, въглерод, водород и азот, се образуват аминокиселини, от които след това се образуват протеини, без които целият живот на Земята не може да съществува.
Нека разгледаме по-отблизо снимката по-долу, която показва основните неметали:
А сега нека разгледаме по-подробно някои неметали и да разберем тяхното значение, което играят в живота на човека и в тялото му.
Пълноценният живот на човека зависи от въздуха, който той диша, а въздухът съдържа неметали и съединения между тях. Осигуряването на най-важните функции на нашето тяло включва кислород, а азотът и други газообразни вещества го разреждат и по този начин предпазват дихателните ни пътища. В крайна сметка от курса по биология вече знаете, че всички защитни функции на тялото са тясно свързани с наличието на кислород.
От проникването на вредното ултравиолетово лъчение озонът се превръща в защита на тялото ни.
Такъв основен микроелемент като сярата действа като минерал за красота в човешкото тяло, защото благодарение на нея кожата, ноктите и косата ще останат здрави. Също така не забравяйте, че сярата участва в образуването на хрущялни и костни тъкани, помага за подобряване на функционирането на ставите, укрепва нашата мускулна тъкан и изпълнява много други функции, които са много важни за човешкото здраве.
Хлорните аниони също играят важна роля биологична роляза хората, тъй като те участват в активирането на определени ензими. С тяхна помощ се поддържа благоприятна среда в стомаха и се поддържа осмотичното налягане. Хлорът, като правило, навлиза в човешкото тяло, благодарение на трапезната сол при хранене.
В допълнение към важните качества, които притежават неметалите човешкото тяло, и други живи организми, тези вещества се използват и в различни други индустрии.
Използването на неметали
Водород
Такова разнообразие от неметали като водород се използва широко в химическата промишленост. Използва се за синтез на амоняк, метанол, хлороводород, както и за хидрогениране на мазнини. Освен това не може да се мине без участието на водород като редуциращ агент и в производството на много метали и техните съединения.
Водородът се използва широко и в медицината. При лечение на рани и за спиране на леко кървене се използва три процента разтвор на водороден прекис.
хлор
Хлорът се използва за производството на солна киселина, каучук, винилхлорид, пластмаси и много органични вещества. Използва се в индустрии като текстил и хартия като избелващ агент. На битово ниво хлорът е незаменим за дезинфекцията на питейната вода, тъй като имайки окислителни свойства, има силен дезинфекциращ ефект. Хлорната вода и варовик имат същите свойства.
За медицински цели, като правило, натриевият хлорид се използва като физиологичен разтвор. На негова основа се произвеждат много водоразтворими лекарства.
Сяра
Такъв неметал като сярата се използва за производството на сярна киселина, барут, кибрит. Използва се и при вулканизирането на каучук. Използва се в производството на багрила и фосфор. А колоидната сяра е необходима в медицината.
Сярата е намерила приложение в селското стопанство. Използва се като фунгицид за борба с различни вредители.
При синтеза на полимерни материали, както и за производството на различни медицински препарати, широко се използват и неметали като йод и бром.
