Неметаллы
МНОУ
«Лицей»
Реферат
по химии на тему:
«Неметаллы»
Выполнили:
ученицы 11 «А» класса
Кучеренко Мария,
Шадрина Ксения.
Проверила:
учитель химии
Щербакова Марина
Александровна.
Кемерово - 2002
Содержание:
Введение……………………………………………………………………..3
§1. Положение неметаллических элементов в
периодической системе химических элементов. Нахождение в природе. Общие
химический и физические свойства……………………………………4
§2. Общие
химические свойства неметаллов………………………..6
§3. Строение и
свойства простых веществ – неметаллов………7
§4. Кислородные и
водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их
свойств……………………………………………9
Тест
Список использованной
литературы
Введение.
Все многообразие окружающей нас
природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических
элементов.
В различные
исторические эпохи в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие
философы в качестве «элементов» рассматривали четыре «стихии» – тепло, холод,
сухость и влажность. 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. Бойль
указал на то, что все элементы носят материальный характер и их число может
быть достаточно велико.
В 1787 году
французский химик А. Лавуазье создал «Таблицу простых тел». В нее вошли все
известные к тому времени элементы. Под последними понимались простые тела,
которые не удавалось разложить химическими методами на еще более простые.
Впоследствии выяснилось, что в таблицу вошли и некоторые сложные вещества.
В настоящее время
понятие «химический элемент» установлено точно.
Химический
элемент – вил атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. (Последний равен
порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.)
В настоящее время
известно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные
получены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы были
синтезированы учеными-физиками в Объединенном институте ядерных исследований в
городе Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению
химических элементов с более высокими порядковыми элементами.
Все элементы
делятся на металлы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. К
неметаллам относят 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 определенных условиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические
свойства, а некоторые неметаллы – металлические свойства.
§1. Положение неметаллических элементов в периодической системе
химических элементов. Нахождение в природе. Общие химический и физические
свойства.
Неметаллических элементов по сравнению
к металлическими элементами относительно немного. Их размещение в периодической
системе химических элементов Д.И. Менделеева отражено в таблице №1.
Период
|
Размещение неметаллических элементов в периодической
системе по группам
|
|
I
|
II
|
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
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица №1.
Как видно из
таблицы №1 неметаллические элементы в основном расположены в правой верхней
части периодической системы. Так как в периодах слева направо у атомов
элементов увеличивается заряды ядер и уменьшаются атомные радиусы, а в группах
сверху вниз атомные радиусы также возрастают, то понятно, почему атому
неметаллов сильнее, чем атомы металлов, притягивают наружные электроны. В связи
с этим у неметаллов преобладают окислительные свойства. Особенно сильные
окислительные свойства, т.е. способность присоединять электроны, проявляют
неметаллы, находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Самым сильным окислителем является фтор. В
соответствии 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:
Менее энергично реагирует кислород:
2H2 +O2 à 2H2 О
Фтор – самый
типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства, т.е.
способность отдавать электроны в химических 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
возрастают от кислорода к кремнию: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Так, например, хлор непосредственно
с кислородом не соединяется, 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 кислородом реагирует сера:
она проявляет и окислительные свойства.
Перейдем к
рассмотрению строения молекул неметаллов. Неметаллы образуют как одноатомные,
так и двухатомные молекулы.
К одноатомным
неметаллам относятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми
активными веществами. Инертные газы расположены в VIII группе Периодической
системы, а химические формулы соответствующих простых веществ следующие: He,
Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.
Некоторые
неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H2, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII
группы Периодической системы ), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных
молекул состоит газ озон (O3).
Для веществ неметаллов, находящихся в
твердом состоянии, составить химическую формулу довольно сложно. Атомы углерода
в графите соединены друг с другом различным образом. Выделить отдельную
молекулу в приведенных структурах затруднительно. При написании химических
формул таких веществ, как и в случае с металлами, вводится допущение, что такие
вещества состоят только из атомов. Химические формулы, при этом, записываются
без индексов - C, Si, S и т.д.
Такие простые
вещества, как озон и кислород, имеющие одинаковый качественный состав (оба
состоят из одного и того же элемента - кислорода), но различающиеся по числу
атомов в молекуле, имеют различные свойства. Так, кислород запаха не имеет, в
то время как озон обладает резким запахом, который мы ощущаем во время грозы.
Свойства твердых неметаллов, графита и алмаза, имеющих также одинаковый
качественный состав, но разное строение, резко отличаются (графит хрупкий, алмаз
твердый). Таким образом, свойства вещества определяются не только его
качественным составом, но и тем, сколько атомов содержится в молекуле вещества
и как они связаны между собой.
Неметаллы в виде
простых тел находятся в твердом или газообразном состоянии (исключая бром –
жидкость). Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые
неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки,
плохо проводят электрический ток и тепло (за исключением графита).
§2. Общие химические свойства неметаллов.
Оксиды неметаллов
относят к кислотным оксидам, которым соответствуют кислоты. С водородом
неметаллы образуют газообразные соединения (например HCl, H2S, NH3). Водные растворы некоторых из
них (например, галогеноводородов) – сильные кислоты. С металлами типичные
неметаллы дают соединения с ионной связью (например, NaCl).
Неметаллы могут при определенных условиях между собой реагировать, образуя
соединения с ковалентной полярной (H2O, HCl) и неполярной связями (CO2).
С водородом неметаллы
образуют летучие 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 водородные
соединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se,
H2Te.
При растворении в
воде аммиака образуются аммиачная вода, обычно обозначаемая формулой NH4OH и называемая
гидроксидом аммония. Ее также обозначают формулой NH3 • H2O и называют
гидратом аммиака.
С кислородом
неметаллы образуют кислотные 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 одного неметалла сильнее та, в
которой он проявляет более высокую степень окисления. Например, азотная кислота
HNO3 сильнее
азотистой HNO2, а серная
кислотаH2SO4 сильнее сернистой H2SO3.
§3.
Строение и свойства простых веществ – неметаллов.
Самые типичные неметаллы имеют
молекулярное строение, а менее типичные – немолекулярное. Этим и
объясняется отличие их свойств. Наглядно это отражено в схеме №2.
Простые вещества
|
С немолекулярным строением
|
С молекулярным строением
|
C, B, Si
|
F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8
|
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.
|
Таблица №2
Кристаллический
бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень высокой температурой
плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с
повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко
применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам
алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.
Бориды (соединения
бора с некоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при
изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.
Как видно из схемы
№2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и
обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в
двух видоизменениях – в кристаллическом и аморфном. Кристаллические
видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления.
Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.
Все эти элементы
образуют соединения с металлами – карбиды, силициды и бориды (CaC2, Al4C3,
Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые из
них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для
получения ацетилена.
Если сравнить
расположение электронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов,
то можно судить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных
орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I и степень окисления – 1. В атомах других галогенов, например в
атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти
тремя разными путями.
В первом случае
хлор может проявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2,
которой соответствуют соли – хлориты, например хлорит калия KClO2.
Во втором случае
хлор может образовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К таким
соединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 и ее соли – хлораты, например хлорат калия
КClO3 (бертолетова
соль).
В третьем случае
хлор проявляет степень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO4 и в ее солях – перхлоратах,
например в перхлорате калия КClO4.
§4.
Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их
свойств.
С кислородом
неметаллы образуют кислотные 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 одного неметалла сильнее та, в
которой он проявляет более высокую степень окисления. Например, азотная кислота
HNO3 сильнее
азотистой HNO2, а серная
кислота H2SO4 сильнее сернистой H2SO3.
Характеристики кислородных соединений неметалов:
1. Свойства высших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент
данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно
изменяются от основных к кислотным.
2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно
ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим
оксидам.
3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов
в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного
заряда ионов этих элементов.
4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в
направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов
уменьшаются.
Общие формулы водородных соединений по
группам периодической системы химических элементов приведены в таблице №3.
Общие
формулы соединений по группам
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
RH
|
RH2
|
RH3
|
RH4
|
RH3
|
H2R
|
HR
|
Нелетучие водородные соединения
|
Летучие водородные соединения
|
Таблица №3.
С металлами
водород образует (за некоторым исключением) нелетучие соединения, которые
являются твердыми веществами немолекулярного строения. Поэтому их температуры
плавления сравнительно высоки.
С неметаллами
водород образует летучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях
это газы или летучие жидкости.
В периодах слева
направо кислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных
растворах усиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободные
электронные пары, а ионы водорода – свободную орбиталь, то происходит процесс,
котроый выглядит следующим образом:
H2O + HF à H3O + F
Фтороводород в
водном растворе отщепляет положительные ионы водорода, т.е. проявляет кислотные
свойства. Этому процессу способствует и другое обстоятельство: ион кислорода
имеет неподеленную электронную пару, а ион водорода – свободную орбиталь, благодаря
чему образуется донорно-акцепторная связь.
При растворении
аммиака в воде происходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют
неподеленную электронную пару, а ионы водорода – свободную орбиталь, возникает
дополнительная связь и образуются ионы аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В
результате раствор приобретает основные свойства. Этот процесс можно выразить
формулой:
H2O + NH3 à
NH4 + OH
Молекулы аммиака в
водном растворе присоединяют положительные ионы водорода, т.е. аммиак проявляет
основные свойства.
Теперь рассмотрим,
почему водородное соединение фтора – фтороводород HF – в
водном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Это
объясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора.
Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионы
хлора. В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительно
меньше, чем соляной кислоты, т.е. фтороводородная кислота слабее соляной
кислоты.
1. В периодах слева направо у ионов элементов положительный заряд
увеличивается. В связи с этим кислотные свойства летучих водородных соединений
элементов в водных растворах усиливаются.
2. В группах сверху вниз отрицательно заряженные анионы все слабее
притягивают положительно заряженные ионы водорода Н+. В связи с этим
облегчается процесс отщепления ионов водорода Н+ и кислотные свойства
водородных соединений увеличиваются.
3. Водородные соединения неметаллов, обладающие в водных растворах
кислотными свойствами, реагируют со щелочами. Водородные же соединения
неметаллов, обладающие в водных растворах основными свойствами, реагируют с
кислотами.
4. Окислительная активность водородных соединений неметаллов в группах
сверху вниз сильно увеличивается. Например, окислить фтор из водородного
соединения HF химическим путем нельзя, окислить же хлор из
водородного соединения HCl можно различными окислителями.
Это объясняется тем, что в группах сверху вниз резко возрастают атомные
радиусы, в связи с чем отдача электронов облегчается.
Список
использованной литературы.
1. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Химия-11 – М.: Просвещение, 1992.
2. Кременчугская М., Васильев С.
Справочник школьника – М.: АСТ, 1999.
3. Хомченко Г.П. Химия для
поступающих в ВУЗы – М.: Высшая школа, 1993.