"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Неметаллы — химические элементы, атомы которых способны принимать электроны или образовывать общие электронные пары. Большинство таких элементов находится в правой верхней части периодической системы, а водород занимает особое положение. Неметаллические свойства связаны со строением атома и меняются закономерно в периодах и группах. Простые вещества неметаллов бывают очень разными: от газов до твёрдых кристаллов. Понимание этих закономерностей помогает объяснять химические связи, физические свойства и существование аллотропных форм.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Неметаллы — химические элементы, атомы которых обычно принимают или обобществляют электроны и образуют простые вещества с неметаллическими свойствами. Слово «обобществляют» означает, что атомы используют общие электронные пары. Это определение помогает связать положение элемента в периодической системе с поведением его атомов в реакциях.
Простое вещество-неметалл — вещество, состоящее из атомов одного неметаллического элемента; один элемент может образовывать несколько таких веществ. Например, кислород входит в состав O₂ и O₃, а углерод — графита и алмаза. Различие между элементом и веществом нужно, чтобы не путать вид атомов с конкретным материалом, который можно изучать по его свойствам.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами. Аллотропные формы имеют атомы одного элемента, но эти атомы соединены или расположены по-разному. Понятие объясняет, почему простые вещества одного элемента могут различаться по цвету, твёрдости и другим признакам.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары в химической связи. Чем сильнее атом притягивает такую пару, тем выше его электроотрицательность. Это понятие помогает сравнивать неметаллы и объяснять, почему электронная плотность в связи смещается к одному из атомов.
Большинство неметаллов расположено в правой верхней части периодической системы, а водород стоит отдельно — в начале таблицы. Граница между металлами и неметаллами условна: некоторые элементы возле неё обладают промежуточными свойствами. Поэтому положение в таблице служит ориентиром, но при оценке свойств нужно учитывать и строение атома. Водород относят к неметаллам не по номеру группы, а по его химическому поведению и свойствам простого вещества.
У атомов неметаллов внешний электронный слой обычно близок к завершению. Чтобы получить устойчивую внешнюю оболочку, атому может быть выгодно принять недостающие электроны. При взаимодействии с другим неметаллом полная передача электронов часто невыгодна, поэтому атомы образуют общие электронные пары. Так особенности внешнего слоя объясняют оба характерных способа поведения неметаллов.
В периоде слева направо заряд ядра увеличивается, а число электронных слоёв остаётся тем же. Ядро сильнее притягивает электроны, поэтому радиус атома обычно уменьшается, а способность притягивать электроны возрастает. В группе сверху вниз добавляются электронные слои, и внешние электроны оказываются дальше от ядра. Их притяжение ослабевает, поэтому неметаллические свойства в целом сильнее у элементов, расположенных выше.
Простые вещества-неметаллы могут иметь молекулярное или атомное строение. В молекулярных веществах частицы-молекулы сравнительно слабо притягиваются друг к другу, поэтому многие из них — газы или летучие вещества с невысокими температурами плавления. В атомных кристаллах атомы связаны в прочную пространственную сеть, что часто делает вещество твёрдым и повышает температуру плавления. Электропроводность тоже определяется строением: например, в графите есть подвижные электроны, а в большинстве неметаллов таких носителей заряда нет.
Аллотропия возникает, когда атомы одного элемента способны образовывать вещества с разным строением. Молекула кислорода O₂ состоит из двух атомов, а молекула озона O₃ — из трёх, поэтому вещества отличаются свойствами. У углерода в алмазе атомы образуют прочную пространственную сеть, а в графите расположены слоями. Различия в строении частиц и их соединении приводят к заметному различию физических свойств аллотропных форм.
| Признак | Характеристика | Примеры или пояснение |
|---|---|---|
| Положение в периодической системе | Большинство находится в правой верхней части; водород — отдельный случай. | Граница с металлами проводится условно. |
| Строение внешнего электронного слоя | Обычно близко к завершению. | Атомам часто недостаёт нескольких электронов до устойчивой оболочки. |
| Характерные изменения неметаллических свойств в периоде и группе | В периоде усиливаются слева направо, в группе — снизу вверх. | Меняются притяжение электронов и радиус атома. |
| Типичные способы образования химической связи | Присоединение электронов или образование общих электронных пар. | Ионная связь часто возникает с металлом, ковалентная — между неметаллами. |
| Тип строения простых веществ | Молекулярное или атомное. | Свойства зависят от того, как устроены частицы и как они связаны. |
| Физические свойства простых веществ | Различаются по агрегатному состоянию, твёрдости и электропроводности. | Графит проводит ток, а большинство неметаллов — плохие проводники. |
| Аллотропные формы | Несколько простых веществ одного элемента. | Кислород O₂ и озон O₃; графит и алмаз. |
Используйте таблицу, чтобы сначала определить положение элемента и особенности его атома, а затем связать их с возможным типом связи. При сравнении простых веществ обращайте внимание не только на элемент, но и на строение частиц. Так можно объяснить, почему вещества одного элемента иногда сильно различаются по свойствам.
Условие. По положению в периодической системе сравните неметаллические свойства фосфора и серы и объясните вывод. Оба элемента находятся в третьем периоде, поэтому для сравнения можно использовать закономерность изменения свойств слева направо. Нужно определить, какой из них расположен правее, и связать положение с устройством атомов.
Ответ. Сера проявляет более сильные неметаллические свойства. Вывод основан на том, что она расположена правее фосфора в одном периоде.
Условие. У атома элемента на внешнем уровне семь электронов. Определите, характерны ли для него свойства неметалла, и укажите, какие изменения электронного строения вероятны при образовании соединений. Семь электронов — почти завершённая внешняя оболочка, однако способ взаимодействия зависит от партнёра атома. Поэтому нужно рассмотреть и присоединение электронов, и образование общей пары.
Ответ. Для такого элемента характерны неметаллические свойства. В соединениях вероятны присоединение электрона либо образование ковалентной связи с общей электронной парой.
Условие. Кислород образует O₂ и O₃, а углерод — графит и алмаз. Объясните, почему это примеры аллотропии и почему вещества различаются по свойствам. Здесь важно не смешивать химический элемент и простое вещество: символ элемента обозначает вид атомов, а формула или название — конкретное вещество. Затем следует сопоставить строение частиц каждой пары.
Ответ. Это аллотропные формы кислорода и углерода, потому что в каждой паре вещества образованы атомами одного элемента. Их свойства различаются из-за разного строения молекул или кристаллических структур.
Путать химический элемент и простое вещество. Элемент — это вид атомов, а простое вещество состоит из атомов этого вида. Путаница возникает потому, что в названиях элемента и вещества часто используют одно слово. Проверьте себя вопросом: речь идёт об атомах или о материале с определёнными свойствами?
Считать, что все неметаллы — газы, а все твёрдые вещества проводят ток. Агрегатное состояние и проводимость зависят от строения конкретного вещества, а не только от того, металл это или неметалл. Ошибка появляется, если судить по знакомым примерам, не учитывая остальные вещества. Проверяйте утверждение на конкретном примере: графит твёрдый и проводит ток, но это не общее правило для неметаллов.
Думать, что один неметаллический элемент образует только одно простое вещество. У некоторых элементов существуют аллотропные формы, поэтому одному элементу могут соответствовать разные простые вещества. Это легко упустить, если запомнить лишь одну формулу элемента. Для проверки спросите, может ли он образовывать вещества с иным строением, как кислород O₂ и озон O₃.
Считать, что атомы неметаллов всегда только принимают электроны. Такое объяснение подходит не для всех соединений: атомы неметаллов также образуют ковалентные связи с общими электронными парами. Ошибка возникает из-за чрезмерного обобщения примеров образования отрицательных ионов. Проверьте, с кем взаимодействует атом: с металлом вероятна передача электронов, а с неметаллом — образование общей пары.
Для этой темы нужны знания о строении атома, электронных оболочках и положении элементов в периодической системе. Также важно различать химический элемент и простое вещество: это помогает понимать формулы и аллотропию. Характеристика неметаллов пригодится при сравнении металлов и неметаллов, определении типа химической связи и объяснении свойств соединений. Эти знания применяются при изучении кислорода, серы, углерода, галогенов и их аллотропных форм.
Почему водород относят к неметаллам, хотя он стоит в первой группе?
Водород стоит в первой группе из-за одного электрона на внешнем уровне, но по свойствам это неметалл. Его атом может образовать ковалентную связь или принять электрон, а простое вещество водород — газ H₂.
Почему неметаллические свойства усиливаются справа налево не так, как металлические?
Неметаллические свойства усиливаются в периоде слева направо, а не справа налево. При этом атомы сильнее притягивают электроны, а их радиус обычно уменьшается; в группе свойства неметаллов усиливаются снизу вверх.
Может ли неметалл проводить электрический ток?
Может, но это зависит от строения конкретного вещества. Например, графит проводит ток благодаря подвижным электронам, а большинство других простых веществ-неметаллов проводит его плохо.
Чем аллотропная форма отличается от химического соединения?
Аллотропные формы состоят из атомов одного химического элемента, но отличаются строением. Химическое соединение образовано атомами разных элементов, например вода — атомами водорода и кислорода.
Почему атомы неметаллов образуют не только отрицательные ионы, но и ковалентные связи?
При взаимодействии с металлом атом неметалла может принять электроны и стать отрицательным ионом. С другими неметаллами ему часто выгоднее образовать общие электронные пары — ковалентную связь, не передавая электроны полностью.
§ 22. Общая характеристика неметаллов
