Неметаллы
ел находятся в твердом или газообразном
состоянии (исключая бром – жидкость). Они не имеют физических свойств,
присущих металлам. Твердые неметаллы не обладают характерным для металлов
блеском, они обычно хрупки, плохо проводят электрический ток и тепло (за
исключением графита).
§2. Общие химические свойства неметаллов.
Оксиды неметаллов относят к кислотным оксидам, которым соответствуют
кислоты. С водородом неметаллы образуют газообразные соединения (например
HCl, H2S, NH3). Водные растворы некоторых из них (например,
галогеноводородов) – сильные кислоты. С металлами типичные неметаллы дают
соединения с ионной связью (например, NaCl). Неметаллы могут при
определенных условиях между собой реагировать, образуя соединения с
ковалентной полярной (H2O, HCl) и неполярной связями (CO2).
С водородом неметаллы образуют летучие соединения, как, например,
фтороводород HF, сероводород H2S, аммиак NH3, метан CH4. При растворении в
воде водородные соединения галогенов, серы, селена и теллура образуют
кислоты той же формулы, что и сами водородные соединения: HF, HCl, HCl,
HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.
При растворении в воде аммиака образуются аммиачная вода, обычно
обозначаемая формулой NH4OH и называемая гидроксидом аммония. Ее также
обозначают формулой NH3 • H2O и называют гидратом аммиака.
С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они
проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например,
SO2, N2O5), а других – более низкую (например, SO2, N2O3). Кислотным
оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одного
неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень
окисления. Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2, а серная
кислотаH2SO4 сильнее сернистой H2SO3.
§3. Строение и свойства простых веществ – неметаллов.
Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные
– немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств. Наглядно это
отражено в схеме №2.
|Простые вещества |
|С немолекулярным строением |С молекулярным строением |
|C, B, Si |F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8 |
|У этих неметаллов атомные |У этих неметаллов в твердом |
|кристаллические решетки, поэтому|состоянии молекулярные |
|они обладают большой твердостью |кристаллические решетки. При |
|и очень высокими температурами |обычных условиях это газы, |
|плавления. |жидкости или твердые вещества с |
| |низкими температурами плавления.|
Таблица №2
Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень
высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая
проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает
возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора
к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические
свойства.
Бориды (соединения бора с некоторыми металлами, например с титаном:
TiB, TiB2) необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей,
лопаток газовых турбин.
Как видно из схемы №2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное
строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они
встречаются в двух видоизменениях – в кристаллическом и аморфном.
Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими
температурами плавления. Кристаллический кремний обладает
полупроводниковыми свойствами.
Все эти элементы образуют соединения с металлами – карбиды, силициды и
бориды (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые из них обладают
большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для
получения ацетилена.
Если сравнить расположение электронов по орбиталям ф атомах фтора,
хлора и других галогенов, то можно судить и об их отличительных свойствах.
У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить
только валентность I и степень окисления – 1. В атомах других галогенов,
например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-
орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя
разными путями.
В первом случае хлор может проявить степень окисления +3 и образовать
хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли – хлориты, например
хлорит калия KClO2.
Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых степень
окисления хлора +5. К таким соединениям относятся хлороноватая кислота
HClO3 и ее соли – хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).
В третьем случае хлор проявляет степень окисления +7, например в
хлорной кислоте HClO4 и в ее солях – перхлоратах, например в перхлорате
калия КClO4.
§4. Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая
характеристика их свойств.
С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они
проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например,
SO2, N2O5), а других – более низкую (например, SO2, N2O3). Кислотным
оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одного
неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень
окисления. Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2, а серная
кислота H2SO4 сильнее сернистой H2SO3.
Характеристики кислородных соединений неметалов:
1. Свойства высших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит
элемент данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева
направо постепенно изменяются от основных к кислотным.
2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно
ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот,
соответствующих этим оксидам.
3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих
элементов в периодах слева направо объясняется постепенным
возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.
4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в
направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов
уменьшаются.
Общие формулы водородных соединений по группам периодической системы
химических элементов приведены в таблице №3.
|Общие формулы соединений по группам |
|I |II |III |IV |V |VI |VII |
|RH |RH2 |RH3 |RH4 |RH3 |H2R |HR |
|Нелетучие водородные |Летучие водородные соединения |
|соединения | |
Таблица №3.
С металлами водород образует (за некоторым исключением) нелетучие
соединения, которые являются твердыми веществами немолекулярного строения.
Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.
С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного
строения. В обычных условиях это газы или летучие жидкости.
В периодах слева направо кислотные свойства летучих водородных
соединений неметаллов в водных растворах усиливается. Это объясняется тем,
что ионы кислорода имеют свободные электронные пары, а ионы водорода –
свободную орбиталь, то происходит процесс, котроый выглядит следующим
образом:
H2O + HF ( H3O + F
Фтороводород в водном растворе отщепляет положительные ионы водорода,
т.е. проявляет кислотные свойства. Этому процессу способствует и другое
обстоятельство: ион кислорода имеет неподеленную электронную пару, а ион
водорода – свободную орбиталь, благодаря чему образуется донорно-
акцепторная связь.
При растворении аммиака в воде происходит противоположный процесс. А
так как ионы азота имеют неподеленную электронную пару, а ионы водорода –
свободную орбиталь, возникает дополнительная связь и образуются ионы
аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В результате раствор приобретает
основные свойства. Этот процесс можно выразить формулой:
H2O + NH3 ( NH4 + OH
Молекулы аммиака в водном растворе присоединяют положительные ионы
водорода, т.е. аммиак проявляет основные свойства.
Теперь рассмотрим, почему водородное соединение фтора – фтороводород HF
– в водном растворе является кислотой, но более слабой, чем
хлороводородная. Это объясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно
меньше, чем ионов хлора. Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к
себе ионы водорода, чем ионы хлора. В связи с этим степень диссоциации
фтороводородной кислоты значительно меньше, чем соляной кислоты, т.е.
фтороводородная кислота слабее соляной кислоты.
Из приведенных примеров можно сделать следующие общие выводы:
1. В периодах слева направо у ионов элементов положительный заряд
увеличивается. В связи с этим кислотные свойства летучих водородных
соединений элементов в водных растворах усиливаются.
2. В группах сверху вниз отрицательно заряженные анионы все слабее
притягивают положительно заряженные ионы водорода Н+. В связи с этим
облегчается процесс отщепления ионов водорода Н+ и кислотные
свойства водородных соединений увеличиваются.
3. В
| |  скачать работу |
Неметаллы |
