"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Неметаллы — элементы, атомы которых обычно присоединяют электроны или образуют ковалентные связи. Они находятся главным образом в правой верхней части периодической системы и отличаются высокой электроотрицательностью. Среди простых веществ-неметаллов есть газы, жидкость и твёрдые вещества, проводники и непроводники. Их свойства зависят от строения атомов, вида связи и способности существовать в разных аллотропных формах.
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 электроны или образуют общие электронные пары. Они расположены главным образом в правой верхней части периодической системы, а водород находится отдельно в её верхней части. Это понятие помогает отличать свойства элемента от свойств образованного им простого вещества.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары. В периодах она обычно возрастает слева направо, а в группах уменьшается сверху вниз. По электроотрицательности можно объяснить, какой атом сильнее притягивает электроны в связи.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ. Такие вещества состоят из атомов одного элемента, но могут иметь разное строение. Термин нужен, чтобы объяснить появление разных свойств у простых веществ одного состава по элементу.
Аллотропные видоизменения — простые вещества одного элемента, различающиеся строением и свойствами. Например, кислород O2 и озон O3 являются видоизменениями кислорода. Сравнение таких форм показывает, почему состав по элементам не всегда полностью определяет свойства вещества.
Неметаллы находятся справа в периодической системе, потому что их атомам обычно не хватает небольшого числа электронов до завершения внешнего уровня. Чем правее расположен элемент в периоде, тем сильнее ядро притягивает внешние электроны. Поэтому металлические свойства слева постепенно сменяются неметаллическими, а у границы встречаются элементы с промежуточными свойствами.
При определении положения учитывают не только сторону таблицы, но и пограничную область. К неметаллам относят водород, углерод, азот, кислород, фтор, фосфор, серу, селен, хлор, бром, йод и благородные газы. Кремний, германий, мышьяк и некоторые соседние элементы часто рассматривают как полуметаллы, поэтому простое правило «всё справа — неметаллы» неточно.
На внешнем уровне атомы неметаллов обычно имеют от четырёх до семи электронов, а у благородных газов внешний уровень завершён. Недостающие электроны атом может принять, превратившись в отрицательно заряженный ион. С атомами других неметаллов чаще образуются общие электронные пары, то есть ковалентные связи.
В простых веществах неметаллов частицы могут объединяться в отдельные молекулы, как в O2, N2 или S8. У углерода и кремния атомы связаны в протяжённую атомную кристаллическую решётку. Различие между отдельными молекулами и единой сеткой связей влияет на твёрдость, температуру плавления и электропроводность.
Поэтому среди неметаллов есть газы, например водород, азот и хлор, жидкий бром и твёрдые вещества, такие как сера и углерод. Большинство неметаллов в простом веществе плохо проводит электрический ток, поскольку в их структуре нет свободных носителей заряда. Исключения связаны со строением: графит проводит ток, а кремний обладает полупроводниковыми свойствами.
В реакциях с металлами неметаллы обычно принимают электроны и проявляют окислительные свойства. В реакции между двумя неметаллами восстановителем становится тот, кто слабее притягивает общую электронную пару, например водород в соединении с хлором. Неметаллическая активность в периоде усиливается слева направо, а в группе обычно ослабевает сверху вниз.
Аллотропия возникает, когда атомы одного элемента соединяются в молекулы или кристаллические структуры разного вида. Кислород образует O2 и O3, углерод — алмаз, графит и другие формы, фосфор — белое, красное и чёрное видоизменения. Различия в связях и расположении атомов объясняют неодинаковые цвет, твёрдость, активность и токсичность этих веществ.
| Признак | Характеристика неметаллов | Примеры и исключения |
|---|---|---|
| Положение в периодической системе | Преимущественно правая верхняя часть; водород расположен отдельно | У границы находятся полуметаллы: Si, Ge, As |
| Строение внешнего электронного слоя | Обычно 4–7 электронов, у благородных газов уровень завершён | H имеет один электрон, но является неметаллом |
| Изменение электроотрицательности | В периоде увеличивается, в группе уменьшается сверху вниз | Фтор — самый электроотрицательный элемент |
| Тип химической связи и строение простых веществ | Ковалентная связь; молекулярные или атомные структуры | O2 — молекулярное вещество, алмаз — атомная решётка |
| Агрегатное состояние и физические свойства | Встречаются газы, жидкость и твёрдые вещества; обычно плохие проводники | Графит проводит ток, кремний — полупроводник |
| Окислительно-восстановительные свойства | Чаще окислители, но могут быть восстановителями | H2 — восстановитель в реакции с Cl2 |
| Аллотропия | Один элемент образует несколько простых веществ | O2 и O3, алмаз и графит |
| Характерные соединения | Ковалентные соединения, кислотные оксиды, кислоты | CO2, SO3, HCl; возможны исключения |
Таблицу удобно читать по строкам: сначала назвать признак, затем его общее проявление у неметаллов. Последний столбец напоминает, что правило описывает большинство случаев, но не отменяет исключения.
При решении задания сначала определяют положение элемента и строение его внешнего уровня, а затем связывают эти данные с физическими и химическими свойствами.
Условие: определите, какие из элементов Na, Si, P, Cl, Fe относятся к неметаллам, и укажите их положение в периодической системе. Нужно учитывать не только направление «справа», но и пограничные элементы. Поэтому положение каждого символа сравниваем с границей металлов и неметаллов.
Ответ: неметаллы — P и Cl. P находится в 3-м периоде, 15-й группе, Cl — в 3-м периоде, 17-й группе; Si считают пограничным полуметаллом.
Условие: сравните окислительные свойства фтора, хлора и брома и расположите элементы по усилению окислительной способности. Все три элемента находятся в 17-й группе. Значит, сравниваем их положение сверху вниз и изменение электроотрицательности.
Ответ: по усилению окислительной способности элементы расположены так: Br < Cl < F. Фтор — самый сильный окислитель из этих трёх элементов.
Условие: составьте уравнения реакций хлора с натрием и водородом, определите окислитель и восстановитель. В обеих реакциях хлор принимает электроны и превращается в хлорид-ион. Значит, сначала устанавливаем, какое вещество отдаёт электроны хлору.
Ответ: 2Na + Cl2 → 2NaCl; H2 + Cl2 → 2HCl. Окислитель в обеих реакциях — хлор, восстановители — натрий и водород соответственно.
Считать все элементы правее условной границы неметаллами неточно: рядом находятся полуметаллы. Проверяйте положение элемента и его типичные свойства, особенно для Si, Ge и As.
Нельзя отождествлять элемент и простое вещество. Элемент — это вид атомов, а вещество может иметь разные формы; мысленно различайте слова «атом кислорода» и «молекула O2».
Ошибка — считать все неметаллы газами и непроводниками. Среди них есть твёрдые вещества и исключения по проводимости, поэтому проверяйте агрегатное состояние и строение конкретного вещества.
Неметалл не всегда только принимает электроны. В реакции с более электроотрицательным неметаллом он может быть восстановителем; определяйте это по изменению степеней окисления.
Для понимания темы нужны знания о строении атома, электронных конфигурациях и периодическом законе. По числу электронов на внешнем уровне объясняются химическая активность и вид связи.
Эти сведения пригодятся при изучении простых веществ, химической связи, окислительно-восстановительных реакций и соединений неметаллов. Они помогают предсказывать направление перехода электронов.
Характеристика неметаллов нужна при составлении формул и уравнений реакций. Она также помогает объяснять свойства кислотных оксидов, кислот и солей.
Почему водород относят к неметаллам, хотя он находится в первой группе?
У водорода один электрон на внешнем уровне, но по свойствам он не похож на щелочные металлы. Его атом обычно принимает электрон или образует общую электронную пару, поэтому водород относят к неметаллам.
Почему углерод и кремний считают неметаллами, если их простые вещества могут проводить электрический ток?
Принадлежность элемента к неметаллам определяют прежде всего по строению атома и положению в периодической системе, а не по одному физическому свойству. Графит проводит ток, а кремний является полупроводником из-за особенностей строения их кристаллов.
Чем химический элемент-неметалл отличается от простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Простое вещество состоит только из атомов одного элемента, но его свойства зависят ещё и от строения частиц; например, кислород и озон образованы одним элементом.
Почему кислород и озон имеют разные свойства, если состоят из атомов одного элемента?
Молекула кислорода содержит два атома, а молекула озона — три: O₂ и O₃. Разное строение молекул приводит к различиям в запахе, химической активности и других свойствах.
Может ли неметалл быть восстановителем в химической реакции?
Да. Если неметалл реагирует с ещё более электроотрицательным элементом, он может отдавать электроны и быть восстановителем. Например, в реакции водорода с хлором водород окисляется.
§ 10. Общая характеристика неметаллов
