"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Неметаллы — элементы, атомы которых обычно принимают электроны или образуют общие электронные пары. Их свойства зависят от строения атома, поэтому меняются в периодах и группах. Простые вещества неметаллов могут быть газами, жидкостями и твёрдыми телами, а один элемент иногда образует несколько разных веществ. Понимание их строения помогает объяснять химические реакции, составлять формулы и определять, кто отдаёт или принимает электроны.
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 ковалентные связи, то есть общие электронные пары. В периодической системе они находятся преимущественно в правой верхней части, а водород — в начале первого периода. Положение элемента помогает заранее оценить его свойства и поведение в реакциях.
Простое вещество-неметалл — вещество, образованное атомами одного неметаллического элемента. Например, кислород O₂ состоит из атомов элемента кислорода, а сера S₈ — из атомов серы. Различие понятий нужно, чтобы не путать вид атомов с веществом, которое эти атомы образуют.
Аллотропия — существование одного химического элемента в виде нескольких простых веществ, различающихся строением и свойствами. Кислород и озон состоят из атомов кислорода, но имеют разные молекулы и свойства. Это понятие объясняет, почему одному элементу могут соответствовать несколько простых веществ.
Окислитель принимает электроны, а восстановитель отдаёт их. Например, при реакции металла с кислородом кислород обычно принимает электроны и является окислителем. В другой реакции неметалл может отдать электроны, поэтому эти названия описывают роль участника именно в конкретном процессе.
У атомов неметаллов на внешнем электронном слое обычно много электронов, но до заполнения слоя не хватает нескольких. Поэтому атому часто выгоднее принять недостающие электроны или поделиться ими с другим атомом, образовав общую электронную пару. Так объясняются образование отрицательных ионов в некоторых соединениях и появление молекул с ковалентными связями.
Изменение неметаллических свойств связано с тем, насколько сильно атом притягивает электроны. Слева направо в периоде заряд ядра растёт, а число электронных слоёв остаётся тем же, поэтому притяжение внешних электронов и присоединяемых электронов обычно усиливается. В группе сверху вниз становится больше электронных слоёв, внешние электроны дальше от ядра и сильнее экранируются внутренними, поэтому неметаллические свойства обычно ослабевают.
Простые вещества неметаллов различаются агрегатным состоянием и строением. Небольшие молекулы, например O₂ и Cl₂, при обычных условиях являются газами, Br₂ — жидкостью, а S₈ и P₄ — твёрдыми веществами. У углерода атомы могут быть связаны в протяжённые структуры, поэтому свойства таких веществ не похожи на свойства отдельных небольших молекул.
Аллотропные формы возникают, когда атомы одного элемента соединяются или располагаются по-разному. В кислороде O₂ и озоне O₃ различается число атомов в молекуле; у алмаза и графита атомы углерода образуют разные структуры. Поэтому алмаз твёрдый, а графит легко расслаивается и проводит электрический ток; белый и красный фосфор также отличаются строением и свойствами.
В реакциях с металлами и водородом атомы неметаллов часто принимают электроны, поэтому неметаллы выступают окислителями. Но если партнёр по реакции сильнее притягивает электроны, неметалл способен отдать их и стать восстановителем. Значит, роль зависит не только от элемента, но и от второго участника реакции; её определяют по изменению степеней окисления или передаче электронов.
| Элемент | Формула простого вещества | Агрегатное состояние при обычных условиях | Особенность строения или свойств | Пример химического поведения |
|---|---|---|---|---|
| Кислород | O₂ | Газ | Двухатомные молекулы; поддерживает горение | Реагирует с магнием с образованием оксида |
| Сера | S₈ | Твёрдое вещество | Жёлтые молекулярные кристаллы | Горит в кислороде с образованием SO₂ |
| Углерод | C | Твёрдое вещество | Алмаз и графит имеют разные структуры | При горении образует CO₂ |
| Фосфор | P₄ | Твёрдое вещество | Известны белая и красная аллотропные формы | Горит в кислороде с образованием оксида фосфора(V) |
| Хлор | Cl₂ | Газ | Жёлто-зелёные двухатомные молекулы | Реагирует с натрием с образованием NaCl |
Сначала сравнивайте формулу и агрегатное состояние: они показывают, из каких частиц состоит вещество и как оно выглядит при обычных условиях. Затем сопоставляйте строение с особенностями свойств. Последний столбец напоминает, как простое вещество может вступать в реакцию.
Условие. Составьте формулу оксида серы, в котором сера имеет степень окисления +4. В оксидах кислород обычно имеет степень окисления −2. Сумма степеней окисления в нейтральном веществе должна быть равна нулю.
Обозначим число атомов серы и кислорода в формуле. Для одного атома серы вклад равен +4, для одного атома кислорода — −2.
Подбираем наименьшее целое число атомов кислорода, при котором сумма станет нулевой: +4 + 2 · (−2) = 0. Значит, на один атом серы приходятся два атома кислорода.
Записываем формулу SO₂ и проверяем: +4 + 2 · (−2) = 0. Формула электронейтральна и соответствует указанной степени окисления серы.
Ответ: SO₂.
Условие. Запишите и уравняйте реакцию магния с кислородом, определите окислитель и восстановитель. Продукт реакции металла с кислородом — оксид магния MgO. По индексам O₂ и MgO можно понять, что перед подбором коэффициентов нужно уравнять число атомов кислорода.
Записываем схему: Mg + O₂ → MgO. В молекуле кислорода два атома O, поэтому ставим коэффициент 2 перед MgO.
Справа теперь два атома Mg, значит, ставим коэффициент 2 перед магнием: 2Mg + O₂ → 2MgO. Число атомов каждого элемента слева и справа совпадает.
Магний меняет степень окисления с 0 до +2 и отдаёт электроны, поэтому он восстановитель. Кислород меняет степень окисления с 0 до −2 и принимает электроны, поэтому он окислитель.
Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO; окислитель — O₂, восстановитель — Mg.
Условие. Запишите уравнения превращений S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ и уравняйте их. По цепочке видно, что на каждой стадии продукт предыдущей реакции становится исходным веществом следующей. Подбираем реагенты по типичным превращениям: сера окисляется кислородом, SO₂ — кислородом, а SO₃ соединяется с водой.
Сера реагирует с кислородом с образованием диоксида серы: S + O₂ → SO₂. Число атомов каждого элемента уже одинаково слева и справа.
Диоксид серы окисляется кислородом до триоксида серы: 2SO₂ + O₂ → 2SO₃. Коэффициент 2 перед SO₂ и SO₃ уравнивает серу, а молекула O₂ доводит число атомов кислорода до шести с каждой стороны.
Триоксид серы соединяется с водой: SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Проверяем состав: по одному атому серы, два водорода и четыре кислорода с обеих сторон.
Ответ: S + O₂ → SO₂; 2SO₂ + O₂ → 2SO₃; SO₃ + H₂O → H₂SO₄.
Смешивать химический элемент и простое вещество. Элемент обозначает вид атомов, а простое вещество состоит из таких атомов. Их путают, потому что в обоих случаях говорят, например, «кислород». Проверьте себя: если речь о частицах-атомах, это элемент; если о газе O₂ — простое вещество.
Считать символ элемента формулой простого вещества. У ряда неметаллов частицы простого вещества — молекулы из двух или нескольких атомов, например O₂, Cl₂ или S₈. Ошибка возникает, когда символ элемента автоматически принимают за формулу вещества. Сверьте запись с составом частиц: символ O означает атомы элемента, а O₂ — молекулу кислорода.
Думать, что неметалл всегда принимает электроны. В зависимости от партнёра неметалл может отдавать электроны, как сера при взаимодействии с кислородом. Обычно ошибку вызывает запоминание одного типичного случая вместо анализа реакции. Определите степени окисления до и после: повышение означает отдачу электронов, понижение — их принятие.
Считать аллотропные формы разными элементами. Алмаз и графит — разные простые вещества углерода, а не разные химические элементы. Их свойства заметно различаются, поэтому легко решить, что различается и состав атомов. Проверьте, из атомов какого элемента построены обе формы: если из одного и того же, это аллотропия.
Для понимания неметаллов нужны знания о строении атома, электронных оболочках и периодической системе: они объясняют, как атомы взаимодействуют с электронами. Составлять формулы и уравнивать реакции помогают навыки работы с валентностью и степенями окисления. Эти знания пригодятся при изучении кислотных оксидов, кислот, окислительно-восстановительных процессов и соединений серы, азота и галогенов.
Почему кислород и озон — разные вещества, если оба состоят из атомов кислорода?
В молекуле кислорода O₂ соединены два атома, а в молекуле озона O₃ — три. Различие в строении молекул приводит к разным свойствам, поэтому это разные простые вещества одного элемента. Такое явление называется аллотропией.
Почему неметаллы часто существуют в виде молекул?
Атомам неметаллов часто выгодно заполнить внешний электронный слой, образовав общие электронные пары с другими атомами. Такие пары удерживают атомы вместе и образуют молекулы, например O₂, N₂ или S₈. Однако некоторые неметаллы, например углерод, могут образовывать протяжённые структуры.
Может ли неметалл быть восстановителем?
Да. Если неметалл реагирует с веществом, которое сильнее притягивает электроны, его атомы могут отдавать электроны и повышать степень окисления. Тогда неметалл выступает восстановителем.
Как по периодической системе определить, насколько выражены неметаллические свойства элемента?
В периоде неметаллические свойства обычно усиливаются слева направо, а в группе — снизу вверх. Это связано с тем, что атомы сильнее притягивают электроны при меньшем числе электронных слоёв и большем эффективном притяжении ядра. Поэтому наиболее выражены неметаллические свойства у элементов в верхней правой части таблицы, если не учитывать благородные газы.
Чем формула химического элемента отличается от формулы простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов, а простое вещество состоит только из атомов этого элемента. Символ O обозначает элемент кислород, а формула O₂ — молекулу простого вещества кислорода. У некоторых неметаллов формула простого вещества содержит больше двух атомов, например S₈.
8. Химия неметаллов
