Конспект урока: Общая характеристика неметаллов

В Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находится всего 22 неметалла. Их характеристику мы начнём со строения атомов.

Строение атомов неметаллов

На внешнем энергетическом уровне у неметаллов может находиться от четырёх до семи электронов.

Конечно, для достижения стабильного состояния неметаллам проще принять электроны. Эта важная особенность оказывает влияние на их свойства.

Таким образом, неметаллы имеют большое число электронов на внешнем энергетическом уровне и небольшой радиус атома по сравнению с металлами.

Обычно к неметаллам также относят благородные газы, которые находятся в VIII группе. На внешнем энергетическом уровне у благородных газов располагается по 8 электронов, поэтому эти элементы характеризуются инертностью, они не способны отдавать или принимать электроны. Иногда благородные газы выделяют в отдельную группу.

То есть все химические элементы условно можно разделить  на 3 группы :

• металлы;
• неметаллы;
• благородные газы.

На что же влияет такое строение атомов неметаллов? Во-первых, оно определяет положение неметаллов в периодической системе Д. И. Менделеева. Благодаря большому числу валентных электронов неметаллы занимают правый верхний угол периодической системы. Между металлами и неметаллами есть условная граница — диагональ бор – астат (B – At) . Неметаллы расположены справа вверху от диагонали.

Строение атомов, как уже было сказано, влияет на и свойства неметаллов. Атомы элементов-неметаллов, соединяясь друг с другом, образуют простые вещества — неметаллы — за счёт ковалентной неполярной связи, например, ${\mathrm{Cl}}_2, {\mathrm{O}}_2, {\mathrm{O}}_3, {\mathrm{P}}_4$ и так далее. Такие вещества имеют молекулярное строение и  молекулярную кристаллическую решётку в твёрдом состоянии.

При обычных условиях неметаллы, газы (азот, водород, хлор, фтор, озон), жидкий неметалл — бром — и твёрдые вещества (сера, фосфор).

Неметаллы могут быть и немолекулярного строения. Например, кремний и алмаз имеют  атомную кристаллическую решётку . В узлах такой решетки расположены отдельные атомы, а ковалентные связи очень прочные. Прочность связей оказывает влияние на свойства. Такие вещества имеют высокие температуры плавления, нелетучие и очень твёрдые.

Группа неметаллов, отличающаяся от остальных, — благородные газы. Они не образуют друг с другом химических связей и при нормальных условиях представляют собой газы.

Физические свойства неметаллов

Рисунок 1: 1 — красный фосфор; 2 — графит; 3 — бром; 4 — хлор

Несмотря на то что неметаллов не так много, как металлов, они очень разнообразны. Разнообразны и их свойства. Рассмотрим несколько, отличающих неметаллы от металлов.

• Низкая электропроводность

В большинстве своём неметаллы являются диэлектриками, то есть они практически не проводят электрический ток. Конечно, есть и исключения. 

Графит — аллотропная модификация углерода, благодаря строению своей кристаллической решётки, хорошо проводит электрический ток. Кремний — полупроводник. А селен, например, при освещении проводит электрический ток в тысячу раз лучше, чем в темноте.

• Цвет и отсутствие металлического блеска

По окраске неметаллы очень яркие. Хлор — газ жёлто-зелёного цвета, бром — буро-коричневая жидкость, углерод в виде алмаза прозрачный, фосфор красный, чёрный, белый. А металлический блеск имеет графит, кристаллический кремний и йод.

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют  окислительные и восстановительные свойства в зависимости от природы реагирующих с ними веществ. Способность неметаллов проявлять те или иные свойства определяется их электроотрицательностью.

Рисунок 2. Ряд электроотрицательности неметаллов

Теперь рассмотрим основные свойства неметаллов как окислительные, так и восстановительные.

Окислительные свойства

1. Взаимодействие с металлами

В реакциях с металлами неметаллы всегда являются окислителями, при этом образуются бинарные соединения, где неметалл имеет отрицательную степень окисления.

Например, кислород образует с металлами оксиды:
 

$2{\mathrm{Ba}}^0 + {{\mathrm{O}}_2}^0 = 2{\mathrm{Ba}}^{+2}{\mathrm{O}}^{-2}$.

Хлор образует хлориды:
 

${\mathrm{Zn}}^0 + {{\mathrm{Cl}}_2}^0 = {\mathrm{Zn}}^{+2}{{\mathrm{Cl}}_2}^{-2}$.

2. Взаимодействие с другими неметаллами

В таких реакциях неметалл, у которого электроотрицательность больше, будет выступать в роли окислителя, его степень окисления станет отрицательной, а неметалл, имеющий меньшую электроотрицательность, будет восстановителем, его степень окисления станет положительной. Чем слабее неметаллические свойства окислителя, тем ниже степень окисления другого неметалла в соединении.

Например, водород взаимодействует с фтором:
 

${\mathrm{H}}_2 + {\mathrm{F}}_2 = 2\mathrm{HF}$.

Фтор более электроотрицательный элемент, чем водород, поэтому он будет проявлять отрицательную степень окисления −1, а водород — положительную +1.

Кислород с неметаллами образует оксиды, приобретая отрицательную степень окисления −2, а другой неметалл положительную, в частности, фосфор +5:
 

$4\mathrm{P} + 5{\mathrm{O}}_2 = 2{\mathrm{P}}_2{\mathrm{O}}_5$.

Хлор взаимодействует с серой, выступая в роли окислителя:
 

$\mathrm{S} + {\mathrm{Cl}}_2 = {\mathrm{SCl}}_2$.

Хлор приобретёт минимальную степень окисления −1, а сера отдаст электроны и приобретёт положительную степень окисления +2.

3. Взаимодействие со сложными веществами

Некоторые неметаллы, например, фтор, кислород, хлор, являются очень сильными окислителями. Окислять такие неметаллы могут не только простые вещества, но и сложные.

Например, кислород может окислять оксиды неметаллов, в которых сам неметалл находится не в высшей степени окисления:
 

$2{\mathrm{N}}^{+2}{\mathrm{O}}^{-2} + {{\mathrm{O}}_2}^0 = 2{\mathrm{N}}^{+4}{{\mathrm{O}}_2}^{-2}$.

Галогены могут вытеснять другие галогены из состава соли:
 

$2{\mathrm{NaI}}^{-1} + {{\mathrm{Br}}_2}^0 = 2{\mathrm{Na}}^{+1}{\mathrm{Br}}^{-1} + {{\mathrm{I}}_2}^0.$ 

Восстановительные свойства

1. Взаимодействие с неметаллами

Подобное свойство мы уже рассмотрели с точки зрения неметаллов-окислителей. 

Теперь посмотрим с другой стороны. Водород взаимодействует с азотом и выступает в роли восстановителя:
 

$3{{\mathrm{H}}_2}^0 + {{\mathrm{N}}_2}^0 = 2{\mathrm{N}}^{-3}{{\mathrm{H}}_3}^{+1}$.

2. Взаимодействие со сложными веществами

Неметаллы способны восстанавливать сложные вещества, которые являются сильными окислителями:
 

${\mathrm{S}}^0 + 2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{S}}^{+6}{\mathrm{O}}_4 (\mathrm{конц}.) = 3{\mathrm{S}}^{+4}{\mathrm{O}}_2 + 2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$,

${{\mathrm{I}}_2}^0 + 2{\mathrm{KCl}}^{+5}{\mathrm{O}}_3 = 2{\mathrm{KI}}^{+5}{\mathrm{O}}_3 + {{\mathrm{Cl}}_2}^0$.

Восстановительные свойства углерода и водорода широко используются в металлургии, например водород применяется для выделения металлов из их соединений:
 

${\mathrm{Cu}}^{+2}\mathrm{O} + {{\mathrm{H}}_2}^0 = {\mathrm{Cu}}^0 + {{\mathrm{H}}_2}^{+1}\mathrm{O}$.

Некоторые неметаллы могут проявлять двойственные свойства, то есть одновременно выступать в роли окислителя, и восстановителя:
 

$3{{\mathrm{Br}}_2}^0 + 6\mathrm{NaOH} = {\mathrm{KBr}}^{+5}{\mathrm{O}}_3 + 5{\mathrm{KBr}}^{-1} + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Рассмотренный нами материал показал, что неметаллы небольшая, но очень разнообразная группа химических элементов, что выражается в физических и химических свойствах веществ, образуемых неметаллами. Благодаря такому разнообразию неметаллы находят широкое применение в различных сферах деятельности человека.