Конспект урока: Неметаллы

Из 118 химических элементов периодической системы 22 являются неметаллами.

Для неметаллов характерно скорее различие, чем общность свойств. Чтобы выявить свойства, общие для всех неметаллов, нужно прежде всего обратить внимание на их расположение в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Неметаллы представлены р-элементами и, как исключение, водородом и 
гелием — из числа s-элементов. Поскольку неметаллические свойства усиливаются у элементов снизу вверх в группах и слева направо в периодах, то наиболее типичные неметаллы располагаются в верхнем правом секторе периодической таблицы химических элементов.

Физические свойства неметаллов

Физические свойства неметаллов отличают их от металлов. Все неметаллы на внешнем энергетическом уровне имеют от 4 до 8 электронов (исключение: водород, гелий, бор). Для неметаллов характерно стремление к приёму недостающих до заветной восьмёрки электронов, соответственно, они проявляют окислительные свойства в окислительно-восстановительных реакциях.

Из представленных 22 элементов:

• ${\mathrm{H}}_2, {\mathrm{O}}_2, {\mathrm{N}}_2, {\mathrm{F}}_2, {\mathrm{Cl}}_2, \mathrm{He}, \mathrm{Ne}, \mathrm{Ar}, \mathrm{Kr}, \mathrm{Rn}$ — газы;
• ${\mathrm{Br}}_2$ — жидкость;
• $\mathrm{B}, \mathrm{C}, \mathrm{Si}, \mathrm{P}, \mathrm{As}, \mathrm{S}, \mathrm{Se}, \mathrm{Te}, {\mathrm{I}}_2$ — твёрдые вещества (при обычных условиях);
• $\mathrm{He}, \mathrm{Ne}, \mathrm{Ar}, \mathrm{Kr}, \mathrm{Xe}, \mathrm{Rn}$ — инертные газы, их молекулы одноатомны;
• молекулы водорода, кислорода, азота, фтора, хлора, брома, йода состоят из двух атомов.

Кристаллические решётки металлов и твёрдых веществ-неметаллов отличаются между собой. Атомы металлов образуют плотно упакованную кристаллическую структуру, в которой между атомами существуют ковалентные связи. В кристаллической решётке неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим твёрдые вещества-неметаллы в отличие от металлов плохо проводят тепло и электрический ток, не обладают пластичностью.

Химические свойства неметаллов

Простые вещества (неметаллы) способны проявлять различные свойства в зависимости от реакции, в которой они участвуют. Для неметаллов, как и для металлов, существует характерный ряд — ряд электроотрицательности.

Так, в реакциях с металлами и водородом неметалл выступает окислителем, а в реакциях с более электроотрицательными элементами и веществами-окислителями — восстановительные.

Окислительные свойства неметаллов

Окислительные свойства неметаллов прояв­ляются в первую очередь при их взаимодействии с металлами (металлы всегда восстановители).

Решение

1. Запишем реакцию между калием и водородом: 

${\mathrm{K}}^0 + {{\mathrm{H}}_2}^0 \to {\mathrm{K}}^{+}{\mathrm{H}}^{-}$.

2. Запишем окислительно-восстановительный процесс этой реакции:

${\mathrm{К}}^0 - 1\mathrm{ē} \to {\mathrm{К}}^{+}$                   1           2           восстановитель,

                                                          2

${{\mathrm{H}}_2}^0 + 2\times 1\mathrm{ē} \to 2{\mathrm{H}}^{-}$       2           1            окислитель.

3. Расставим коэффициенты: $2{\mathrm{К}}^0 + {{\mathrm{H}}_2}^0 \to 2\mathrm{КН}$.

В ряде реакций с металлами (чаще переходных элементов), следует помнить, что некоторые неметаллы проявляют более сильные окислительные свойства. Так, окислительные свойства хлора ${\mathrm{Cl}}_2$ выражены сильнее, чем у серы, поэтому и металл $\mathrm{Fe},$ который имеет в соединениях устойчивые степени окисле­ния +2 и +3, окисляется им до более высокой сте­пени окисления. 

Также любой неметалл выступает в роли окислителя в реакциях с теми неметаллами, которые имеют более низкое значение электроотрицательности. Следует отметить, что электроотрицательность фтора больше, чем у всех остальных химических элементов, поэтому он проявляет свойства окислителя. Фтор ${\mathrm{F}}_2$ — самый сильный окислитель из неме­таллов, проявляет в реакциях только окислитель­ные свойства.

Решение

1. Запишем реакцию между серой и фосфором: 

${\mathrm{Р}}^0 + {\mathrm{S}}^0 \to {{\mathrm{P}}_2}^{+3}{{\mathrm{S}}_3}^{-2}$.

2. Запишем окислительно-восстановительный процесс этой реакции:

${\mathrm{P}}^0 - 3\mathrm{ē} \to {\mathrm{P}}^{+3}$             3          2           восстановитель,

                                                    6

${\mathrm{S}}^0 + 2\mathrm{ē} \to {\mathrm{S}}^{-2}$              2          3            окислитель.

Электроотрицательность серы больше, чем у фосфора, поэтому она здесь проявляет окисли­тельные свойства.

3. Расставим коэффициенты:  $2{\mathrm{P}}^0 + 3{\mathrm{S}}^0 \to {\mathrm{P}}_2{\mathrm{S}}_3$.

Окислительные свойства неметаллы прояв­ляют и в реакциях с некоторыми сложными веще­ствами. Так, например, сильный окислитель хлор ${\mathrm{Cl}}_2$ окисляет хлорид железа (II) в хлорид железа (III).

Восстановительные свойства неметаллов

При рассмотрении реакций неметаллов друг с другом необходимо учитывать, что в зависимости от значения их элек­троотрицательности один из них проявляет свой­ства окислителя, а другой — свойства восстанови­теля. Так, по отношению к фтору все неметаллы (даже кислород) проявляют восстановительные свойства. Также все неметаллы, кроме фтора, служат восстановителями при взаимодействии с кислоро­дом.

Решение

1. Запишем реакцию между углеродом и кислородом: 

${\mathrm{С}}^0 + {{\mathrm{О}}_2}^0 \to {\mathrm{С}}^{+4}{{\mathrm{О}}_2}^{-2}$.

В результате реакций образуются оксиды неме­таллов: несолеобразующие и солеобразующие кис­лотные. 

2. Запишем окислительно-восстановительный процесс этой реакции:

${\mathrm{C}}^0 - 4\mathrm{ē} \to {\mathrm{C}}^{+4}$                4            1           восстановитель,

                                                        4

${{\mathrm{О}}_2}^0 + 2\times 2\mathrm{ē} \to 2{\mathrm{О}}^{-}$     4            1            окислитель.

3. Расставим коэффициенты: $\mathrm{C} + {\mathrm{О}}_2 \to {\mathrm{CО}}_2$.

Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окис­лителем, и восстановителем. Это реакции само­окисления-самовосстановления (реакции диспропорциони­рования). Таким образом, большинство неметаллов мо­гут выступать в химических реакциях как в роли окислителя, так и в роли восстановителя.

Решение

1. Запишем реакцию разложения: 

${{\mathrm{Н}}_2}^{+}{{\mathrm{О}}_2}^{-} \to {{\mathrm{Н}}_2}^{+}{\mathrm{О}}^{-2} + {{\mathrm{О}}_2}^0$.

В результате реакции образуются вода и кислород. Как мы видим, изменяются степени окисления только кислорода.

2. Запишем окислительно-восстановительный процесс этой реакции:

${\mathrm{О}}^{-1} + 1\mathrm{ē} \to {\mathrm{О}}^{2-}$              1            2           восстановитель,

                                                          2

$2{\mathrm{О}}^{-1} - 1\times 2\mathrm{ē} \to {{\mathrm{О}}_2}^0$       2            1            окислитель.

3. Расставим коэффициенты: $2{\mathrm{Н}}_2{\mathrm{О}}_2 \to 2{\mathrm{Н}}_2\mathrm{О} + {{\mathrm{О}}_2}^0$.

Аллотропия

В природе встречаются такие химические элементы, которые могут существовать в форме различных простых веществ, свойства которых, как химические, так и физические, различны, а также кардинально различны строения их кристаллических решёток. Это явление называется аллотропией.

Аллотропия химических элементов может проявляться в виде аллотропии 
состава — различно число атомов в молекуле, аллотропии формы — различны строения кристаллических решёток.

Существует ряд неметаллов, которые имеют самые распространённые аллотропные модификации.

• углерод — является лидером по количеству аллотропных форм и модификаций с абсолютно различными свойствами, а также строению кристаллических решёток. Самые распространённые — алмаз и графит.

• сера — вторая по подверженности аллотропии среди неметаллов. Основные её виды: ромбическая, моноклинная и пластическая. При нормальных условиях окружающей среды моноклинная и пластическая модификации серы переходят в ромбическую.
• фосфор — имеет 11 аллотропных форм, различающихся числом атомов в молекуле, химическими связями и свойствами, из которых белый фосфор, красный фосфор и чёрный фосфор имеют устойчивые формы и встречаются в природе, остальные формы, распадающиеся и в природе, не встречаются.
• кислород — модифицируется в два вещества: кислород $\left({\mathrm{O}}_2\right)$и озон $\left({\mathrm{O}}_3\right).$

Ответы

Упражнение 1

${\mathrm{Cl}}_2 + 2\mathrm{KOH} = \mathrm{KCl} + \mathrm{KClO} + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O},$ хлор — окислитель/восстановитель (диспропорционирование).