Химические и физические свойства неметаллов

Деление химических элементов на металлы и неметаллы достаточно условно. Существует небольшая группа элементов, которые при некоторых условиях ведут себя нетипичным образом. Например, алюминий может реагировать не только с кислотами, как большинство металлов, но и со щелочами, как неметаллические элементы. А германий, являющийся неметаллом, может проводить электрический ток, как типичный металл. В нашей статье мы рассмотрим физические и химические свойства неметаллов, а также их применение в промышленности.

Формула валентного уровня

В основе различий в характеристиках элементов лежит строение их атомов. Неметаллы имеют от 4 до 8 электронов на последнем энергетическом уровне, исключением будут водород, гелий и бор. Практически все неметаллы относятся к p-элементам. Например, это хлор, азот, кислород. Этому правилу не подчиняются гелий и водород, являющиеся p-элементами. Физические свойства неметаллов, а также способность к химическим превращениям, обусловлены их расположением в периодической системе.

Место неметаллов в системе химических элементов

Изменение свойств атомов неметаллических элементов происходит с увеличением порядкового номера. В периоде благодаря увеличению заряда ядра происходит сжатие атома и уменьшение его радиуса. Также усиливается окислительная способность, а восстановительные свойства элементов ослабевают. Физические свойства неметаллов, а также особенности их взаимодействия с другими веществами зависят от строения их внешнего энергетического уровня. От него же зависит и способность атомов притягивать в сферу своего влияния чужие электроны. Например, во втором периоде от бора до фтора электроотрицательность неметаллов увеличивается. Самым активным среди всех неметаллических элементов является фтор. В своих соединениях он сильнее всех удерживает чужие электроны, сохраняя заряд -1.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы существуют в различных агрегатных состояниях. Так, бор, углерод, фосфор – твердые соединения, бром – жидкость, азот, водород, кислород – газы. Все они не проводят электрический ток, менее прочные, чем металлы, имеют низкую теплопроводность. Вид кристаллической решетки также влияет на физические свойства неметаллов. Например, соединения с молекулярной решеткой (йод, сера, фосфор) имеют низкую температуру кипения и плавления, а также летучи. Атомное кристаллическое строение присуще кремнию, алмазу. Эти вещества очень прочные, их температуры плавления и кипения высокие.

Химические свойства

Прямая реакция соединения металлов и неметаллов приводит к получению бинарных соединений класса солей: нитридов, карбидов, хлоридов.

Например:

6Na + N₂ = 2 Na₃N.

Неметаллические элементы способны взаимодействовать друг с другом. Главное условие протекание таких процессов: элементы должны иметь различную электроотрицательность. Например:

6Cl₂ + 4P =4 PCl₃.

Большинство неметаллов, за исключением йода, напрямую окисляются кислородом. При этом образуются бинарные соединения – кислотные оксиды:

C + O₂ = CO₂ – диоксид карбона, или углекислый газ.

Возможны реакции неметаллов с некоторыми оксидами. Так, углерод применяют в качестве элемента, восстанавливающего металлы из их оксидов:

C + CuO = Cu + CO.

Кислоты – сильные окислители (например, нитратная), способны взаимодействовать с неметаллами, окисляя их до оксидов:

C + 4HNO₃ = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O.

Галогены

Элементы, расположенные в главной подгруппе седьмой группы таблицы периодической системы, являются в химическом отношении самыми активными неметаллами. Их атомы имеют одинаковое количество электронов -7 на последнем энергетическом уровне, что и объясняет схожесть их химических характеристик.

Физические свойства простых веществ – неметаллов различны. Так, фтор, хлор находятся в газообразной фазе, жидкостью является бром, а твердое состояние присуще йоду. Активность галогенов в группе с увеличением заряда ядра атома ослабевает, фтор является самым реакционно способным среди галогенов. В реакционной способности ему ступает лишь кислород, входящий в группу халькогенов. Сила водородных соединений галогенов, водные растворы которых являются кислотами, от фтора до йода возрастает, а растворимость малорастворимых солей уменьшается. Особое положение фтора среди галогенов касается и его способности к реакциям с водой. Галоген может разлагать воду, образуя различные продукты: собственный оксид F₂O, озон, кислород и перекись водорода.

Кислород и его особенности

Элемент является самым распространенным на Земле. Его содержание в почве составляет более 47%, а масса газа в воздухе равна 23,15%. Общие физические свойства неметаллов, таких как азот, кислород, водород, находящихся в газообразном состоянии, определяются строением их молекул.

Все они состоят из двух атомов, связанных ковалентными неполярными связями. В атоме кислорода на последнем энергетическом уровне находятся два свободных p-электрона. Поэтому степень окисления элемента обычно равна -2, а в соединениях со фтором (например, OF₂) +2. Кислород плохо растворим в воде, при температуре -183 ⁰C он превращается в легко подвижную жидкость голубого цвета, способную притягиваться магнитом. Элемент представлен двумя простыми веществами: кислородом O₂ и озоном O₃. Характерный запах озона можно ощутить в воздухе после грозового дождя. Вещество чрезвычайно агрессивно, разлагает органические материалы и окисляет даже пассивные металлы, такие как платина или золото. Большинство сложных веществ - оксидов, солей, оснований и кислот - содержат в составе своих молекул атомы кислорода.

Сера – типичный неметаллический элемент

Как и кислород, сера очень распространена в земной коре, ее атомы также входят в состав органических веществ, например белков. Велико содержание серы в геотермальных источниках и вулканических газах. Наиболее распространенные серосодержащие минералы: пирит FeS₂, цинковый и свинцовый блеск ZnS, PbS.

На просьбу: "Перечислите физические свойства неметаллов", мы можем ответить, назвав, например, свойства серы. Она является диэлектриком. Вещество плохо сохраняет тепловую энергию, хрупкое, крошится при ударе, не растворяется в воде. Может формировать несколько аллотропных форм, называемых ромбической, пластической и моноклинной. Природная сера имеет желтую окраску и ромбическое строение. В химических реакциях с металлами и некоторыми неметаллами ведет себя как окислитель, а с галогенами и кислородом – проявляет восстановительные свойства.

В нашей статье на примере галогенов, кислорода и серы мы рассмотрели свойства неметаллических элементов.