Неметаллы. Занятие 20

1.

Занятие 20
Неметаллы

2.

Содержание занятия
Модуль 1. Общая характеристика неметаллов
Модуль 2. Классификация неметаллов
Модуль 3. Физические свойства неметаллов
Модуль 4. Химические свойства неметаллов
Модуль 5. Получение и применение неметаллов

3.

Модуль 1. Общая характеристика неметаллов
Неметаллы - химические элементы,
для атомов которых характерна
способность принимать электроны до
завершения внешнего слоя благодаря
наличию, как правило, на внешнем
электронном слое четырех и более
электронов и малому радиусу атомов
по сравнению с атомами металлов.
Открытие неметаллов произошло
сравнительно недавно. В настоящее
время открыто 22 (23) неметаллических
элемента.
Энергетические уровни атомов неметаллов заполнены электронами больше чем на 50%
(исключение – бор), и у элементов, расположенных в таблице справа налево количество
электронов на внешнем уровне увеличивается. Поэтому в химических реакциях эта
группа веществ может быть как акцептором электронов с окислительными
свойствами, так и донором электронов с восстановительными свойствами.
Вещества,
образующие
диагональ
бор-кремний-германий-мышьяк-теллур
металлоиды, являются уникальными, и в зависимости от реакции и реагента могут
проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. В химических
реакциях они проявляют преимущественно восстановительные свойства.

4.

Распространение в природе
• Два элемента-неметалла составляют 76% от массы земной коры.
Это кислород (49%) и кремний (26 %).
В атмосфере содержится 0,03% от массы кислорода в земной
коре.
• Неметаллы составляют 98,5% от массы растений, 97,6% от массы
тела человека. Шесть неметаллов — С, Н, О, N, Р и S —
биогенные элементы, образующие важнейшие органические
вещества живой клетки: белки, липиды, углеводы, нуклеиновые
кислоты.
• В состав воздуха входят простые и сложные вещества, также
образованные элементами-неметаллами (кислород O2, азот N2,
углекислый газ СO2, водяные пары Н2O и др.).
• Водород — главный элемент Вселенной. Многие космические
объекты (газовые облака, звезды, в том числе и Солнце) более
чем наполовину состоят из водорода. На Земле его, включая
атмосферу, гидросферу и литосферу, только 0,88% . Но это по
массе, а атомная масса водорода очень мала. Поэтому
небольшое содержание его только кажущееся, и из каждых 100
атомов на Земле 17 — атомы водорода.
• Инертные, или благородные, газы («благородство» выражается в
инертности) достаточно часто относят к неметаллам, но лишь
чисто формально, по физическим признакам. Эти вещества
сохраняют газообразное состояние вплоть до очень низких
температур. Так, гелий Не переходит в жидкое состояние при
температуре -268,9 °С. Инертность в химическом отношении у
этих элементов относительна.

5.

Модуль 2. Классификация неметаллов
• Пниктогены (пниктиды) —
элементы пятой
группы: N, P, As, Sb, B, Mc.
• Халькогены — элементы
шестой группы:
O, S, Se, Te, Po, Lv.
• Галогены (галоиды) —
элементы седьмой
группы: F, Cl, Br, I, At, Ts.
• Инертные
газы (благородные газы) —
элементы восьмой
группы: He, Ne, Ar, Kr, Xe,
Rn, Og.

6.

Модуль 3. Физические свойства неметаллов
Физические свойства зависят от строения. Неметаллы могут иметь:
1. Молекулярное строение. При обычных условиях большинство таких
веществ представляют собой газы (Н2, N2, O2, F2, С12, O3) или твердые
вещества (I2, Р4, S8) и лишь единственный — бром (Вr2) является
жидкостью. Все вещества молекулярного строения летучи. В твердом
состоянии они легкоплавки из-за слабого межмолекулярного
взаимодействия, удерживающего их молекулы в кристалле, и способны к
возгонке.
2. Атомное строение. Эти вещества образованы длинными цепями
атомов (Сn, Вn, Sin, Sen, Теn). Из-за большой прочности ковалентных связей
они, как правило, имеют высокую твердость, и любые изменения,
связанные с разрушением ковалентной связи в их кристаллах (плавление,
испарение), совершаются с большой затратой энергии, поэтому многие
такие вещества имеют высокие температуры плавления и кипения, а
летучесть их весьма мала.
У простых веществ-неметаллов гамма цветов значительно разнообразнее
чем у металлов.
Все неметаллы молекулярного строения, а также типичные ковалентные
кристаллы — диэлектрики, так как все внешние электроны их атомов
использованы для образования химических связей. Кристаллы
непластичны, и любая деформация вызывает разрушение ковалентных
связей. Большинство неметаллов не имеют металлического блеска.
3. Аллотрропия - образование несколько простых веществ —
аллотропных модификаций. Аллотропия может быть связана и с разным
составом молекул (O2, O3), и с разным строением кристаллов: графит,
алмаз, карбин, фуллерен

7.

Модуль 4. Химические свойства неметаллов
Неметаллы отличаются по своим химическим
свойствам, однако обладают и рядом общих
свойств. Так, элементы-неметаллы, кроме
фтора, могут проявлять как окислительные,
так и восстановительные свойства. Атомы
самого электроотрицательного элемента —
фтора — не способны отдавать электроны,
поэтому он всегда проявляет только
окислительные свойства. Фтор всегда
окислитель.
Наиболее сильными окислителями являются
фтор, кислород и хлор; преимущественно
восстановительные свойства проявляют
водород, бор, углерод, кремний, фосфор,
мышьяк и теллур. Окислительные и
восстановительные свойства примерно в
одинаковой мере проявляют азот, сера, иод.
В ряду F-O-N-CL-Br-I-S-C-Se-P-As-Si-H
окислительные свойства уменьшаются.
Восстановительные свойства кислород может
проявлять только в отношении фтора.
Окислительные свойства элементов
увеличиваются прямопропорционально
величине электроотрицательности.

8.

Реакции с металлами. В этом типе реакций
проявляются окислительные свойства
и неметаллы принимают электроны
с образованием отрицательно заряженных
частиц.
Са + Сl2 = СаСl2
Са + O2 = СаO2
Na + Сl2 = Na+Сl2
При взаимодействии двух неметаллов, один
из них будет проявлять окислительные
свойства, а другой восстановительные
Реакции с водородом Практически все
неметаллы реагируют с водородом. Лишь
благородные газы составляют исключение для
реакций данного типа. Продуктом реакции
являются летучие водородные соединения:
Cl2 + H2 = 2HCl
С + 2Н2 = СН4
Реакции с кислородом. Неметаллы образуют
кислотные или несолеобразующие оксиды.
S + O2 = SO2
P + 5O2 = 2P2O5
Взаимодействие с водой и кислотами для
неметаллов не характерно.

9.

Взаимодействие с щелочами
из неметаллов с щелочами взаимодействуют только Si, S, P,
галогены. При этом часто в результате окислительновосстановительной реакции диспропорционирования
образуются две соли
Благородные газы долгое время считались химически
инертными, ведь их внешний электронный уровень полностью
забит электронами. Но оказалось, что они тоже могут при
определённых условиях взаимодействовать с фтором,
кислородом и проявлять восстановительные химические
свойства. Например, при дневном свете, нагревании под
давлением с добавлением катализатора, или при воздействии
электрического разряда и ультрафиолетового облучения. В
таких условиях ксенон очень неохотно может поделиться
электронами с фтором. В результате образуются фториды
ксенона: XeF₂, XeF₄, XeF₆. А чтобы получить фторид криптона
(KrF₂) может потребоваться не только электрический ток, но и
продолжительное радиоактивное излучение вместе с
охлаждением. Xe + F₂ = XeF₂ (реакция происходит при дневном
свете).

10.

Модуль 5. Получение и применение неметаллов
Неметаллы встречаются в
природе преимущественно
в виде соединений. В
свободном состоянии в
состав воздуха входят азот,
кислород, благородные
газы, в верхних слоях
атмосферы в очень
небольшом количестве
содержится озон. В природе
в свободном состоянии
встречаются также углерод и
сера.
Не существует единого
способа получения
неметаллов.
Промышленное
производство отличается от
лабоаторного, направлено
на получение больших
количеств максимально
дешёвого продукта.