Химические свойства неметаллов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Неметаллы

Введение

Все многообразие окружающей нас природы состоит изсочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.

В различные историческиеэпохи в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие философыв качестве «элементов» рассматривали четыре «стихии» - тепло, холод, сухость ивлажность. Сочетаясь попарно, они образовывали четыре «начала» всех вещей -огонь, воздух, воду и землю. В средние века к этим началам добавились соль,сера и ртуть. В XVII веке Р. Бойльуказал на то, что все элементы носят материальный характер и их число можетбыть достаточно велико.

В 1787 году французскийхимик А. Лавуазье создал «Таблицу простых тел». В нее вошли все известные ктому времени элементы. Под последними понимались простые тела, которые неудавалось разложить химическими методами на еще более простые. Впоследствиивыяснилось, что в таблицу вошли и некоторые сложные вещества.

В настоящее время понятие«химический элемент» установлено точно.

Химический элемент - вилатомов с одинаковым положительным зарядом ядра. (Последний равен порядковомуномеру элемента в таблице Менделеева.)

В настоящее времяизвестно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальныеполучены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы былисинтезированы учеными-физиками в Объединенном институте ядерных исследований вгороде Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми элементами.

Все элементы делятся наметаллы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. К неметалламотносят следующие элементы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, фтор,хлор, бром, йод, астат, кислород, сера, селен, теллур, азот, фосфор, мышьяк,углерод, кремний, бор, водород. Однако это деление условное. При определенныхусловиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические свойства, анекоторые неметаллы - металлические свойства.

Положение неметаллических элементов в периодической системе химическихэлементов. Нахождение в природе. Общие химический и физические свойства.

Период Размещение неметаллических элементов в периодической системе по группам I II III IV V VI VII VIII (благородные газы) 1 H He 2 B C N O F Ne 3 Si P S Cl Ar 4 As Se Br Kr 5 Te I Xe 6 Rn 7 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Как видно из таблицы элементы в основном расположены в правой верхней частипериодической системы. Так как в периодах слева направо у атомов элементовувеличивается заряды ядер и уменьшаются атомные радиусы, а в группах сверхувниз атомные радиусы также возрастают, то понятно, почему атому неметалловсильнее, чем атомы металлов, притягивают наружные электроны. В связи с этим унеметаллов преобладают окислительные свойства. Особенно сильные окислительныесвойства, т.е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы, находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Самым сильным окислителем является фтор. Всоответствии с численными значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов увеличивается в следующем порядке: Si, B, H, P, C, S, I, N,Cl, O, F. Следовательно, энергичнее всего взаимодействует с водородом и металлами фтор:

H2 + F2 а 2HF

Менее энергично реагирует кислород:

2H2 +O2 а 2H2 О

Фтор - самый типичный неметалл, которомунехарактерны восстановительные свойства, т.е. способность отдавать электроны вхимических реакциях.

Кислород же, судя по его соединениям с фтором,может проявлять и положительную степень окисления, т.е. являться восстановителем.

Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства. Причем эти свойства постепенно возрастаютот кислорода к кремнию: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Так, например, хлор непосредственно с кислородом несоединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl2 O, ClO2, Cl2O2 ), в которых хлор проявляет положительную степень окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и,следовательно, проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородомреагирует сера: она проявляет и окислительные свойства.

Перейдем к рассмотрениюстроения молекул неметаллов. Неметаллы образуют как одноатомные, так идвухатомные молекулы.

К одноатомным неметалламотносятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активнымивеществами. Инертные газы расположены в VIII группе Периодической системы, ахимические формулы соответствующих простых веществ следующие: He, Ne, Ar, Kr,Xe и Rn.

Некоторые неметаллыобразуют двухатомные молекулы. Это H2, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII группы Периодической системы ), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекулсостоит газ озон (O3).

Для веществ неметаллов, находящихся в твердомсостоянии, составить химическую формулу довольно сложно. Атомы углерода вграфите соединены друг с другом различным образом. Выделить отдельную молекулув приведенных структурах затруднительно. При написании химических формул такихвеществ, как и в случае с металлами, вводится допущение, что такие веществасостоят только из атомов. Химические формулы, при этом, записываются безиндексов -- C, Si, S и т.д.

Такие простые вещества, как озон и кислород, имеющие одинаковый качественный состав (оба состоят изодного и того же элемента -- кислорода), но различающиеся по числу атомов вмолекуле, имеют различные свойства. Так, кислород запаха не имеет, в то времякак озон обладает резким запахом, который мы ощущаем во время грозы. Свойстватвердых неметаллов, графита и алмаза, имеющих также одинаковый качественныйсостав, но разное строение, резко отличаются (графит хрупкий, алмаз твердый).Таким образом, свойства вещества определяются не только его качественнымсоставом, но и тем, сколько атомов содержится в молекуле вещества и как онисвязаны между собой.

Неметаллы в виде простыхтел находятся в твердом или газообразном состоянии (исключая бром - жидкость).Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые неметаллы необладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки, плохо проводятэлектрический ток и тепло (за исключением графита).

1. Общие химические свойства

Оксиды неметаллов относят ккислотным оксидам, которым соответствуют кислоты. С водородом неметаллыобразуют газообразные соединения (например HCl, H2S,NH3). Водные растворы некоторых из них (например,галогеноводородов) - сильные кислоты. С металлами типичные неметаллы даютсоединения с ионной связью (например, NaCl). Неметаллымогут при определенных условиях между собой реагировать, образуя соединения сковалентной полярной (H2O, HCl)и неполярной связями (CO2).

С водородом неметаллы образуютлетучие соединения, как, например, фтороводород HF,сероводород H2S, аммиак NH3, метан CH4. При растворении в воде водородные соединения галогенов,серы, селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородныесоединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se,H2Te.

При растворении в воде аммиакаобразуются аммиачная вода, обычно обозначаемая формулой NH4OHи называемая гидроксидом аммония. Ее также обозначают формулой NH3 * H2O и называют гидратом аммиака.

С кислородом неметаллы образуюткислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления,равную номеру группы (например, SO2, N2O5),а других - более низкую (например, SO2, N2O3).Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одногонеметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления.Например, азотная кислота HNO3 сильнееазотистой HNO2, а серная кислотаH2SO4 сильнеесернистой H2SO3.

2. Строение и свойства простых веществ - неметаллов

Самые типичныенеметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные -немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств.

У этих неметаллов атомные кристаллические решетки, поэтому они обладают большой твердостью и очень высокими температурами плавления.

У этих неметаллов в твердом состоянии молекулярные кристаллические решетки. При обычных условиях это газы, жидкости или твердые вещества с низкими температурами плавления.

Кристаллический бор В (как икристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С)и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температурысильно увеличивается, что дает возможность широко применять его вполупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди,никеля и др. улучшает их механические свойства.

Бориды (соединения бора снекоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при изготовлениидеталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.

Все эти элементы образуют соединения с металлами - карбиды, силициды и бориды (CaC2,Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые изних обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется дляполучения ацетилена.

Если сравнить расположениеэлектронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов, то можносудить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет.Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I истепень окисления - 1. В атомах других галогенов, например ватоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов можетпроизойти тремя разными путями.

В первом случае хлор можетпроявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли -хлориты, например хлорит калия KClO2.

Во втором случае хлор можетобразовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К такимсоединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 иее соли - хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).

В третьем случае хлор проявляетстепень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO4 ив ее солях - перхлоратах, например в перхлорате калия КClO4. атом заряд кислородный неметалл

Кислородные и водородные соединения неметаллов.Краткая характеристика их свойств.

С кислородом неметаллы образуюткислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления,равную номеру группы (например, SO2, N2O5),а других - более низкую (например, SO2, N2O3).Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислотодного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степеньокисления. Например, азотная кислота HNO3сильнее азотистой HNO2, а серная кислота H2SO4сильнее сернистой H2SO3.

Характеристики кислородных соединений неметалов:

1. Свойствавысших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы свысшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются отосновных к кислотным.

2. В группахсверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этомможно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.

3. Возрастаниекислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слеванаправо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этихэлементов.

4. В главныхподгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверхувниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.

С металлами водород образует (занекоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми веществаминемолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.

С неметаллами водород образуетлетучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы илилетучие жидкости.

В периодах слева направокислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворахусиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободныеэлектронные пары, а ионы водорода - свободную орбиталь, то происходит процесс,котроый выглядит следующим образом:

H2O + HF а H3O + F

Фтороводород в водном раствореотщепляет положительные ионы водорода, т.е. проявляет кислотные свойства. Этомупроцессу способствует и другое обстоятельство: ион кислорода имеет неподеленнуюэлектронную пару, а ион водорода - свободную орбиталь, благодаря чемуобразуется донорно-акцепторная связь.

При растворении аммиака в водепроисходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют неподеленнуюэлектронную пару, а ионы водорода - свободную орбиталь, возникаетдополнительная связь и образуются ионы аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В результате раствор приобретает основныесвойства. Этот процесс можно выразить формулой:

H2O + NH3 а NH4 + OH

Молекулы аммиака в водномрастворе присоединяют положительные ионы водорода, т.е. аммиак проявляетосновные свойства. Теперь рассмотрим, почемуводородное соединение фтора - фтороводород HF - вводном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Этообъясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора.Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионыхлора. В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительноменьше, чем соляной кислоты, т.е. фтороводородная кислота слабее соляной кислоты.

Из приведенных примеров можносделать следующие общие выводы:

1. В периодахслева направо у ионов элементов положительный заряд увеличивается. В связи сэтим кислотные свойства летучих водородных соединений элементов в водныхрастворах усиливаются.

2. В группахсверху вниз отрицательно заряженные анионы все слабее притягивают положительнозаряженные ионы водорода Н+. В связи с этим облегчается процесс отщепленияионов водорода Н+ и кислотные свойства водородных соединений увеличиваются.

3. Водородныесоединения неметаллов, обладающие в водных растворах кислотными свойствами,реагируют со щелочами. Водородные же соединения неметаллов, обладающие в водныхрастворах основными свойствами, реагируют с кислотами.

4. Окислительнаяактивность водородных соединений неметаллов в группах сверху вниз сильноувеличивается. Например, окислить фтор из водородного соединения HF химическим путем нельзя, окислить же хлор из водородногосоединения HCl можно различными окислителями. Этообъясняется тем, что в группах сверху вниз резко возрастают атомные радиусы, всвязи с чем отдача электронов облегчается.

Размещено на Allbest.ru