"Химия", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.
Неметаллы — химические элементы, атомы которых образуют простые вещества с неметаллическими свойствами. Эти вещества могут состоять из молекул разного состава или иметь немолекулярное строение, поэтому среди них есть газы, жидкость и твёрдые тела. Один элемент иногда образует несколько простых веществ: например, кислород — кислород и озон, а углерод — алмаз и графит. Это явление называют аллотропией; оно помогает объяснить, почему вещества из атомов одного элемента могут заметно различаться.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Простое вещество — вещество, образованное атомами одного химического элемента. Оно отличается от самого химического элемента: элемент — это вид атомов, а простое вещество — форма существования этих атомов. Различие нужно, чтобы не путать, например, элемент кислород с конкретными веществами O₂ и O₃.
Неметаллы — химические элементы, образующие простые вещества с характерными неметаллическими свойствами. Название относится к элементам, а свойства проявляются у образованных ими веществ. Это понятие помогает объединить элементы, простые вещества которых отличаются от металлов по строению и поведению.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами. Она показывает, что одного состава из атомов элемента недостаточно, чтобы вещество обязательно имело определённые свойства. Понятие пригодится при сравнении, например, кислорода и озона.
Аллотропные модификации — разные простые вещества, образованные атомами одного элемента. Кислород O₂ и озон O₃ — модификации элемента кислорода, а алмаз и графит — углерода. Это название позволяет говорить о разных формах одного элемента, не смешивая их в одно вещество.
Большинство неметаллов находится в правой верхней части периодической таблицы, потому что именно там расположены элементы, которым обычно не хватает небольшого числа электронов до заполнения внешнего уровня. Водород стоит отдельно по положению: у него один электрон и свойства, не сводимые к общему расположению неметаллов. Положение элемента в таблице помогает предварительно судить о строении его атома и возможных свойствах простого вещества. Поэтому водород рассматривают как особый случай, а не как основание менять общее правило.
У атомов неметаллов обычно много электронов на внешнем энергетическом уровне. Чтобы сделать этот уровень более устойчивым, атом может присоединить электроны или обобществить их с другими атомами, то есть использовать общие электронные пары. Отсюда возникают связи между атомами и разнообразные молекулы или структуры. Именно стремление атомов к завершённому внешнему уровню объясняет характерные способы взаимодействия неметаллов.
Число атомов в молекуле неметалла не всегда одинаково. Молекулы кислорода и азота двухатомны — O₂ и N₂, тогда как молекула озона содержит три атома, а молекула серы может содержать восемь атомов и записывается S₈. Такое различие связано с тем, сколько атомов соединяется в устойчивую частицу. Число справа внизу формулы показывает количество атомов данного элемента в одной молекуле.
Простые вещества-неметаллы имеют молекулярное или немолекулярное строение. В молекулярных веществах есть отдельные молекулы, а в немолекулярных атомы образуют общую структуру без отдельных молекул; поэтому свойства веществ неодинаковы. Например, при комнатной температуре есть газообразные кислород и азот, твёрдые сера и фосфор, а также жидкий бром. Агрегатное состояние и такие свойства, как твёрдость или электропроводность, зависят от строения вещества.
Аллотропия появляется, если атомы одного элемента образуют молекулы разного состава или по-разному соединяются в общей структуре. Поэтому аллотропные модификации отличаются не химическим элементом, из которого состоят, а устройством частиц. У кислорода O₂ и озона O₃ различается число атомов в молекуле, а у алмаза и графита — строение углеродной структуры. Различия в устройстве частиц приводят к неодинаковым физическим свойствам.
| Вещество | Формула | Число атомов в молекуле или тип строения | Агрегатное состояние при комнатной температуре | Характерная особенность |
|---|---|---|---|---|
| Кислород | O₂ | 2 атома в молекуле | Газ | Аллотропная модификация кислорода |
| Озон | O₃ | 3 атома в молекуле | Газ | Отличается от O₂ составом молекулы и свойствами |
| Азот | N₂ | 2 атома в молекуле | Газ | Молекулярное строение |
| Сера | S₈ | 8 атомов в молекуле | Твёрдое вещество | Молекулярное строение |
| Белый фосфор | P₄ | 4 атома в молекуле | Твёрдое вещество | Молекулярное строение |
| Красный фосфор | P | Немолекулярное строение | Твёрдое вещество | Аллотропная модификация фосфора |
| Углерод: алмаз и графит | C | Немолекулярное строение | Твёрдые вещества | Аллотропные модификации с разными свойствами |
Сначала найдите формулу и определите, сколько атомов содержится в молекуле, либо отметьте немолекулярное строение. Затем сравните агрегатные состояния и характерные особенности. Таблица помогает увидеть, что один лишь тип элемента не определяет ни состав молекулы, ни свойства простого вещества.
Условие. Укажите, где названы химический элемент, а где простое вещество: кислород, атом кислорода, озон. Чтобы ответить, надо определить, говорится ли о виде атомов или о веществе из этих атомов. Слово «атом» обозначает отдельную частицу, а название вещества — совокупность частиц с определённым составом.
Ответ. Атом кислорода — отдельный атом; озон — простое вещество. Название «кислород» может относиться к элементу или к простому веществу O₂, поэтому для точности указывают контекст или формулу.
Условие. Запишите формулы молекул кислорода и азота, если они двухатомны, озона — если он состоит из трёх атомов, и серы — если её молекула содержит восемь атомов. Важно записать число атомов нижним индексом после символа элемента. Коэффициент перед формулой здесь не нужен, потому что требуется состав одной молекулы.
Ответ. Кислород — O₂, озон — O₃, азот — N₂, сера — S₈. Индекс показывает число атомов в одной молекуле. Например, 2O₂ означало бы две молекулы кислорода, а не молекулу из двух атомов.
Условие. Объясните, почему алмаз и графит считают простыми веществами одного химического элемента, хотя они различаются по твёрдости и электропроводности. Нужно отдельно проверить состав и строение: состав показывает, какие атомы входят в вещество, а строение — как они соединены и расположены. Эти признаки нельзя подменять друг другом.
Ответ. Алмаз и графит состоят из атомов одного элемента — углерода, но имеют разное строение и свойства. Это аллотропные модификации углерода, а их различия являются примером аллотропии.
Считать химический элемент и простое вещество одним и тем же — ошибка: элемент обозначает вид атомов, а вещество состоит из них. Так путают, потому что часто используют одно название и для элемента, и для его простой формы; проверяйте себя вопросом: речь о виде атомов или о конкретном составе частиц?
Называть кислород и озон одним веществом неверно: оба состоят из атомов кислорода, но имеют формулы O₂ и O₃. Их объединяет элемент, а различает состав молекул и свойства. Проверка простая: сравните индексы в формулах и число атомов в молекулах.
Коэффициент перед формулой не следует путать с индексом. Оба числа связаны с количеством, поэтому их легко смешать: индекс показывает атомы в одной молекуле, а коэффициент — число молекул. Проверьте, стоит ли число перед формулой или справа внизу у символа элемента.
Неверно считать, что все неметаллы — газы. Такое мнение возникает, если вспоминать только кислород и азот, но среди неметаллов есть твёрдые сера, фосфор и углерод, а также жидкий бром. Проверяйте утверждение по агрегатному состоянию конкретного вещества при комнатной температуре.
Для этой темы нужны представления об атоме, химическом элементе и простом веществе, а также умение читать формулы. Периодическая таблица помогает определить положение элемента и связать его с особенностями строения атома. Далее эти знания пригодятся при изучении химической связи, строения веществ и реакций неметаллов с металлами и кислородом. Аллотропия объясняет, почему кислород и озон, алмаз и графит имеют разные свойства, хотя состоят из атомов одного элемента.
Чем химический элемент отличается от простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Простое вещество образовано атомами только одного элемента. Например, кислород — элемент, а кислород O₂ и озон O₃ — два простых вещества этого элемента.
Почему кислород и озон — разные вещества, если состоят из атомов одного элемента?
Молекула кислорода содержит два атома кислорода, а молекула озона — три. Разный состав молекул приводит к разным свойствам, поэтому O₂ и O₃ считают отдельными простыми веществами.
Все ли неметаллы являются газами?
Нет. При комнатной температуре многие неметаллы — газы, но сера, фосфор и углерод являются твёрдыми веществами. Бром — неметалл в жидком состоянии.
Что называют аллотропией?
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ. Такие вещества различаются строением, а поэтому могут иметь разные свойства.
Почему алмаз и графит имеют разные свойства, хотя оба состоят из углерода?
В обоих веществах есть только атомы углерода, но они соединены и расположены по-разному. Из-за этого алмаз очень твёрдый, а графит мягкий и проводит электрический ток.
§ 15. Простые вещества — неметаллы
