Неметаллы – определение, особенности строения, свойства, получение

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:

  1. Молекулярные:
    • Летучие, газообразные, бесцветные кислород, водород.
    • Газообразные, окрашенные хлор, азот, фтор.
    • Единственный жидкий представитель — темно-красный бром.
    • Твердые, но хрупкие вещества с невысокой температурой плавления — кристаллы йода, серы, белого фосфора.
  2. Немолекулярные:
    • Твердые вещества с высокой температурой плавления — кремний, графит, алмаз и красный фосфор.

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.

  1. Реакции с металлами.

В этом типе реакций проявляются окислительные свойства и неметаллы принимают электроны с образованием отрицательно заряженных частиц.

  1. Реакции с водородом

Практически все неметаллы реагируют с водородом. Лишь благородные газы составляют исключение для реакций данного типа. Продуктом реакции являются летучие водородные соединения:

  1. Реакции с кислородом.

Неметаллы образуют кислотные или несолеобразующие оксиды.
S + O2 = SO2

P + 5O2 = 2P2O5

4. Взаимодействие с водой и кислотами для неметаллов не характерно.

Что ещё почитать?

История открытия неметаллов

Медная посуда, железные орудия труда, золотые украшения — издавна человек замечал, что у всех этих веществ есть определенные общие свойства:

  • они проводят тепло и электрический ток;
  • для них характерен металлический блеск;
  • благодаря пластичности и ковкости им можно придать любую форму;
  • для всех веществ характерна металлическая кристаллическая решетка.

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.

Читайте также:
Серная кислота - формула, свойства, способы получения и применения

Попытки открытия фтора стоили исследователям не только здоровья, но и жизни. Деви, братья Кнокс, Гей-Люссак — это неполный список жертв науки, что потеряли здоровье в попытках выделить фтор из плавикового шпата. Лишь в 1886 году Муассан решил сложную задачу способом электролиза. И получил первый галоген, а ещё – ядовитый хлор. Во времена Первой мировой войны его использовали как оружие массового поражения.

В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.

Неметаллы – особенности строения, классификация и основные свойства

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:

  • Фосфор может быть белым, черным или красным;
  • Йод всегда фиолетовый с рыжеватым оттенком;
  • Бром отличается кирпично-красным насыщенным цветом;
  • Фтор в спокойном состоянии оранжевый или желтый;
  • Водород, доведенный до жидкого состояния, становится голубым.

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

В системе химических элементов неметаллы не выделены в отдельную группу. Определить, является ли простое вещество неметаллом, можно, проведя воображаемую диагональную линию от Бора к Астату. В правом верхнем углу останутся неметаллы и инертные газы, а слева внизу -вещества со свойствами металла, а также отдельные подгруппы — лантаноиды и актиноиды. По своим физическим свойствам инертные газы близки к неметаллам, поэтому их часто рассматривают вместе.

Читайте также:
Химические свойства водорода общая характеристика, окислительно-восстановительные реакции с элементами, взаимодействие с соединениями, получение и применение

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:

  1. Бор (B) имеет всего 3 электрона.
  2. Углерод © и кремний (Si) по 4.
  3. На внешнем слое азота (N), фосфора (P) и мышьяка (As) находятся 5 электронов.
  4. Кислород (O), сера (S), скандий (Se), теллур (Te) — 6 электронов.
  5. Фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и астат (At) обладают почти завершенным внешним слоем из 7 электронов.

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:

  1. При реакции активных металлов с водородом образуются твердые нелетучие гидриды. Такие неметаллы как кремний, фосфор и бор вообще неспособны на соединения с водородом.
  2. Реакции металлов и неметаллов с хлором образуют хлориды. Многие металлы (например, железо) при реакции с хлором начинают гореть, образуя соединения, относящиеся к классу солей. При этом хлорид неметалла никогда не будет солью.
  3. Взаимодействие с кислородом дает оксиды, которые разделяют на пероксиды и надпероксиды.
  4. Связь с серой образует сульфиды. При этом для получения формулы сульфида алюминия (Al2S3) вещества нужно нагреть, а для сульфида натрия (Na2S) достаточно простого механического перемешивания.
  5. Для неметаллов нехарактерно взаимодействие с водой и кислотами.

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:

  1. Хлор получают методом электролиза хлорида натрия;
  2. Кремний — методом прокаливания в промышленных печах смеси песка с коксом;
  3. Фосфор восстанавливают из фосфата кальция, добывая его из апатита и фосфорита;
  4. Селен и теллур являются остаточными продуктами производства серной кислоты;
  5. Труднее всего производить мышьяк, для этого применяется сложная цепь химических реакций кислорода и углерода с мышьяковистым колчеданом;
  6. Для получения азота, кислорода и инертного газа аргона используют дистилляцию жидкого воздуха, который предварительно подвергают воздействию повышенного давления и низких температур.

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.

Читайте также:
Кремниевая кислота - формула, свойства, получение и применение

Неметаллы – определение, особенности строения, свойства, получение

Элементы-неметаллы расположены в конце периодов, и имеют электронную конфигурацию внешнего слоя, близкую к конфигурации ближайшего инертного газа или равную ей. Таким образом, до достижения этой конфигурации атомам элементов-неметаллов не хватает от нуля до четырех электронов, поэтому в химических реакциях они являются окислителями .

В наибольшей степени свойства неметаллов проявляют галогены – элементы главной подгруппы VII группы и халькогены – элементы главной подгруппы VI группы.

Рассмотрим электронное строение некоторых неметаллов.

В атоме хлора 17 электронов распределено по трем энергетическим уровням. Два внутренних электронных слоя полностью заполнены, находящиеся на них электроны не принимают участия в химических реакциях. На внешнем энергетическом уровне находится 7 электронов. Эти электроны являются валентными, то есть атом может отдавать их в химических реакциях.

Максимальная степень окисления хлора как раз и равна +7, то есть она реализуется в том случае, если атом отдаст все семь электронов. Однако для хлора, как и для других неметаллов, более характерно принимать электроны, чем отдавать их. Принимая один электрон, атом хлора превращается в ион c конфигурацией инертного газа аргона.Такой ион в отличие от атома хлора гораздо более устойчив и гораздо менее вреден для организма (он содержится в поваренной соли, а свободный хлор – это отравляющее вещество). Таким образом, минимальная степень окисления хлора равна –1. Она реализуется в соединениях с металлами и водородом.

Атом кислорода содержит всего восемь электронов, занимающих два энергетических уровня. Внешние электроны (их число для неметаллов всегда равно номеру группы, в которой находится элемент, у кислорода 6) обычно участвуют в образовании химических связей.

Однако кислород не способен в химической реакции отдать все 6 электронов, то есть степень окисления +6 (высшая для элементов шестой группы) для него недостижима. Будучи типичным неметаллом, кислород имеет тенденцию принимать электроны. Для приобретения электронной конфигурации ближайшего инертного газа неона ему не хватает двух электронов. Принимая их, атом кислорода становится отрицательно заряженным ионом О 2- , то есть приобретает степень окисления –2. Именно она и характерна для кислорода.

Атом азота содержит на один электрон меньше, чем атом кислорода. Соответственно, у него всего 5 валентных электронов. Высшая степень окисления этого элемента равна +5 (например, в оксиде ), а низшая –3 (в аммиаке ).

Физические свойства неметаллов

Простые вещества-неметаллы, как правило, не обладают металлическим блеском, не проводят электрический ток, являются плохими проводниками тепла. Среди них есть газы (O2, N2, O3), жидкости (Br2), твердые вещества ( С,Р4 ). Многие неметаллы обладают окраской: графит – серо-чёрной, бром – красно-бурой, сера – жёлтой, хлор – жёлто-зелёной, йод – фиолетово-чёрной.

Очень различаются и другие физические свойства неметаллов: так температура плавления графита составляет 3850 градусов по Цэльсию, а у гелия — минус 272 градуса по Цэльсию. Плотность газообразных неметаллов также различна: самая маленькая – у водорода, а самая большая – у радона. Твёрдые неметаллы не обладают пластичностью. В воде неметаллы нерастворимы или малорастворимы. Некоторые из них, как галогены, сера лучше растворяются в органических растворителях, а белый фосфор – в сероуглероде. Различаются неметаллы и по электропроводности. Большинство неметаллов – это изоляторы. Графит – является хорошим проводником электрического тока . Кремний, селен и тэллур обладают полупроводниковыми свойствами. Интересно, что радиоактивный радон используется в медицине для лечения опорно-двигательного аппарата, сердечных и нервных заболеваний. Но в тоже время в литературе часто упоминается термин «радоновая проблема», который означает достаточно высокое облучение, вызванное радоном, который выделяется через разломы в земной коре.

Читайте также:
Фосфат кальция - формула, свойства, вред и его польза

Таким образом, в противоположность металлам, для неметаллов нельзя выделить обших свойств, некоторые из них, подобно металлам, имеют даже металлический блеск (йод). Химическая связь в простых веществах – ковалентная неполярная, они имеют либо молекулярную, либо атомную кристаллические решетки. Для неметаллов характерно явление аллотропии.

Аллотропия – существование элемента в форме различных простых веществ, различающихся либо строением и составом молекул (кислород и озон), либо способом упаковки (алмаз и графит).

Например, фосфор имеет следующие аллотропные модификации:

Неметаллы

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 1551.

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 1551.

Неметаллы – элементы, которые обладают неметаллическими свойствами и занимают положение в правом верхнем углу в таблице Менделеева. Каков же характер неметаллов, а также чем они отличаются от других соединений узнаем в этой статье.

Общая характеристика

К неметаллическим элементам относятся p-элементы, а также водород и гелий, которые в свою очередь относятся к s-элементам. Они расположены правее и выше диагонали бор-астат. Всего же известно 22 неметалла. У наиболее типичных неметаллов заполнение электронами внешнего уровня близко к максимальному, а радиусы атомов – минимальные среди элементов данного периода.

Рис. 1. Группа неметаллов в периодической системе.

Атомы неметаллов имеют более высокие значения электроотрицательности, а соответственно высокие энергии ионизации и большое сродство к электрону. В связи с этим характер неметаллов таков, что, в отличии от металлов, могут проявлять окислительные свойства. В реакциях они могут восстанавливаться, присоединяя столько электронов, чтобы общее их количество на внешнем уровне достигло восьми (завершенный уровень, стабильное состояние атома).

Особенности строения неметаллов заключаются в том, что внешний электронный слой у большинства атомов неметаллов содержит от 4 до 8 электронов.

Другие неметаллы (кроме фтора) могут проявлять и положительные степени окисления, образуя ковалентные связи с другими элементами.

Физические свойства

Для большинства неметаллов простых веществ в твердом агрегатном состоянии характерна молекулярная кристаллическая решетка. То есть эти неметаллы являются кристаллическими веществами. Поэтому при обычных условиях они имеют вид газов, жидкостей или твердых веществ с низкими температурами плавления. Примерами таких веществ являются газы: водород H2 , неон Ne, жидкость – бром Br2 , твердые вещества йод I2, сера S8, фосфор P4 (белый фосфор). Существуют неметаллы (бор, углерод, кремний), которые имеют атомные кристаллические решетки.

Рис. 2. Неметаллы – жидкости, газы, твердые.

Важнейшие элементы, которые содержаться в живых организмах – органогены. Они образуют воду, белки, витамины, жиры. К ним относятся 6 элементов: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера.

Химические свойства и соединения

Водородные соединения неметаллов в основном являются летучими соединениями, в водных растворах имеющими кислотный характер. Они имеют молекулярные структуры, ковалентную полярную связь. Некоторые из них (вода, аммиак, фтороводород) образуют водородные связи. Соединения образуются при непосредственном взаимодействии неметаллов с водородом. Электронная формула серы с водородом выглядит следующим образом:

Все водородные соединения – восстановители (кроме HF), причем их восстановительная сила возрастает справа налево по периоду и сверху вниз по подгруппе.

Неметаллы взаимодействуют с металлами и другими неметаллами:

В результате получается натриевая соль соляной кислоты

Рис. 3. натриевая соль соляной кислоты.

соединения неметаллов с кислородом, как правило, являются кислотными оксидами, которым соответствуют кислородосодержащие кислоты. Структура оксидов типичных неметаллов молекулярная (SO3, P4 O10). Чем выше степень окисления неметалла, тем сильнее соответствующая оксокислота. Так, хлор непосредственно не взаимодействует с кислородом, однако образует ряд оксокислот, которым соответствуют оксиды, ангидриды этих кислот.

Неметаллы находят применение в разных отраслях промышленности. Вот список отраслей, где их использование является наиболее востребованным.

Читайте также:
Сложные эфиры - формула, свойства, способы получения
Область применения Примеры, перечень неметаллов, применяемых в той или иной промышленности
промышленность Сера, азот и фосфор часто используют для получения кислот. Серу также используют на производстве резины.
транспорт важным неметаллом в транспортной промышленности является водород. Его используют в качестве топлива. При сгорании такой вид топлива не загрязняет окружающую среду.
аграрная отрасль сера используется для борьбы с вредными насекомыми и болезнями растений
медицина Кислород используют для восстановления дыхания (кислородные подушки), уголь в форме активированного угля, который способен выводить из организма вредные вещества.
пищевая промышленность азот используют для продления срока годности продуктов

Что мы узнали?

В этой статье за 9 класс химии кратко излагается основная информация о неметаллах, их строении, и о том, с чем реагируют неметаллы. Неметаллами могут быть газы, жидкости и твердые вещества с кристаллической решеткой. Самым активным неметаллом является фтор, который имеет степень окисления-1.

Неметаллы – определение, особенности строения, свойства, получение

Ключевые слова конспекта : Ряд электроотрицательности. Неметаллы как окислители. Неметаллы как восстановители.

В предыдущем конспекте дана характеристика общих свойств металлов на основе электрохимического ряда напряжений металлов. Хотя неметаллов меньше, чем металлов, общие признаки у них выделить сложнее.

Физические свойства неметаллов.

Среди неметаллов — простых веществ имеются газы (фтор, хлор, кислород, озон, азот, водород), жидкость (бром), твёрдые вещества (йод, кремний, сера и др.). Цвет у неметаллов — простых веществ, также различен: тёмно-серый, почти фиолетовый (йод), красный (фосфор), жёлтый (сера), жёлто-зелёный (хлор) и т. д. Разнообразны температуры кипения и плавления неметаллов — простых веществ, например, графит начинает плавиться при 3800 °С, а азот закипает при –195,8 °С.

Такие различия обусловлены двумя типами кристаллических решёток, характерных для простых веществ, образованных элементами–неметаллами.

Химические свойства неметаллов.

Для неметаллов — простых веществ характерны как окислительные свойства (в реакциях с металлами и водородом), так и восстановительные (в реакциях с более электроотрицательными неметаллами и сложными веществами–окислителями).

Мы подошли к рассмотрению особого ряда — ряда электроотрицательности:

Положение элементов — неметаллов в этом ряду не только определяется их электроотрицательностыо, но и характеризует изменение окислительно-восстановительных свойств простых веществ, образованных ими.

  1. Взаимодействие неметаллов с металлами было рассмотрено в предыдущем конспекте. Оно характеризует окислительные свойства неметаллов.
  2. Неметаллы проявляют окислительные свойства по отношению к водороду или его соединениям, например, в реакциях, которые лежат в основе получения аммиака и соляной кислоты:
  3. В реакциях с органическими соединениями неметаллы, образованные элементами с высокой электроотрицательностыо, также проявляют окислительные свойства. Например:
  4. В реакциях со фтором и кислородом неметаллы проявляют восстановительные свойства, например, в реакциях горения неметаллов, которые имеют практическое значение для получения кислот и других ценных химических продуктов:
    S + O2 = SO2
    4Р + 5O2 = 2Р2О5
  5. В реакциях со сложными веществами — сильными окислителями неметаллы проявляют восстановительные свойства. Например, взаимодействие фосфора с бертолетовой солью составляет основу производства спичек: 6Р + 5КСlO3 = 5КСl + 3Р2O5

Характеризуя окислительно–восстановительные свойства неметаллов в зависимости от их положения в ряду электроотрицательности, следует помнить, что этот ряд описывает не свойства простых веществ, а свойства химических элементов, т. е. атомов неметаллов.

Сравнительную активность неметаллов — простых веществ иллюстрирует ряд активности галогенов: F2 > CI2 > Вг2 > I2

Так, хлор вытесняет бром из растворов бромоводорода или бромида калия: Сl2 + 2KBr = 2КСl + Вг2

В свою очередь, бром способен вытеснять менее активный йод из растворов йодидов: Br2 + 2KI = 2КВг + I2

Химия неметаллов (таблица)

Конспект урока по химии «Неметаллы». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Глава III. Вещества и их свойства. Выберите дальнейшее действие:

  • Вернуться к Списку конспектов по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
Читайте также:
Титан электронная формула, характеристика, химические и физические свойства

Химия. 11 класс

Конспект урока

Химия, 11 класс

Урок № 14. Обзор неметаллов. Свойства и применение важнейших неметаллов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён обобщению ранее изученной информации о неметаллах, выделены их общие черты и особенности каждой группы неметаллов. Рассмотрены свойства и применение важнейших неметаллов: углерода, кремния, азота, фосфора, кислорода, серы, фтора и хлора.

Адсорбент – твёрдый пористый материал, способный задерживать на своей поверхности молекулы и ионы.

Валентность – способность атома образовывать определённое число химических связей при образовании молекул.

Восстановительные свойства – способность атома отдавать электроны.

Вулканизация – процесс взаимодействия каучука с серой или другими вулканизирующими агентами, в результате которого образуется единая пространственная сетка молекул, повышается прочность и твёрдость материала.

Галогены – простые вещества, типичные неметаллы, имеющие молекулярное строение, двухатомные молекулы. В периодической таблице элементов находятся в VIIA группе. Являются сильными окислителями.

Доменная печь – большая вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья.

Донорно-акцепторный механизм образования ковалентной связи – образование химической связи двумя атомами, один из которых (донор) предоставляет в общее пользование неподелённую пару электронов, а другой (акцептор) – свободную атомную орбиталь.

Карбиды – бинарные соединения металла и углерода, в которых углерод имеет отрицательную степень окисления.

Карборунд – карбид кремния SiC, обладает высокой твёрдостью, используется для шлифования.

Конвертер – вид печи для выплавки стали из расплавленного чугунного лома и шихты путём продувки техническим кислородом для окисления углерода.

Криолит – гексафторалюминат натрия Na3[AlF6], используется в производстве алюминия для снижения температуры расплава.

Неметаллы – простые вещества, не проявляющие металлических свойств, имеющие большое сродство к электрону, высокие значения относительной электроотрицательности, способные проявлять окислительные свойства.

Окислительные свойства – способность атома притягивать к себе электроны.

Относительная электроотрицательность – количественная характеристика, показывающая способность атома удерживать свои и притягивать чужие электроны.

Пестицид – вещество, используемое в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, и сорняками.

Плавиковая кислота – раствор фтороводорода в воде, способный реагировать со стеклом и другими кремнийсодержащими материалами.

Промотирование электронов – разъединение (распаривание) пары электронов, в результате которого один из электронов переходит на свободную атомную орбиталь в пределах данного подуровня.

Силициды – бинарные соединения металлов с кремнием, в которых кремний имеет отрицательную степень окисления.

Технический углерод – аморфная тонкодисперсная форма углерода.

Ферросплав – сплавы железа с другими элементами, применяемые для легирования стали.

Фреоны – летучие фтор, хлорсодержащие углеводороды, используемые как хладагенты в холодильной технике. Разрушают озоновый слой Земли.

Фторопласты – вид пластмасс, в которых атомы водорода в углеводородах замещены атомами фтора.

Фуллерены – макромолекулы, представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, образованные большим количеством атомов углерода.

Хроматографический анализ – метод обнаружения и количественного определения веществ, основанный на различной способности взаимодействовать с адсорбентом.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Читайте также:
Основные оксиды - определение в химии, формула

Зависимость свойств неметаллов от положения в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева

В периодической таблице элементов Д.И. Менделеева неметаллы сосредоточены в верхней правой части таблицы. В периоде заряд ядра атома увеличивается слева направо, размеры атома при этом уменьшаются. Поэтому неметаллы сильнее удерживают электроны, чем металлы, расположенные в том же периоде. В группе сверху вниз увеличивается число электронных слоёв. Радиус атома при этом возрастает. Способность удерживать электроны снижается. Для неметаллов характерны окислительные свойства, они возрастают слева направо и снизу-вверх. Окислительную способность элемента характеризует величина относительной электроотрицательности. Чем больше это значение, тем сильнее проявляются окислительные свойства. Сильнее всего окислительные свойства выражены у фтора, он не проявляет восстановительных свойств. Все остальные неметаллы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Строение простых веществ – неметаллов

Простые вещества – неметаллы могут иметь как молекулярное строение, так и немолекулярное. Типичные неметаллы: галогены, кислород, азот, водород – имеют молекулярное строение. В твёрдом состояние такие вещества образуют молекулярную кристаллическую решётку. В нормальных условиях – это газообразные вещества, легкокипящие жидкости или твердые вещества с низкой температурой плавления. Неметаллы бор, кремний и углерод имеют немолекулярное строение, образуют атомные кристаллические решётки, что обусловливает высокую твёрдость и тугоплавкость веществ. Углерод, кремний и бор могут образовывать кристаллы, и встречаются в аморфном состоянии. Кристаллические модификации этих неметаллов очень твёрдые, в химические реакции вступают с трудом. Активность аморфных модификаций этих веществ выше.

Углерод и кремний

Углерод и кремний расположены в IVА группе периодической таблицы элементов, поэтому на внешнем электронном уровне у них по 4 электрона. Электроны с 2s подуровня у атома углерода и с 3s подуровня у атома кремния могут переходить на свободную р-орбиталь, таким образом, максимальная валентность углерода и кремния равна 4. В реакциях с металлами углерод и кремний проявляют окислительные свойства, образуя карбиды и силициды. Углерод способен окислить водород. Более характерными для углерода и кремния являются восстановительные свойства. Оба неметалла окисляются кислородом, галогенами. Кремний растворяется в горячем концентрированном растворе щелочей. С кислотами, кроме плавиковой кислоты, кремний не реагирует. Углерод окисляется азотной и концентрированной серной кислотами.

Алмазы используют в наконечниках резцов, в свёрлах и для бурения горных пород и в ювелирных украшениях. Графит – в атомной промышленности как замедлитель быстрых нейтронов, из него делают электроды, смазочный материал. Уголь – хороший адсорбент для очистки воздуха и воды. Технический углерод используют как наполнитель при изготовлении шин и как пигмент для чёрной краски. Фуллерены нашли применение в электронной промышленности. Кокс используют в металлургии для восстановления металлов из руды.

Кремний используют как добавку для повышения кислотоупорных свойств сталей. Особо чистый кремний – в электронной промышленности как полупроводник для изготовления транзисторов, выпрямителей переменного тока, фотоэлементов для солнечных панелей. Из кремния производят сверхтвёрдый материал карборунд SiC.

Азот и фосфор

Азот и фосфор расположены в VА группе периодической таблицы элементов, на внешнем уровне у них по 5 электронов. Но у атома азота, расположенного во втором периоде, нет d- орбиталей, поэтому спаренные электроны с 2s подуровня не могут разъединяться. Азот может образовывать три ковалентные связи и одну связь по донорно-акцепторному механизму.

В атоме фосфора электрон с 3s подуровня может переходить на свободную 3d-орбиталь, таким образом, фосфор может образовывать пять ковалентных связей. В молекуле азота N2 два атома соединены тройной прочной связью, что объясняет большую инертность азота. Азот вступает в реакции только при высоких температурах. Как окислитель азот может реагировать с активными металлами и водородом. В реакции с кислородом азот является восстановителем. Фосфор существует в виде молекул Р4, имеет четыре аллотропных модификации. Наиболее активным из них является белый фосфор. Окислительные свойства фосфора выражены слабее, чем у азота, поэтому как окислитель он реагирует только с щелочными и щелочноземельными металлами. Восстановительные свойства фосфора выражены сильнее, чем у азота.

Читайте также:
Бензол - свойства вещества, формула, характеристика, состав

Азот – сырьё для синтеза аммиака. Аммиак используется в производстве азотной кислоты и азотных минеральных удобрений. Азотом заполняют электрические лампы, используют для создания инертной среды в химическом синтезе. В хроматографическом анализе азот используют как газ-носитель.

Фосфор используют в органическом синтезе и в производстве фосфидов галлия и индия для светодиодов. Красный фосфор используют в производстве спичек.

Кислород и сера

Кислород и сера находятся в VIA группе периодической таблицы элементов, на внешнем уровне у них по 6 электронов. Кислород расположен во втором периоде, его атом имеет всего два электронных слоя, в составе которых нет d-орбиталей. Спаренные электроны, расположенные на 2s и 2р подуровнях, не имеют возможности для промотирования. Поэтому кислород может образовывать только две ковалентные связи. Спаренные электроны могут принимать участие в образовании связей по донорно-акцепторному механизму. Сера расположена в третьем периоде, во внешнем, третьем слое, есть свободные 3d-орбитали. Поэтому спаренные электроны с 3s и 3р подуровней могут распариваться. Максимальная валентность серы равна шести. Кислород – второй по силе после фтора окислитель среди неметаллов. Он окисляет практически все металлы, многие неметаллы и даже благородные газы. Восстановителем кислород выступает только в реакциях с фтором. В реакциях с активными металлами и водородом сера является окислителем, а в реакциях с кислородом и галогенами проявляет восстановительные свойства.

Кислород применяют для дыхания в авиации и в подводных лодках, в медицине, используют в конвертерном производстве стали, для кислородного дутья в доменных печах, в производстве ферросплавов, выплавке цветных металлов, для резки и сварки металлов. Жидкий кислород используют как окислитель в ракетных двигателях.

Сера – сырьё для производства серной кислоты, сероуглерода, используется для вулканизации каучука в производстве резины и как пестицид в растениеводстве. Серу также используют в производстве спичек.

Фтор и хлор

Фтор и хлор расположены в VIIA группе периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева. На внешнем уровне у них по семь электронов. Атом фтора, как элемент второго периода, имеет только два электронных слоя, d-орбитали у него отсутствуют. Спаренные электроны с 2s и 2р подуровней не могут разъединяться. Таким образом, у атома фтора всего один неспаренный электрон, в соединениях фтор одновалентен. Хлор находится в третьем периоде, на внешнем, третьем слое есть свободный 3d-подуровень, спаренные электроны с 3s и 3р подуровней могут переходить на свободные 3d-орбитали. Все семь внешних электронов могут оказаться неспаренными. Максимальная валентность хлора равна 7. Фтор и хлор, наиболее яркие представители галогенов, являются сильными окислителями. Фтор может окислить даже кислород и благородные газы. Восстановительные свойства для фтора не характерны. Хлор окисляет большинство металлов, водород, фосфор. Может вытеснять менее активные галогены из их солей. Восстановительные свойства хлор проявляется только в реакциях с фтором, а также в составе некоторых кислородсодержащих соединений.

Фтор используют для производства фторопластов – термостойких, прочных, химически стойких пластмасс, как сырье для получения криолита – вещества, используемого в производстве алюминия. Фтор – основной компонент для синтеза плавиковой кислоты, фреонов CF2Cl2, используемые в холодильной технике. В настоящее время фреонам ищут замену, так как они разрушают озоновый слой. Фтор входит в состав многих пестицидов – средств для борьбы с вредителями растений.

В органическом синтезе хлор используют в качестве хлорирующего агента в производстве пластмасс, медикаментов, красителей, для отбеливания ткани, бумаги. На водопроводных станциях с помощью хлора обеззараживают воду. Хлор является сырьём для производства хлороводорода. В исследовательских химических лабораториях хлор используют как окислитель.

На основе закономерностей в изменении свойств элементов в зависимости от их положения в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева можно описать свойства и других неметаллов.

Читайте также:
Оксид азота - формула, свойства, получение и применение, влияние

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчёт количества продукта в процессе синтеза аммиака

Условие задачи: При производстве аммиака под давлением 15 МПа из 500 л азота получили 890 л аммиака при повышении давления до 25 МПа выход аммиака увеличился на 4,5%. Сколько литров аммиака удалось получить при проведении синтеза при давлении 25 МПа? (Считать, что все объёмы измерены в нормальных условиях). Ответ запишите в виде целого числа.

Шаг первый: запишем уравнение реакции синтеза аммиака из азота и водорода:

Из одного моля азота при 100%-ном выходе образуется 2 моля аммиака.

Шаг второй: найдём объём аммиака, который образуется из 500 л азота при 100%-ном выходе. Для этого составим пропорцию:

Из 1 моль азота (22,4 л при н.у.) образуется 2 моль аммиака 2·22,4 = 44,8 л при н.у.);

из 500 л азота образуется х л аммиака.

х = (500·44,8) : 22,4 = 1000 (л).

Шаг третий: найдём выход аммиака при давлении 15 МПа.

Для этого реально полученный объём аммиака (890 л) разделим на теоретически возможный (1000 л) и умножим на 100%:

η = (890 : 1000)·100 = 89 (%).

Шаг четвёртый: найдём выход аммиака при проведении синтеза под давлением 25 МПа. Для этого к найденному выходу прибавим величину, на которую он возрос:

Шаг пятый: найдём объём аммиака, полученный при проведении процесса под давлением 25 МПа.

Для этого теоретически возможный объём аммиака умножим на выход продукта и разделим на 100%:

V = (1000·93,5) : 100 = 935 (л).

2. Расчёт необходимого количество хлора для обеззараживания воды.

Условие задачи: Для обеззараживания воды, содержащей патогенные микроорганизмы, требуется 2 мг хлора на 1 л воды. Какой объём хлора (м 3 ) в сутки, измеренный при нормальных условиях, требуется на станции водоподготовки, если в хлоратор поступает 200 м 3 воды в час? Станция водоподготовки работает 24 часа в сутки.

Шаг первый: рассчитаем объём воды, который проходит через станцию водоподготовки в сутки. Для этого расход воды в час умножим на 24 часа:

200·24 = 4800 м 3 .

Шаг второй: переведём объём воды в литры:

4800 м 3 = 4,8·10 6 л.

Шаг третий: найдём массу хлора, необходимую для обеззараживания найденного объёма воды.

Для этого расход хлора на 1 л умножим на объём воды:

2·4,8·10 6 = 9,6·10 6 (мг) = 9,6·10 3 (г).

Шаг четвёртый: найдём количество хлора (моль), которое содержится в вычисленной массе хлора.

Для этого найдём молярную массу хлора и разделим массу хлора на его молярную массу:

ν = 9,6·10 3 : 71 = 135,2 (моль).

Шаг пятый: найдём, какой объём занимают 135,2 моль хлора при нормальных условиях.

Для этого найденное количество хлора (моль) умножим на 22,4 (л/моль):

Общая характеристика неметаллов

Урок 15. Химия 9 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Общая характеристика неметаллов”

Общая характеристика неметаллов

В процессе изучения химии вы уже познакомились со многими элементами неметаллами и их соединениями. Из известных на сегодняшний день химических элементов двадцать два относятся к неметаллам. Хотя число элементов неметаллов относительно невелико, они входят в состав практически всех органических и неорганических веществ. Вспомните, что самыми распространёнными элементами в земной коре являются неметаллы кислород и кремний.

Если посмотреть положение элементов-неметаллов в периодической системе, то можно увидеть, что расположены начиная с IIIA группы и заканчивая VIII A группой, справа от линии в направлении от бора к астату. К неметаллам относится и водород.

Число элементов неметаллов в группе увеличивается с номером группы. Так, в III A группе находится только один элемент неметалл – бор, а VIII A группа полностью состоит из неметаллов. Для некоторых элементов-неметаллов применяются групповые названия. Например, элементы VIII A группы называют благородными газами, элементы VII A группы – галогенами, элементы VI A группы – халькогенами. Элементы, расположенные вдоль условной разграничительной линии: бор, кремний, германий, мышьяк, тэллур, астат часто называют полуметаллами.

Читайте также:
Периодическая таблица Менделеева как пользоваться и читать, история создания, свойства и список химических элементов, структура и обозначения

Рассмотрим строение внешних электронных оболочек атомов неметаллов. Например, у атома водорода на внешнем электронном слое находится один электрон, у атома гелия два электрона, то есть его электронный слой полностью заполнен, как и у элементов VIII A группы. Атом бора на внешнем энергетическом уровне содержит три электрона и принадлежит к III A группе.

У атомов других неметаллов на внешнем энергетическом уровне содержится от четырех до восьми электронов. Для атомов неметаллов свойственны небольшие радиусы атомов, поэтому они присоединяют недостающие электроны до внешнего энергетического уровня, то есть проявляют окислительные свойства.

Атомы неметаллов в их соединениях с атомами металлов, водорода и других менее электроотрицательных элементов проявляют отрицательные степени окисления, а в соединениях с более электроотрицательными элементами для атомов неметаллов характерны положительные степени окисления.

Например, в соединениях NaCl, H2S, NH3, CH4, неметаллы проявляют отрицательные степени окисления. В соединении NaCl у атома хлора степень окисления -1, в соединении H2S степень окисления серы -2, в соединении NH3 степень окисления азота -3, а в соединении CH4 степень окисления углерода -4.

А в таких соединениях, как HClO, SO2, NO2, элементы-неметаллы проявляют положительные степени окисления. В соединении HClO степень окисления хлора +1, в соединении SO2 степень окисления серы +4, в соединении NO2 степень окисления азота +4.

Вспомните, исключение составляет лишь фтор, который в соединениях проявляет одну степень окисления – -1.

Физические свойства неметаллов очень разнообразны. При обычных условиях простые вещества неметаллы могут существовать в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Например, водород, азот, кислород, хлор и другие являются газами, бром – жидкостью, а йод, бор, кремний – твёрдые вещества. Весьма разнообразна и их окраска: красная (у красного фосфора и брома), жёлтая (у серы), фиолетовая (у паров йода), а также и другие физические свойства.

Так, аргон, хлор и сера в твёрдом состоянии являются диэлектриками, кремний – полупроводник, графит – проводник электрического тока.

Температуры плавления их также различны. Например, у графита – 3800 0 C, а у азота – 210 0 C.

Различие в свойствах неметаллов связано с различным типом кристаллической решётки. У неметаллов она может быть молекулярной, как у кислорода, водорода, азота, серы и др., а также атомной, как у бора, кремния.

Интересно, что в одной из инструкций девятнаццатого века так описано испытание серы на чистоту: «Если ты хочешь испытать серу, хороша она или нет, то возьми кусок серы в руку и поднеси к уху. Если сера трещит так, что ты слышишь её треск, то она хороша, если же сера молчит и не трещит, то она не хороша…» Этот способ не устарел и сейчас: «трещит» только сера, содержащая не более 1% примесей.

Для многих простых веществ неметаллов известно по нескольку аллотропных модификаций, различающихся по своим физическим свойствам, как например, простые вещества, образуемые углеродом — графит, алмаз, карбин, фуллерены.

Для кислорода характерны две аллотропные модификации – кислород и озон.

Например, кислород, как и озон является газом, но кислород бесцветный, а озон имеет сине-голубую окраску. Кислород не имеет запаха, а озон имеет резкий запах.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: