Положение неметаллических элементов в периодической системе химических элементов

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    |III   |IV    |V     |VI    |VII   |VIII     |

|      |      |      |      |      |      |      |      |(благород|

|      |      |      |      |      |      |      |      |ные 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:

                               H2 + F2  ( 2HF

Менее энергично реагирует кислород:

                              2H2  +O2 ( 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       |У этих неметаллов в твердом     |

|кристаллические решетки, поэтому|состоянии молекулярные          |

|они обладают большой твердостью |кристаллические решетки. При    |

|и очень высокими температурами  |обычных условиях это газы,      |

|плавления.                      |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.