Что такое неметаллы в химии определение
Неметаллы
Общая характеристика неметаллов
Неметаллы в периодической системе расположены справа от диагонали «бор – астат». Это элементы главных подгрупп III, IV, V, VI, VII, VIII групп. К неметаллам относятся: бор, углерод, кремний, азот, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур, водород, фтор, хлор, бром, йод, астат, а также благородные газы: гелий, неон, криптон, ксенон, радон.
Среди неметаллов два элемента – водород и гелий – относятся к s-семейству, все остальные принадлежат к р-семейству.
На внешнем электронном слое у атомов неметаллов находится различное число электронов: у атома водорода – один электрон (1s 1 ), у атомов гелия – два электрона (1s 2 ), у атома бора – три электрона (2s 2 2p 1 ). Однако атомы большинства неметаллов, в отличие от атомов металлов, на внешнем электронном слое имеют большое число электронов – от 4 до 8; их электронные конфигурации изменяются от ns 2 np 2 у атомов элементов главной подгруппы IV группы до ns 2 np 6 у атомов инертных газов.
Физические свойства
Элементы – неметаллы образуют простые вещества, которые при обычных условиях существуют в разных агрегатных состояниях:
Газы: гелий, неон, криптон, ксенон, радон, водород, кислород, азот, фтор, хлор.
Жидкость: бром
Твердые вещества: йод, углерод, кремний, фосфор, и др.
7 элементов-неметаллов образуют простые вещества, существующие в виде двухатомных молекул Э2 (H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, I2).
Бром
Кристаллические решетки металлов и твердых веществ-неметаллов отличаются между собой. Атомы металлов образуют плотно упакованную кристаллическую структуру, в которой между атомами существуют ковалентные связи. В кристаллической решетке неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим твердые вещества-неметаллы в отличие от металлов плохо проводят тепло и электрический ток, не обладают пластичностью.
Химические свойства
Неметаллы как окислители
В этой реакции сера – окислитель, а фосфор – восстановитель, так как ЭО фосфора меньше ЭО серы.
На разной окислительной активности основана способность одних неметаллов вытеснять другие из растворов их солей. Например, бром, как более сильный окислитель, вытесняет йод в свободном виде из раствора йодида калия:
Неметаллы как восстановители
Стоит отметить, что неметаллы (кроме фтора) могут проявлять и восстановительные свойства. При этом электроны атомов неметаллов смещаются к атомам элементов- окислителей. В образующихся соединениях атомы неметаллов имеют положительные степени окисления. Высшая положительная степень окисления неметалла обычно равна номеру группы.
— взаимодействие с кислотами-окислителями:
— взаимодействие с солями-окислителями:
Наиболее сильные восстановительные свойства имеют неметаллы углерод и водород:
Таким образом, практически все неметаллы могут выступать как в роли окислителей, так и в роли восстановителей. Это зависит от того, с каким веществом взаимодействует неметалл.
Реакции самоокисления – самовосстановления
Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окислителем, и восстановителем. Это реакции самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования). Например:
Скачать:
Скачать бесплатно реферат на тему: «Неметаллы» Неметаллы.docx (403 Загрузки)
Скачать рефераты по другим темам можно здесь
Неметаллы
Неметаллы обычно обладают большим спектром степеней окисления в своих соединениях. Большее число электронов на внешнем энергетическом уровне по сравнению с металлами определяет их большую способность к присоединению электронов и проявлению высокой окислительной активности.
Нахождение неметаллов в природе
Физические свойства неметаллов
Положение неметаллов в Периодической системе Д.И. Менделеева
Если в Периодической системе мысленно провести диагональ от бериллия к астату, то в правом верхнем углу таблицы будут находиться элементы-неметаллы. Среди неметаллов есть s-элемент – водород; р-элементы бор; углерод, кремний; азот, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур, галогены и астат. Элементы VIII группы – инертные (благородные) газы, которые имеют полностью завершенный внешний энергетический уровень и их нельзя отнести ни к металлам, ни к неметаллам.
Получение неметаллов
Многообразие неметаллов породило многообразие способов их получения, так водород получают, как лабораторными способами, например, взаимодействием металлов с кислотами (1), так и промышленными способами, например, конверсией метана (2).
CH4 + H2O = CO + 3H2 ↑ (температура 900 
С)
Получение галогенов осуществляют в основном, путем окисления галогеноводородных кислот:
Для получения кислорода используют реакции термического разложения сложных веществ:
Серу получают неполным окислением сероводорода (1) или по реакции Вакенродера (2):
Для получения азота используют реакцию разложения нитрита аммония:
Основной способ получения фосфора – из фосфата кальция:
Химические свойства неметаллов
Основные химические свойства неметаллов (общие для всех) – это:
— взаимодействие с металлами
— взаимодействие с другими неметаллами
Каждый неметалл обладает специфическими химическими свойствами, характерными только для него, которые подробно рассматривают при изучении каждого неметалла в отдельности.
Примеры решения задач
| Задание | Осуществите ряд превращений S→H2S→SO2→SO3→H2SO4 |
| Решение | S + H2 = H2S |
| Задание | Какой объем оксида углерода (IV) (н. у.) получится при разложении известняка массой 500 г, содержащего 20% примесей? |
| Решение | Запишем уравнение реакции: |
Найдем массу чистого (без примесей) карбоната кальция:
m(CaCO3) = 500 × (1-0,2) = 400 г
Найдем количество вещества CaCO3 :
Неметаллы. Физические и химические свойства
Положение неметаллов в периодической системе
Как же определить, относится вещество к металлам или к неметаллам?
Если внимательно посмотреть на Периодическую систему Д.И. Менделеева (подробно с классификацией элементов знакомимся в параграфе 42 учебника по химии для 8 класса под редакцией Еремина В.В.) и провести условную диагональ от водорода через бор до астата и неоткрытого пока элемента № 118, таблица неметаллов займет правый верхний угол.
Каждый горизонтальный период таблицы заканчивается элементом с завершенным внешним энергетическим уровнем. Эта группа элементов носит название благородные газы и имеет особые свойства, с которыми можно познакомиться в параграфе 18 учебника «Химия» для 8 класса под редакцией Еремина В.В.
При рассмотрении электронного строения неметаллов можно заметить, что энергетические уровни атома 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, являются уникальными, и в зависимости от реакции и реагента могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Их называют металлоиды. В химических реакциях они проявляют преимущественно восстановительные свойства.
Физические свойства неметаллов. Аллотропия
Если смотреть на металлы, то невооруженным глазом можно заметить общие свойства — металлический блеск, твердое агрегатное состояние (исключение — жидкая ртуть), тепло- и электропроводность.
С неметаллами все намного сложнее. Они могут иметь молекулярное и немолекулярное строение. Благодаря различиям в строении, простые вещества неметаллы существуют в трех агрегатных состояниях:
Большинство из неметаллических веществ плохо проводят электричество и тепло.
Исключением является графит — разновидность углерода.
Аллотропия — уникальная способность неметаллического элемента образовывать несколько простых веществ. В естественной среде существуют аллотропные модификации элементов, которые отличаются физическими и химическими свойствами. К ним относятся озон и кислород, графит и алмаз. Подробнее о физических свойствах неметаллов вы можете узнать в учебнике «Химия. 9 класс».
Химические свойства неметаллов
Как мы разобрали выше, группа неметаллов довольно полиморфна и в зависимости от типа реакций, в которых они участвуют, могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Фтор — исключение в этом ряду. Он всегда окислитель.
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.
В этом типе реакций проявляются окислительные свойства и неметаллы принимают электроны с образованием отрицательно заряженных частиц.
Практически все неметаллы реагируют с водородом. Лишь благородные газы составляют исключение для реакций данного типа. Продуктом реакции являются летучие водородные соединения:
P + 5O2 = 2P2O5
4. Взаимодействие с водой и кислотами для неметаллов не характерно.
История открытия неметаллов
Медная посуда, железные орудия труда, золотые украшения — издавна человек замечал, что у всех этих веществ есть определенные общие свойства:
В противовес металлам были и другие вещества, не обладающие металлическими свойствами, и названные соответственно неметаллами. Практически до конца XVII века ученым-алхимикам было известно всего лишь два вещества-неметалла — углерод и сера.
В 1669 году Бранд в поисках «философского камня» открыл белый фосфор. И за короткий период с 1748 по 1798 годы было открыто около 15 новых металлов и 5 неметаллов.
В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.
Что такое неметаллы
Азот, водород, кислород, сера, углерод и фтор являются органогенными элементами, являясь составными частями молекул белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот.
В довершении «важности» неметаллов скажем, что воздух, которым мы дышим, состоит из простых и сложных веществ, образованных неметаллами.
Познакомимся поближе с этими «чудо»-элементами, играющую такую важную роль в жизни на Земле.
Неметаллы в Периодической таблице Д.И.Менделеева находятся в правом верхнем углу, отграничиваясь диагональю «бор-астат» + водород и гелий,которые расположены в левом верхнем и правом верхнем углу таблицы.
Рис. Расположение неметаллов в Периодической таблице (выделены желтым цветом)
Перечислим все неметаллы в порядке увеличения их атомных масс: водород, гелий, бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон, кремний, фосфор, сера, хлор, аргон, мышьяк, селен, бром, криптон, теллур, йод, ксенон, астат, радон.
Характерной особенностью многих неметаллов является наличие на внешнем электронном слое большого кол-ва электронов (от 4 до 8), при этом радиус атомов неметаллов мал по сравнению с атомами металлов.
Особняком стоят инертные (благородные) газы, имеющие завершенный внешний энергетический уровень, и по этой причине они фактически не относятся ни к металлам, ни к неметаллам, занимая, таким образом, некое пограничное положение «на нашим, ни вашим».
К неметаллам инертные газы можно отнести лишь по их физическим признакам. Подробнее об инертных газах см. Атомы элементов 18(0) группы.
Положение неметаллов в Периодической системе и электронные конфигурации внешнего электронного слоя их атомов представлены на таблице внизу.
| 1 период | 1s 1 | 1s 2 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| H | He | |||||
| Группы | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| Общее кол-во электронов на внешнем электронном слое | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Электронная конфигурация внешнего слоя | ns 2 np 1 | ns 2 np 2 | ns 2 np 3 | ns 2 np 4 | ns 2 np 5 | ns 2 np 6 |
| 2 период | B | C | N | O | F | Ne |
| 3 период | Si | P | S | Cl | Ar | |
| 4 период | As | Se | Br | Kr | ||
| 5 период | Te | I | Xe | |||
| 6 период | At | Rn | ||||
Из таблицы хорошо видно, что:
В горизонтальном направлении (в периодах) радиусы атомов неметаллов уменьшаются слева направо, например, радиус атома бора равен 0,091 нм, а у фтора = 0,064 нм. В то же время, в этом же направлении возрастает заряд ядра атома. Говоря другими словами, в направлении слева направо в периодах возрастает электроотрицательность элементов и сродство к электрону. То же самое происходит и в вертикальном направлении снизу вверх. Таким образом, фтор, находящийся в правом верхнем углу, имеет самый большой заряд ядра при самом маленьком радиусе атома, что позволяет ему очень легко присоединять недостающий единственный электрон. Поэтому, фтор характеризуется наибольшей электроотрицательностью и является самым сильным окислителем.
| B(5)-0,091 нм 2s 2 2p 1 2,0 | C(6)-0,077 нм 2s 2 2p 2 2,5 | N(7)-0,071 нм 2s 2 2p 3 3,0 | O(8)-0,066 нм 2s 2 2p 4 3,5 | F(9)-0,064 нм 2s 2 2p 5 4,0 |
| Cl(17)-0,099 нм 3s 2 3p 5 3,0 | ||||
| Br(35)-0,114 нм 4s 2 3p 5 2,8 | ||||
| I(53)-0,133 нм 5s 2 3p 5 2,2 | ||||
| At(85) 6s 2 3p 5 1,9 |
Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:
Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе
Характеристики и физические свойства
Хотя химических элементов-неметаллов всего 16, они являются настоящими кирпичиками жизни, из них состоят все органические соединения. Ученые выяснили, что земная кора на 76% состоит из кремния и кислорода, а водород является самым распространенным веществом во Вселенной, из него состоят все объекты космоса, а также наше светило.
В растительном и животном мирах неметаллы составляют больше 96% от общей массы и 96,7% от массы человека. Это органогенные элементы, формирующие молекулы белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Безусловно, без этих простых веществ привычное существование было бы невозможным.
Основная масса металлов, кроме золота и меди, не обладает цветом, только металлическим блеском. Неметаллы ярко и разнообразно окрашены:
Значительное влияние на физические свойства неметаллов оказывают их молекулярное строение и вид кристаллической решетки. Кремний, как и алмаз с атомным кристаллическим строением решетки, обладает большой прочностью и высокой температурой плавления и кипения. Соединения с молекулярной решеткой (йод, сера и фосфор) начинают плавиться и кипеть при довольно низких температурах.
Простые вещества-неметаллы можно разделить на три вида агрегатных состояний: газы, жидкости и твердые вещества. Однако эта классификация будет верной только при стандартных параметрах окружающей среды, при крайне низких или высоких температурах состояние веществ может меняться.
Самую большую группу составляют газообразные неметаллы: кислород, азот, водород, белый фосфор, озон. Они обладают высокой сжимаемостью и расширяемостью, легко смешиваются между собой и заполняют весь объем сосуда. Кислород является сильным окислителем, необходимым для развития жизни на планете, а легко воспламеняющийся белый фосфор быстро образует активные токсичные соединения, поэтому смертельно опасен.
К жидким неметаллам можно отнести только бром — тяжелую темно-бурую вязкую жидкость, обладающую резким и неприятным запахом. Несмотря на то что в природе бром является смертельным ядом, даже его пары вызывают сильное раздражение слизистой и кожных покровов, он присутствует в организме человека, предохраняя от гормональных сбоев.
К твердым веществам относят бор, красный и черный фосфор, мышьяк, кремний, серу, йод и все стабильные аллотропные модификации углерода. В обычном состоянии они являются веществами с прочной атомной кристаллической решеткой, обладают высокой твердостью, но при этом хрупкие, легко слоятся и ломаются.
Интересным примером разных свойств одного и того же неметалла станет сравнение двух разновидностей углерода — алмаза и графита. Утверждение о твердости алмаза имеет научное обоснование — расположение атомов в кристаллической решетке этих веществ настолько различно, что алмаз разрушить практически невозможно, а графит легко ломается и крошится.
Место в периодической системе
Элементы, расположенные возле воображаемой диагонали, обладают двойственным характером и считаются полуметаллами (металлоидами). Список неметаллов в таблице Менделеева зависит от их положения в системе и количества электронов на внешнем слое:
Отдельно находятся водород и гелий, расположенные в левом и правом верхнем углу таблицы. Это объясняется уникальностью атома водорода, имеющего всего 1 электрон на внешнем слое. Причем водород может одинаково хорошо проявлять свойства как восстановителя, отдавая его, так и окислителя, принимая дополнительный электрон.
Химические особенности
Для большинства элементов этой группы характерна способность вступать в быстрые окислительно-восстановительные реакции, это обеспечивают особенности строения атомов неметаллов. Их атомы содержат большое количество электронов (4−8) на внешнем электронном уровне и способны принимать дополнительные для его устойчивой конфигурации. Благодаря этому образуются отрицательно заряженные ионы, увеличивающие заряд ядра, атом сжимается, а его радиус уменьшается.
Эти процессы ослабляют восстановительные свойства неметаллов, а окислительная способность и электроотрицательность увеличиваются. Некоторые, например, бром, являются окислителем для большинства металлов, но при этом выступают восстановителем для более сильных неметаллов.
Проявляемые химические свойства неметаллов, их активность, возможные степени окисления и характер получаемых соединений могут варьироваться в зависимости от их места в периодической системе и текущего агрегатного состояния.
Взаимодействие с другими веществами
Каждый неметалл обладает специфическими свойствами, характерными только для него, которые подробно рассматриваются при изучении неорганической химии. Общими свойствами является способность реагировать с металлами, водородом и кислородом.
При взаимодействии с металлами большинство неметаллов выступают окислителями и в образующихся бинарных соединениях проявляют отрицательную степень окисления:
Неметаллы могут вступать в реакции между собой, при этом более электроотрицательный элемент будет играть роль окислителя, а менее отрицательный станет восстановителем.
Получение и применение
Некоторые элементы встречаются в природе в свободном виде, поэтому их можно выделить из смесей или очистить физическим методом. Фтор, хлор, бром и йод встречаются только в виде соединений, поэтому нужные вещества получают методом химических реакций:
В земных условиях водород встречается только в связанном состоянии в виде водородных соединений, поэтому для его выделения используют различные химические методы, в основном паровую конверсию метана или природного газа.
Учитывая разнообразные свойства неметаллов, они находят применение в большинстве отраслей нашей жизни: медицине, пиротехнике, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и для подготовки высоких температур. Для дезинфекции воды используют хлор и озон, медицина невозможна без йода и активированного угля (углерод), жидкий азот применяют в косметологии, а сера помогает бороться с болезнями растений.