"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Неметаллы — элементы, атомы которых обычно стремятся принять электроны или образовать общие электронные пары с другими атомами. Большинство из них расположено в верхней правой части периодической системы, но водород занимает особое место. Положение элемента помогает предсказать его электронное строение и свойства: в периоде неметаллический характер усиливается слева направо, а в группе сверху вниз ослабевает. Неметаллы встречаются и в свободном виде, и в составе природных соединений; некоторые образуют аллотропные формы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Элементы-неметаллы — химические элементы, атомы которых обычно принимают электроны или образуют ковалентные связи. Ковалентная связь возникает, когда атомы используют общую электронную пару. Это определение помогает отличать элементы по поведению их атомов, а не только по внешнему виду простого вещества.
Неметаллические свойства — способность атомов притягивать электроны и образовывать простые вещества, не обладающие типичными металлическими свойствами. К таким признакам относят отсутствие металлического блеска и способность многих неметаллов быть газами или хрупкими твёрдыми веществами. Понятие нужно, чтобы сравнивать элементы и предсказывать направление изменения их свойств в таблице.
Электроотрицательность — способность атома притягивать к себе общие электронные пары в химической связи. Чем она выше, тем сильнее атом смещает общую пару к себе. Это понятие объясняет, почему в соединении электроны распределены не всегда поровну.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами. Например, кислород образует O₂ и озон O₃, а углерод — алмаз и графит. Термин нужен, чтобы не путать химический элемент с конкретным простым веществом.
Большинство неметаллов находится в верхней правой части периодической системы. Условную границу между металлами и неметаллами обычно проводят ступенчатой линией от бора к астату: металлы расположены преимущественно слева и ниже, неметаллы — справа и выше. Водород стоит в первой группе из-за одного электрона, но по свойствам относится к неметаллам, поэтому его положение особое.
Положение элемента связано с устройством его атома. У неметаллов на внешнем энергетическом уровне обычно много электронов, и до заполнения уровня не хватает небольшого числа. Поэтому атому выгодно принять электроны или поделиться ими с другими атомами, образовав общие пары. Именно такое поведение проявляется в химических реакциях и связях.
В периоде слева направо неметаллические свойства усиливаются. Заряд ядра при этом возрастает, а число электронных слоёв остаётся прежним, поэтому ядро сильнее притягивает электроны. Атомам правой части периода становится легче принимать электроны или притягивать общую электронную пару. Например, среди Si, P, S и Cl свойства усиливаются в порядке Si, P, S, Cl.
В главной подгруппе сверху вниз неметаллические свойства ослабевают. В каждом следующем периоде появляется новый электронный слой, увеличивается радиус атома и внешние электроны оказываются дальше от ядра. Притяжение общих электронных пар становится слабее, поэтому способность атома проявлять неметаллический характер уменьшается.
Неметаллы образуют соединения с разными степенями окисления, потому что могут как принимать электроны, так и участвовать в образовании общих электронных пар. Степень окисления показывает условный заряд атома в соединении; её значение зависит от партнёров по связи и состава вещества. Простые вещества неметаллов бывают молекулярными, например O₂ и S₈, или атомными, как алмаз и кремний. Разное строение частиц и кристаллических решёток приводит к разным свойствам, а несколько простых веществ одного элемента называют аллотропными формами.
В природе неметаллы встречаются и свободными, и в составе соединений. Кислород и азот входят в состав воздуха, вода содержит кислород и водород, а углерод обнаруживается в живых организмах, горных породах и минералах. Сера может встречаться самородной, но также входит в минералы; многие неметаллы связаны в составе природных веществ. Аллотропные формы показывают, что один элемент способен существовать в природе в разных видах простых веществ.
| Признак | Характеристика неметаллов | Примеры и уточнения |
|---|---|---|
| Положение в периодической системе | Преимущественно верхняя правая часть; водород занимает особое положение. | Граница с металлами условно проходит ступенчато. |
| Число электронов на внешнем уровне | Обычно внешняя оболочка заполнена не полностью, электронов на ней много. | Атом может принять недостающие электроны или образовать общие пары. |
| Изменение неметаллических свойств в периоде | Слева направо свойства усиливаются. | Si → P → S → Cl. |
| Изменение неметаллических свойств в группе | Сверху вниз свойства ослабевают. | Радиус атома увеличивается. |
| Типичные степени окисления | Могут быть отрицательными и положительными; зависят от состава соединения. | Например, кислород обычно −2, но в простом веществе степень окисления равна 0. |
| Виды простых веществ и аллотропия | Вещества могут иметь молекулярное или атомное строение. | O₂ и O₃; алмаз и графит. |
| Нахождение в природе | Встречаются свободными и в составе природных соединений. | Воздух, вода, минералы, горные породы, живые организмы. |
Сначала найдите в таблице нужный признак, затем сопоставьте его с примером. Сравнивая элементы одного периода или группы, учитывайте, что направления изменения свойств разные. Отдельно проверяйте, идёт ли речь об элементе или о простом веществе этого элемента.
Ответ: неметаллы — C, O, Cl и Ar; Na и Mg — металлы. Положение определяется по клетке элемента, а не по виду его простого вещества.
Ответ: Si < P < S < Cl. Знак показывает усиление неметаллических свойств, а не увеличение числа электронных слоёв.
Ответ: все четыре элемента встречаются в природе и свободными, и в соединениях, но распространённость этих форм различна. При сравнении важно учитывать и простые вещества, и природные соединения.
Ошибка — считать неметаллами только элементы у самого правого края таблицы. Так можно пропустить углерод, азот и кислород, которые расположены левее благородных газов, но также являются неметаллами. Ошибка возникает, если ориентироваться на край таблицы, а не на условную границу областей. Проверьте положение каждого элемента относительно ступенчатой линии.
Ошибка — смешивать химический элемент и простое вещество. Элемент обозначает вид атомов, а простое вещество состоит только из атомов этого элемента; у одного элемента могут быть разные простые вещества. Это различие легко упустить, если название элемента используют и для вещества. Проверка: спросите себя, говорится ли о химическом элементе в соединении или о самостоятельном веществе.
Ошибка — утверждать, что в группе сверху вниз неметаллические свойства усиливаются. Наоборот, они ослабевают: растёт радиус атома, а притяжение внешних электронов становится слабее. Путаница появляется из-за смешения направления изменения свойств в периоде и в группе. Для проверки сначала назовите направление движения, затем вспомните правило для этого направления.
Ошибка — полагать, что все неметаллы встречаются только в соединениях. В свободном виде существуют, например, кислород и азот воздуха, самородная сера, углерод и благородные газы. Обычно так думают, учитывая лишь активность многих неметаллов. Проверяйте вывод на знакомых природных примерах и помните, что встречаются обе формы.
Для изучения темы нужны знания о строении атома, электронных оболочках, периодическом законе, группах и периодах таблицы. Положение элемента помогает объяснять химические связи, степени окисления и свойства простых веществ. Эти закономерности пригодятся при изучении водорода, кислорода, галогенов, серы, азота, фосфора, углерода и их соединений. Так периодическая система становится инструментом для прогнозирования свойств, а не просто таблицей для поиска символов.
Почему водород считают неметаллом, хотя он находится в первой группе?
Водород помещён в первую группу, потому что у его атома один электрон, как у щелочных металлов. Но по свойствам он неметалл: обычно образует молекулу H₂ и ковалентные связи, а не металлическое простое вещество.
Где проходит граница между металлами и неметаллами в периодической системе?
Условную границу показывают ступенчатой линией, идущей примерно от бора к астату. Металлы в основном находятся слева и ниже неё, неметаллы — справа и выше. Элементы у границы могут обладать промежуточными свойствами.
Почему неметаллические свойства усиливаются слева направо в периоде?
Слева направо в одном периоде заряд ядра растёт, а число электронных слоёв не меняется. Ядро сильнее притягивает внешние электроны, поэтому атомам легче принимать электроны или притягивать общую электронную пару.
Почему один и тот же элемент может образовывать несколько простых веществ?
Атомы одного элемента могут по-разному соединяться друг с другом и образовывать разные структуры. Такие формы называются аллотропными и отличаются свойствами: например, кислород образует O₂ и озон O₃, а углерод — алмаз и графит.
Какие неметаллы встречаются в природе в свободном виде?
В воздухе свободными веществами встречаются азот N₂ и кислород O₂, а также благородные газы. В природе находят самородную серу и углерод в виде алмаза или графита. Многие другие неметаллы чаще входят в состав соединений.
§ 12. Элементы-неметаллы в периодической системе Д.И. Менделеева и в природе
