"Химия (базовый уровень)", Рудзитис Г.Е.,Фельдман Ф.Г.
Неметаллы — элементы, атомы которых обычно сильнее притягивают электроны, чем атомы металлов. Их изучение помогает объяснять строение веществ, типы химических связей и ход реакций. Неметаллические свойства закономерно меняются в периодической системе, а простые вещества неметаллов могут быть молекулярными или атомными. Один элемент иногда образует несколько простых веществ с разными свойствами — это явление называют аллотропией.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Неметаллы — элементы, расположенные преимущественно в правой верхней части периодической системы; их атомы обычно принимают электроны или притягивают общие электронные пары сильнее, чем металлы. Граница между металлами и неметаллами условна: свойства некоторых элементов, например германия, промежуточны. Это определение помогает отличать общую тенденцию от строгого правила.
Простое вещество-неметалл образовано атомами одного неметаллического элемента. Частицы могут быть молекулами, как O₂ и N₂, или формировать протяжённую атомную структуру, как в алмазе. Различение важно: химический элемент обозначает вид атомов, а простое вещество — конкретную форму существования этих атомов.
Аллотропия — существование одного элемента в виде нескольких простых веществ, которые различаются строением и свойствами. Так, углерод образует алмаз и графит, а кислород — O₂ и O₃. Понятие позволяет объяснить, почему вещества одного элемента могут выглядеть и вести себя по-разному.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары в химической связи. Чем она выше, тем сильнее выражена способность атома притягивать электроны, характерная для неметаллов. Это понятие помогает сравнивать атомы и предсказывать полярность связи, например в HCl.
Большинство неметаллических элементов находится справа от условной диагонали, проведённой в таблице от бора к астату; металлы занимают преимущественно левую и центральную области. Такое разделение связано с различиями в электронном строении: металлы чаще отдают внешние электроны, неметаллы — принимают их или делятся ими. Однако граница не абсолютна, поскольку некоторые элементы проявляют промежуточные свойства, а поведение атома зависит и от конкретной реакции.
На внешнем электронном слое у многих неметаллов уже есть значительная часть электронов, необходимая для устойчивой конфигурации. Поэтому атом может принять недостающие электроны, превратившись в отрицательный ион, либо совместно использовать электроны с другим атомом. Первый путь приводит, например, к ионной связи в хлориде натрия, второй — к ковалентным связям в молекулах H₂O и Cl₂. Какой вариант реализуется, зависит от партнёра по связи и условий взаимодействия.
В периоде слева направо заряд ядра возрастает, а электроны добавляются на тот же главный энергетический уровень. Экранирование внешних электронов меняется не настолько сильно, чтобы компенсировать рост заряда ядра, поэтому притяжение к ним становится сильнее, а радиус атома в целом уменьшается. Атомам становится легче притягивать электроны, и неметаллические свойства усиливаются. Так, среди C, N, O и F их выраженность возрастает в указанном порядке.
В главной подгруппе при движении снизу вверх уменьшается число электронных слоёв и радиус атома. Внешние электроны оказываются ближе к ядру и сильнее им притягиваются, поэтому атом охотнее принимает электрон или притягивает общую пару. Отсюда следует обычное усиление неметаллических свойств снизу вверх. Это закономерность для сравнения элементов группы, а не утверждение о каждом возможном свойстве их соединений.
Строение простого вещества влияет на то, как атомы удерживаются вместе, а значит, и на физические свойства. Молекулярные вещества обычно имеют более низкие температуры плавления, поскольку при плавлении нужно преодолеть притяжение между молекулами; среди неметаллов есть газы, жидкий бром и твёрдые вещества. В атомных структурах связи образуют протяжённую сеть, поэтому многие такие вещества твёрдые и имеют высокие температуры плавления. Большинство неметаллов плохо проводит электрический ток, но графит — исключение благодаря подвижным электронам в его слоях.
| Характеристика | Общее свойство или закономерность | Примеры |
|---|---|---|
| Положение в периодической системе | Преимущественно правая верхняя часть; граница с металлами условна. | C, N, O, F, Cl; водород расположен отдельно. |
| Изменение неметаллических свойств в периоде и группе | Обычно усиливаются слева направо и снизу вверх. | C < N < O < F; F выраженнее, чем Cl. |
| Строение внешнего электронного слоя | Часто содержит много электронов; атомам выгодно принять электроны или обобществить их. | У O — 6, у Cl — 7 электронов на внешнем уровне. |
| Типичные способы образования химической связи | Ковалентная связь при совместном использовании электронов; ионная — при передаче электронов. | Cl₂, HCl; NaCl. |
| Физические свойства простых веществ | Встречаются газы, жидкость и твёрдые вещества; обычно плохо проводят ток. | O₂ — газ, Br₂ — жидкость, углерод — твёрдый; графит проводит ток. |
| Аллотропные формы | Один элемент образует простые вещества с разным строением и свойствами. | Алмаз и графит; O₂ и O₃; белый и красный фосфор. |
Сначала найдите в таблице нужную характеристику, а затем сопоставьте её общее правило с примерами. Если сравниваете свойства элементов, учитывайте, находятся ли они в одном периоде или группе. Примеры показывают типичные случаи, но не отменяют исключений.
Задача 1. Расположите элементы C, N, O и F в порядке усиления неметаллических свойств. Все четыре элемента находятся во втором периоде, поэтому применима закономерность изменения свойств слева направо.
Задача 2. Определите тип связи в молекулах HCl и Cl₂ и объясните различие. Нужно сравнить не только состав молекул, но и способность атомов притягивать общую электронную пару.
Задача 3. Углерод образует алмаз и графит. Объясните, почему эти простые вещества имеют разные свойства, и укажите тип явления.
Ошибка: считать, что все неметаллы при обычных условиях — газы. Так можно решить, если судить по знакомым кислороду и азоту, но агрегатное состояние зависит от строения и состава вещества. Бром — жидкость, углерод, сера и фосфор — твёрдые вещества. Проверяйте утверждение по конкретному веществу, а не переносите свойство нескольких примеров на всю группу.
Ошибка: отождествлять химический элемент с простым веществом. Их названия часто совпадают, поэтому различие легко упустить: элемент — вид атомов, а простое вещество — образованное ими вещество. Один элемент может образовывать несколько простых веществ с разными свойствами. Для проверки спросите себя, говорится ли о составе атомов или о конкретном веществе.
Ошибка: считать, что атомы неметаллов всегда только принимают электроны. Это представление возникает из упрощённой схемы образования отрицательных ионов, но атомы также могут делиться общими электронными парами. Поэтому неметаллы образуют ковалентные связи и проявляют разные степени окисления в соединениях. Проверяйте, не рассматривается ли вещество с общей электронной парой, например H₂O или HCl.
Ошибка: считать аллотропные формы разными химическими элементами. Различия цвета, твёрдости или электропроводности могут создать такое впечатление, однако состав атомов у форм одного элемента одинаков. Алмаз и графит состоят из углерода, но имеют разное строение. Проверка проста: если химический состав одинаков и меняется только форма существования элемента, это аллотропия.
Для понимания периодических закономерностей нужны знания о строении атома и электронных слоях. Именно распределение электронов помогает объяснить, почему меняется способность атомов притягивать или отдавать электроны. Без этого трудно обосновать усиление неметаллических свойств в периоде и группе.
Тема опирается на понятия химической связи и степени окисления. Различие электроотрицательностей помогает объяснять полярность ковалентной связи, а передача электронов — образование ионов. Эти знания позволяют разбирать строение соединений неметаллов и превращения между ними.
Представления о свойствах неметаллов пригодятся при изучении их соединений и окислительно-восстановительных реакций. Они помогают понять, почему элемент принимает электроны в одной реакции, а в другой образует ковалентные связи. На этой основе изучают химию отдельных неметаллов и их важнейших соединений.
Почему водород относят к неметаллам, хотя он находится в первой группе?
Положение водорода в первой группе связано с одним электроном на внешнем уровне, но по свойствам он не является металлом. В простых веществах водород образует молекулы H₂, а в соединениях способен принимать электрон или образовывать ковалентную связь.
Все ли неметаллы существуют в виде двухатомных молекул?
Нет. В виде двухатомных молекул существуют, например, H₂, N₂, O₂ и Cl₂. У благородных газов простые вещества состоят из отдельных атомов, а углерод образует протяжённые структуры.
Чем химический элемент отличается от простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Простое вещество состоит только из атомов одного элемента и обладает определёнными физическими и химическими свойствами.
Почему алмаз и графит считаются веществами одного элемента?
Оба вещества состоят только из атомов углерода, поэтому относятся к одному химическому элементу. Атомы соединены и расположены по-разному, из-за чего алмаз и графит имеют разные свойства; это аллотропные формы углерода.
Как по положению элемента в таблице Менделеева оценить выраженность его неметаллических свойств?
Обычно чем правее и выше расположен элемент, тем сильнее выражены его неметаллические свойства. При сравнении элементов одного периода они усиливаются слева направо, а элементов главной подгруппы — снизу вверх.
§ 36. Обзор неметаллов
