Неметалл окислитель с органическими веществами. Химические свойства простых веществ металлов и неметаллов

ЕГЭ. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕМЕТАЛЛОВ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА

1. С МЕТАЛЛАМИ

(Li, Na, К, Rb, Cs, Са, Sr, Ва) → с щелочными и щелочноземельными металлами при нагревании образует твёрдые нестойкие вещества гидриды, остальные металлы не реагируют.

2K + H₂ = 2KH (гидрид калия)

Ca + H₂ = CaH₂

2. С НЕМЕТАЛЛАМИ

с кислородом, галогенами при нормальных условиях, при нагревании реагирует с фосфором, кремнием и углеродом, с азотом при наличии давления и катализатора.

2Н₂ + O₂ = 2Н₂O Н₂ + Cl₂ = 2HCl

3Н₂ + N₂↔ 2NH₃ H ₂ + S = H₂S

3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

С водой не реагирует

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

Восстановливает оксиды металлов (неактивных) и неметаллов до простых веществ:

CuO + H₂ = Cu + H₂O 2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O

SiO₂ + H₂ = Si + H₂O

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

С кислотами не реагирует

6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

С щелочами не реагирует

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

Восстанавливает малоактивные металлы из солей

CuCl₂ + H₂ = Cu + 2HCl

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С щелочными металлами при нормальных условиях – оксиды и пероксиды (литий – оксид, натрий – пероксид, калий, цезий, рубидий – надпероксид

4Li + O2 = 2Li2O (оксид)

2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)

K+O2=KO2 (надпероксид)

С остальными металлами главных подрупп при нормальных условиях образует оксиды со степенью окисления, равной номеру группы

2 С a+O2=2 С aO

4Al + O2 = 2Al2O3

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С металлами побочных подгрупп образует при нормальных условиях и при нагревании оксиды разной степени окисления, а с железом железную окалину Fe 3 O 4 ( FeO ∙ Fe 2 O 3)

3Fe + 2O2 = Fe3O4 4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (красный);

2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (чѐрный); 2Zn + O₂ = ZnO

4Cr + 3О2 = 2Cr2⁺³О3

образует оксиды – часто промежуточной степени окисления

C + O ₂(изб)= CO ₂; C + O ₂ (нед) = CO

S + O₂ = SO₂ N₂ + O₂ = 2NO - Q

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

С водой не реагирует

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

Окисляет низшие оксиды до оксидов с более высокой степенью окисления

Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3; C⁺²O + O2 = C⁺⁴O2

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Безводные бескислородные кислоты (бинарные соединения) сгорают в атмосфере кислорода

2H2S + O2 = 2S + 2H2O 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

В кислородсодержащих повышает степень окисления неметалла.

2HN⁺³O2 + O2 = 2HN⁺⁵O3

6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОСНОВАНИЯМИ

Окисляет неустойчивые гидроксиды в водных растворах до более высокой степени окисления

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ И БИНАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Вступает в реакции горения.

4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Каталитическое окисление

NH3 + O2 = NO + H2O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

С щелочными при нормальных условиях, с F , Cl , Br воспламеняются:

2 Na + Cl 2 = 2 NaCl (хлорид)

Щелочноземельные и алюминий реагируют при нормальных условиях:

С a+Cl2= С aCl2 2Al+3Cl2 = 2AlCl3

Металлы побочных подгрупп при повышенных температурах

Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂

2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (не бывает йодида меди (II)!)

2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 хлорид железа (III)

Фтор реагирует с металлами (часто со взрывом), включая золото и платину.

2Au + 3F₂ = 2AuF

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

С кислородом непосредственно не взаимодействуют(исключение F₂) , реагируют с серой, фосфором, кремнием. Химическая активность у брома и йода выражена слабее, чем у фтора и хлора:

Н2 + F 2 = 2Н F ; Si + 2 F 2 = SiF 4.; 2 P + 3 Cl 2 = 2 P ⁺³ Cl 3; 2 P + 5 Cl 2 = 2 P ⁺⁵ Cl 5; S + 3 F 2 = S ⁺⁶ F 6;

S + Cl2 = S⁺²Cl2

F ₂

Реагирует с кислородом: F 2 + O 2 = O ⁺² F 2

Реагирует с другими галогенами: Cl ₂ + F ₂ = 2 Cl ⁺¹ F ¯¹

Реагирует даже с инертными газами 2 F ₂ + Xe = Xe ⁺⁸ F ₄¯¹.

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

Фтор при нормальных условиях образует плавиковую кислоту + + О₂

2F2 + 2H2O → 4НF + О2

Хлор при повышении температуры образует хлороводородную кислоту + О₂,

2Сl₂ + 2H₂O → 4HCl + O₂

при н.у. - «хлорная вода»

Сl2 + Н2О ↔ НСl + НСlO (хлороводородная и хлорноватистая кислоты)

Бром при нормальных условиях образует «бромную воду»

Br2 + Н2О ↔ НBr + HBrО (бромоводородная и бромноватистая кислоты

Йод →реакция не идет

I2 + H₂O ≠

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

РЕАГИРУЕТ только фтор F₂ , вытесняя кислород из оксида, образуя фториды

SiO2‾² + 2F2⁰ = SiF4‾¹ + O2⁰

6.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ.

реагируют с бескислородными кислотами, вытесняя менее активные неметаллы.

H2S‾² + I2⁰ → S⁰↓+ 2HI‾

7.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

ФТОР образует фторид + кислород и воду

2F2 + 4NaOH = 4NaF¯¹ + O2 + 2H2O

ХЛОР при нагревании образует хлорид, хлорат и воду

3 Cl ₂ + 6 KOH = 5 KCl ¯¹ + KCl ⁺⁵ O 3 + 3 H 2 O

На холоде хлорид, гипохлорат и воду, с гидроксидом кальция хлорную известь и воду

Cl2 + 2KOH-(холод)= KCl¯¹ + KCl⁺¹O + H2O

Cl2 + Ca(OH) 2 = CaOCl2(хлорная известь– смесь хлорида, гипохлорита и гидроксида) + H2O

Бром при нагревании → бромид, бромат и и воду

3Br2 + 6KOH =5KBr¯¹ + KBr ⁺⁵O3 + 3H2O

Йод при нагревании → иодид, иодат и воду

3I2 + 6NaOH = 5NaI¯¹ + NaI ⁺⁵O3 + 3H2O

9.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

Вытеснение менее активные галогены из солей

2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2
2KCl + Br2 ≠
2KCl + F2→ 2KF + Cl2
2KBr + J2≠

Окисляют в солях неметаллы до более высокой степени окисления

2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl 3 ‾¹

Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰ + 2H2O →Na2S⁺⁶O4 + 2HBr‾

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРЫ

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реагирует при нагревании даже с щелочными металлами, с ртутью при нормальных условиях: с серой – сульфиды:

2K + S = K2S

2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

При нагревании с водородом, c кислородом (сернистый газ) c галогенами (кроме йода), с углеродом, азотом и кремнием и не реагирует

S + Cl₂ = S⁺²Cl₂ ; S + O₂ =S⁺⁴O₂

H₂ + S = H₂S¯² ; 2P + 3S = P₂S₃¯²

С + 3S = CS₂¯²

С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, СОЛЯМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Окисляется серной кислотой при нагревании до сернистого газа и воды

2H2SO4 ( конц ) = 2H2O + 3S⁺⁴O2

Азотной кислотой при нагревании до серной кислоты, оксида азота (+4) и воды

S + 6HNO3( конц ) =H2SO4 + 6N⁺⁴O2 + 2H2O

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

При нагревании образует сульфит, сульфид + вода

3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании (исключение: литий с азотом при нормальных условиях) :

С азотом – нитриды

6Li + N2 = 3Li2N (нитрид лития) (н.у.) 3Mg + N2 =Mg3N2 (нитрид магния) 2Cr + N2 = 2CrN

У железа в данных соединениях степень окисления +2

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

(из-за тройной связи азот очень малоактивен). При обычных условиях с кислородом не реагирует. Реагирует с кислородом только при высокой температуре (электрическая дуга), в природе – во время грозы

N2+O2=2NO ( эл . дуга , 3000 0C)

С водородом при высоком давлении, повышенной температуре и в присутствии катализатора:

t,p,kat

3N2+3H2 ↔ 2NH3

С ВОДОЙ, ОКСИДАМИ, КИСЛОТАМИ, ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОРА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании с фосфором – фосфиды

3Ca + 2P =K3P2, У железа в данных соединениях степень окисления +2

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Горение в кислороде

4P + 5O₂ = 2P₂⁺⁵O₅ 4P + 3O₂ = 2P₂⁺³O₃

С галогенами и серой при нагревании

2P + 3Cl₂ = 2P⁺³Cl₃ 2P + 5Cl₂ = 2P⁺⁵Cl₅; 2P + 5S = P₂⁺⁵S₅

С водородом, углеродом, кремнием непосредственно не взаимодействует

С ВОДОЙ И ОКСИДАМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

С концентрированной азотной кислотой оксид азота (+4), с разбавленной оксид азота (+2) и фосфорная кислота

3P + 5HNO₃(конц) =3H₃PO₄ + 5N⁺⁴O₂

3P + 5HNO₃ + 2H₂O =3H₃PO₄ + 5N⁺²O

С концентрированной серной кислотой образуется фосфорная кислота, оксид серы (+4) и вода

3P + 5H₂SO₄(конц.) =3H₃PO₄ + 5S⁺⁴O₂+ 2H₂O

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

С растворами щелочей образует фосфин и гипофосфит

4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H 3 + 3NaH 2 P ⁺1 O 2

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СОЛЯМИ

С сильными окислителями, проявляя восстановительные свойства

3P⁰ + 5NaN⁺⁵O₃ = 5NaN⁺³O₂ + P₂⁺⁵O₅

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании

Металлы – d-элементы образуют с углеродом соединения нестехиометрического состава типа твердых растворов: WC, ZnC, TiC – используются для получения сверхтвёрдых сталей

с углеродом карбиды 2Li + 2C = Li2C2,

Са + 2С = СаС2

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Из галогенов непосредственно реагирует только с фтором, с остальными при нагревании.

С + 2F₂ = CF₄.

Взаимодействие с кислородом:

2С + О₂ (недост) = 2С⁺²О (угарный газ),

С + О₂(изб) = С⁺⁴О₂(углекислый газ).

Взаимодействие с другими неметаллами при повышенной температуре, не взаимодействует с фосфороМ

C + Si = SiC¯⁴ ; С + N₂ = C₂⁺⁴N₂ ;

C + 2H₂ = C¯⁴H₄ ; С + 2S = C⁺⁴S₂;

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ

Пропускание водяных паров через раскаленный уголь – образуется угарный газ и водород (синтез-газ

C + H₂O = CO + H₂

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДАМИ

УГЛЕРОД ВОССТАНАВЛИВАЕТ ПРИ НАГРЕВАНИИ МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ ИЗ ОКСИДОВ ДО ПРОСТОГО ВЕЩЕСТВА (КАРБОТЕРМИЯ), в углекислом газе уменьшает степень окисления

2ZnO + C = 2Zn + CO; 4 С + Fe₃O₄ = 3Fe + 4CO ;

P₂O₅ + C = 2P + 5CO; 2 С + SiO₂ = Si + 2CO;

С + C⁺⁴O₂ = 2C⁺²O

5.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

Окисляется концентрированными азотной и серной кислотой до углекислого газа

C +2H2SO4(конц)=C⁺⁴O2+ 2S⁺⁴O2+ 2H2O; C+4HNO3 (конц) =C⁺⁴O2 + 4N⁺⁴O2 + 2H2O.

С ЩЕЛОЧАМИ И СОЛЯМИ

НЕ РЕАГИРУЕТ

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЯ

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛЛАМИ

реакции протекают при нагревании: с кремнием реагируют активные металлы – силициды

4Cs + Si = Cs4Si,

1.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛЛАМИ

Из галогенов непосредственно только с фтором.

С хлором реагирует при нагревании

Si + 2F2 = SiF4; Si + 2Cl2 = SiCl4;

Si + O₂ = SiO₂; Si + C = SiC; 3Si + 2N₂ = Si₃N;

С водородом не взаимодействует

3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЛОТАМИ

взаимодействует только со смесью плавиковой и азотной кислот, образуя гексафторокремниевую кислоту

3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂ + 4NO + 8H₂O

Взаимодействие с галогеноводородами (это не кислоты) – вытесняет водород, образуются галогениды кремния и водород

С фтороводородом реагирует при обычных условиях.

Si + 4HF = SiF₄ + 2H₂

4.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ЩЕЛОЧАМИ

Растворяется при нагревании в щелочах, образуя силикат и водород:

Si +2NaOH +H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂

Лекция 24

Неметаллы.

План лекции:

Неметаллы – простые вещества

Положение неметаллов в периодической системе

Число элементов-неметаллов значительно меньше, чем элементов-металлов Типичными неметаллическими свойствами обладают десять химических элементов (Н, С, N, Р, О, S, F, Cl, Br, I). Шесть элементов, которые обычно относят к неметаллам, проявляют двойственные (и металлические, и неметаллические) свойства (В, Si, As, Se, Те, At). И еще 6 элементов в последнее время стали включать в список неметаллов. Это так называе­мые благородные (или инертные) газы (Не, Ne, Аг, Кг, Хе, Rn). Итак, 22 из известных химических эле­ментов принято относить к неметаллам.

Элементы, проявляющие неметаллические свойства в периодической системе располагаются выше диагонали бор-астат (рис. 26).

Атомы большинства неметаллов, в отличие от ато­мов металлов, на внешнем электронном слое имеют боль­шое число электронов - от 4 до 8. Исключение состав­ляют атомы водорода, гелия, бора, которые имеют на внешнем уровне 1, 2 и 3 электрона соответственно.

Среди неметаллов только два элемента - водород (1s 1) и гелий (1s 2) относятся к s-семейству, все остальные при­надлежат к р -семейству.

Атомы типичных неметаллов (A) характеризуются высокой электроотрицательностью и большим сродством к электрону, что обусловливает их способность образо­вывать отрицательно заряженные ионы с электронными конфигурациями соответствующих инертных газов:

А 0 + nê → А n -

Эти ионы входят в состав ионных соединений неме­таллов с типичными металлами. Отрицательные степени окисления неметаллы имеют также в ковалентных соединениях с другими менее элек­троотрицательными неметаллами (в частности, с водоро­дом).

Атомы неметаллов в ковалентных соединениях с бо­лее электроотрицательными неметаллами (в частности, с кислородом) имеют положительные степени окисления. Высшая положительная степень окисления неметалла , как правило, равна номеру группы , в которой он нахо­дится.

Неметаллы – простые вещества

Несмотря на небольшое число элементов-неметаллов, их роль и значение как на Земле, так и в космосе огром­ны. 99% массы Солнца и других звезд составляют неме­таллы водород и гелий. Воздушная оболочка Земли со­стоит из атомов неметаллов - азота, кислорода и благо­родных газов. Гидросфера Земли образована одним из важнейших для жизни веществ - водой, молекулы ко­торой состоят из неметаллов водорода и кислорода. В живой материи главенствуют 6 неметаллов - углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера.

При обычных условиях вещества-неметаллы суще­ствуют в разных агрегатных состояниях:

1) газы: водород Н 2 , кислород О 2 , азот N 2 , фтор F 2 , хлор С1 2 , инертные газы: Не, Ne, Ar, Кг, Хе, Rn

2) жидкости: бром Вг 2

3) твердые вещества йод I 2 , углерод С, кремний Si, сера S, фосфор Р и др.

Семь элементов-неметаллов образуют простые веще­ства, существующие в виде двухатомных молекул Э 2 (водород Н 2 , кислород О 2 , азот N 2, фтор F 2 , хлор С1 2 , бром Вг 2, йод I 2) .

Так как в кристаллической решетке неметаллов между атомами нет свободных электронов, они отличаются по физическим свойствам от металлов:

¾ не имеют блеска;

¾ хрупкие, имеют различную твердость;

¾ плохо проводят тепло и электричество.

Твердые вещества-неметаллы в воде практически не­растворимы; газообразные О 2 , N 2 , Н 2 и галогены облада­ют очень малой растворимостью в воде.

Для ряда неметаллов характерна аллотропия - явление су­ществование одного элемента в виде нескольких простых веществ. Аллотропные модификации извес­тны для кислорода (кислород О 2 и озон О 3), серы (ромбичес­кая, моноклинная и пластическая), фосфора (белый, крас­ный и черный), углерода (графит, алмаз и карбин и др.), крем­ния (кристаллический и аморфный).

Химические свойства неметаллов

По химической активности неметаллы существенно различаются между собой. Так, азот и благородные газы, в химические реакции вступают только при очень жестких условиях (высокое давление и температура, наличие катализатора).

Наиболее химически активными неметаллами явля­ются галогены, водород и кислород. Сера, фосфор, а осо­бенно углерод и кремний реакционноспособны только при повышенных температурах.

Неметаллы в химических реакциях проявляют и окис­лительные, и восстановительные свойства. Наиболее высокая окислительная способность характерна для га­логенов и кислорода. У таких неметаллов, как водород, углерод, кремний, преобладают восстановительные свой­ства.

I. Окислительные свойства неметаллов:

1. Взаимодействие с металлами. При этом образуются бинарные соединения: с кислородом – оксиды, с водородом – гидриды, азотом – нитриды, галогенами – галогениды и т.д.:

2Cu + O 2 → 2CuO

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3

2. Взаимодействие с водородом. Неметаллы выступают в качестве окислителей и в реакциях с водородом, образуя при этом летучие водородные соеди­нения:

Н 2 + С1 2 → 2НС1

N 2 + 3Н 2 → t, p, кат. 2NH 3

3. Взаимодействие с неметаллами. Неметаллы проявляют окислительные свойства также в реакциях с менее электроотрицательными неметаллами:

2Р + 5С1 2 → 2РС1 5 ;

С + 2S → CS 2 .

4. Взаимодействие со сложными веществами. Окислительные свойства неметаллов могут проявляться и в реакциях со сложными веществами. Например, вода го­рит в атмосфере фтора:

2F 2 + 2Н 2 О → 4HF + О 2 .

II. Восстановительные свойства неметаллов

1. Взаимодействие с неметаллами . Восстановительные свойства неметаллы могут проявлять по отношению к неметаллам с большей электроотрицатель­ностью, и в первую очередь по отношению к фтору и кисло­роду:

4Р + 5О 2 → 2Р 2 О 5 ;

N 2 + О 2 → 2NO

2. Взаимодействие со сложными веществами. Некоторые неметаллы могут являться восстановителя­ми, что позволяет применять их в металлургическом произ­водстве:

С + ZnO → Zn + СО;

5Н 2 + V 2 О 5 → 2V + 5Н 2 О.

SiО 2 + 2С → Si + 2СО.

Восстановительные свойства неметаллы проявляют при взаимодействии со сложными веществами - сильными окис­лителями, например:

3S + 2КСlO 3 → 3SO 2 + 2КС1;

6Р + 5КСlO 3 → ЗР 2 O 5 + 5КС1.

С + 2H 2 SО 4 → СО 2 + 2SО 2 + 2Н 2 О;

3Р + 5HNО 3 + 2Н 2 О → ЗН 3 РО 4 + 5NO.

Общие способы получения неметаллов

Некоторые неметаллы встречаются в природе в свободном состоянии: это сера, кислород, азот, благородные газы. В первую очередь простые вещества - не­металлы входят в состав воздуха.

Большие количества газообразных кислорода и азота получают ректификацией воздуха (разделением).

Наиболее активные неме­таллы - галогены - получа­ют электролизом расплавов или растворов из соедине­ний. В промышленности с помощью электролиза в больших количествах получают одновременно три важнейших про­дукта: ближайший аналог фтора - хлор, водород и гидро­ксид натрия. В качестве электролита используют раствор хлори­да натрия, подаваемый в электролизер сверху.

Более подробно способы получения неметаллов будут рассмотрены далее, в соответствующих лекциях.

Положение элементов-неметаллов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева

· Элементы-неметаллы:

· s-элемент – водород;

· р-элементы 3 группы – бор;

· 4 группы – углерод и кремний;

· 5 группы – азот, фосфор и мышьяк,

· 6 группы – кислород, сера, селен и теллур

· 7 группы – фтор, хлор, бром, йод и астат.

Элементы 8 группы – инертные газы, занимают особое положение, они имеют полностью завершенный внешний электронный слой.

Химические элементы-неметаллы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от химического превращения, в котором они принимают участие.

Атомы самого электроотрицательного элемента – фтора – не способны отдавать электроны, он всегда проявляет только окислительные свойства, другие элементы могут проявлять и восстановительные свойства, хотя намного в меньшей степени, чем металлы. Наиболее сильными окислителями (принимают электроны) - являются фтор, кислород и хлор, преимущественно восстановительные свойства (отдают) проявляют водород, бор, углерод, кремний, фосфор, мышьяк и теллур. Промежуточные окислительно-восстановительные свойства имеют азот, сера, йод.

1. Взаимодействие с металлами:

2Na + Cl 2 = 2NaCl, Fe + S = FeS, 6Li + N 2 = 2Li 3 N, 2Ca + O 2 = 2CaO

в этих случаях неметаллы проявляют окислительные свойства, они принимают электроны, образуя отрицательно заряженные частицы.

2. Взаимодействие с другими неметаллами:

· взаимодействуя с водородом , большинство неметаллов проявляет окислительные свойства, образуя летучие водородные соединения – ковалентные гидриды:

3H 2 + N 2 = 2NH 3 , H 2 + Br 2 = 2HBr;

· взаимодействуя с кислородом , все неметаллы, кроме фтора, проявляют восстановительные свойства:

S + O 2 = SO 2 , 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 ;

· при взаимодействии с фтором фтор является окислителем, а кислород – восстановителем: 2F 2 + O 2 = 2OF 2 ;

· неметаллы взаимодействуют между собой , более электроотрицательный металл играет роль окислителя, менее электроотрицательный – роль восстановителя: S + 3F 2 = SF 6 , C + 2Cl 2 = CCl 4 .

Галогены (7 группа)

Химические свойства галогенов.

КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ КИСЛОТЫ ХЛОРА

· Хлорноватистая кислота HCl +1 O соли – гипохлориты

Существует только в виде разбавленных водных растворов.

Получение Cl2 + H2O = HCl + HClO

Химические свойства

HClO - слабая кислота и сильный окислитель:

1) Разлагается на свету, выделяя атомарный кислород HClO = HCl + O

2) Со щелочами дает соли – гипохлориты HClO + KOH = KClO + H2O

3) Взаимодействует с галогеноводородами 2HI + HClO = I2 + HCl + H2O

Хлористая кислота HClO2 (HClO2 - слабая кислота и сильный окислитель; соли хлористой кислоты – хлориты)

Химические свойства

1.HClO2 + KOH = KClO2 + H2O

2. Неустойчива, при хранении разлагается 4HClO2 = HCl + HClO3 + 2ClO2 + H2O

Хлорноватая кислота HCl O3 (HClO3 - Сильная кислота и сильный окислитель; соли хлорноватой кислоты – хлораты)

KClO 3 - Бертоллетова соль ; ее получают при пропускании хлора через подогретый (40°C) раствор KOH:

3Cl 2 + 6KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O

Бертоллетову соль используют в качестве окислителя; при нагревании она разлагается:

4KClO 3 = KCl + 3KClO 4 (без катализатора)

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 (катализатор MnO 2)

Хлорная кислота HClO4 (HClO4 - очень сильная кислота и очень сильный окислитель; соли хлорной кислоты – перхлораты )

Получение KClO4 + H2SO4 = KHSO4 + HClO4

Химические свойства

1) Взаимодействует со щелочами HClO4 + KOH = KClO4 + H2O

2) При нагревании хлорная кислота и ее соли разлагаются:

4HClO4 = 4ClO2 + 3O2 + 2H2O KClO4 = KCl + 2O2

Халькогены (элементы VIA группы)

Кислород, S, Se, Te, Po. Название халькогены означает «рождающие руды». Соединения серы: пирит, или железный колчедан – FeS2, киноварь – HgS, цинковая обманка – ZnS.

На внешнем энергетическом уровне у халькогенов 6 электронов. До завершения внешнего энергетического уровня атомам не хватает 2 электрона, поэтому они присоединяют электроны и проявляют в своих соединениях степень окисления -2.

Атомы серы, селена и теллура в своих соединениях с более электроотрицательными элементами проявляют положительные степени окисления +2, +4 и +6.

Кислород n=8 1s 2 2s 2 2p 4

Кислород входит в состав таких руд, как корунд – Al2O3, магнитный железняк, – Fe3O4, красный железняк – Fe2O3, бурый железняк - Fe2O3 ·

Кислород в соединении с фтором – OF2 проявляет степень окисления +2. Кислород входит в состав атмосферы, где на его долю приходится 21%.

Получение кислорода.

· В промышленности кислород получают из жидкого воздуха.

· Кислород можно получить и при разложении воды в специальном устройстве – электролизёре.

· В лаборатории используют пероксид водорода (Н2О2). Эта реакция идёт в присутствии катализатора – оксида марганца IV

· в лаборатории ещё используют реакцию разложения перманганата калия – KMnO 4 – «марганцовки».

· В лабораторных условиях кислород выделяется кислород при нагревании бертолетовой соли (хлората калия)

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 Катализатор - оксид марганца (MnO 2).

кислород существует в виде двух аллотропных модификаций –O 2 и О 3 .

Химические свойства

Кислород не взаимодействует с галогенами, благородными газами, золотом и платиной.

· Кислород энергично реагирует с металлами. Например, в реакции с литием, образуется оксид лития, в реакции с медью – оксид меди (II).

4Li + O 2 = 2Li 2 O 2Cu + O 2 = 2CuO

· Кислород реагирует с неметаллами.

S + O 2 = SO 2 4P + 5O 2 = 2P 2 O 5

Почти все реакции с кислородом экзотермические (то есть сопровождаются выделением теплоты). Исключение составляет реакция азота с кислородом, которая является эндотермической.

N 2 + O 2 ↔ 2NO – Q

· Кислород сложные вещества.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O 2H 2 S + 3O 2 = 2SO 2 + 2H 2 O

СЕРА n=16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Если большинство элементов-металлов не окрашены, исключение составляют только медь и золото, то практически все неметаллы имеют свой цвет: фтор – оранжево-желтый, хлор – зеленовато-желтый, бром – кирпично-красный, йод – фиолетовый, сера – желтая, фосфор может быть белым, красным и черным, а жидкий кислород – голубой.

Все неметаллы не проводят тепло и электрический ток, поскольку у них нет свободных носителей заряда – электронов, все они использованы для образования химических связей. Кристаллы неметаллов непластичные и хрупкие, так как любая деформация приводит к разрушению химических связей. Большинство из неметаллов не имеют металлического блеска.

Физические свойства неметаллов разнообразны и обусловлены разным типом кристаллических решеток.

1.4.1 Аллотропия

АЛЛОТРОПИЯ – существование химических элементов в двух или более молекулярных либо кристаллических формах. Например, аллотропами являются обычный кислород O 2 и озон O 3 ; в этом случае аллотропия обусловлена образованием молекул с разным числом атомов. Чаще всего аллотропия связана с образованием кристаллов различных модификаций. Углерод существует в двух четко различающихся кристаллических аллотропных формах: в виде алмаза и графита. Раньше полагали, что т.н. аморфные формы углерода, древесный уголь и сажа, – тоже его аллотропные модификации, но оказалось, что они имеют такое же кристаллическое строение, что и графит. Сера встречается в двух кристаллических модификациях: ромбической (a-S) и моноклинной (b-S); известны по крайней мере три ее некристаллические формы: l-S, m-S и фиолетовая. Для фосфора хорошо изучены белая и красная модификации, описан также черный фосфор; при температуре ниже –77°С существует еще одна разновидность белого фосфора. Обнаружены аллотропные модификации As, Sn, Sb, Se, а при высоких температурах – железа и многих других элементов.

1.5. Химические свойства неметаллов

Химические элементы-неметаллы могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от химического превращения, в котором они принимают участие.

Атомы самого электроотрицательного элемента – фтора – не способны отдавать электроны, он всегда проявляет только окислительные свойства, другие элементы могут проявлять и восстановительные свойства, хотя намного в меньшей степени, чем металлы. Наиболее сильными окислителями являются фтор, кислород и хлор, преимущественно восстановительные свойства проявляют водород, бор, углерод, кремний, фосфор, мышьяк и теллур. Промежуточные окислительно-восстановительные свойства имеют азот, сера, йод.

Взаимодействие с простыми веществами

Взаимодействие с металлами:

2Na + Cl 2 = 2NaCl,

6Li + N 2 = 2Li 3 N,

2Ca + O 2 = 2CaO

в этих случаях неметаллы проявляют окислительные свойства, они принимают электроны, образуя отрицательно заряженные частицы.

Взаимодействие с другими неметаллами:

Взаимодействуя с водородом, большинство неметаллов проявляет окислительные свойства, образуя летучие водородные соединения – ковалентные гидриды:

3H 2 + N 2 = 2NH 3 ,

H 2 + Br 2 = 2HBr;

Взаимодействуя с кислородом, все неметаллы, кроме фтора, проявляют восстановительные свойства:

S + O 2 = SO 2 ,

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 ;

При взаимодействии с фтором фтор является окислителем, а кислород – восстановителем:

2F 2 + O 2 = 2OF 2 ;

Неметаллы взаимодействуют между собой, более электроотрицательный металл играет роль окислителя, менее электроотрицательный – роль восстановителя:

S + 3F 2 = SF 6 ,

Химических элементов-неметаллов всего 16, но два из них, кислород и кремний составляют 76 % от массы земной коры. Неметаллы составляют 98,5 % от массы растений и 97,6 % от массы человека. Из углерода, водорода, кислорода, серы, фосфора и азота состоят все важнейшие органические вещества, они являются элементами жизни. Водород и гелий – основные элементы Вселенной из них состоят все космические объекты, включая наше Солнце.

Неметаллы – это химические элементы, атомы которых принимают электроны для завершения внешнего энергетического уровня, образуя при этом отрицательно заряженные ионы. Практически все неметаллы имеют сравнительно малые радиусы и большое число электронов на внешнем энергетическом уровне от 4 до 7, для них характерны высокие значения электроотрицательности и окислительные свойства.

Если в Периодической системе провести диагональ от бериллия к астату, то справа вверх по диагонали будут находиться элементы-неметаллы, а слева снизу – металлы, к ним же относятся элементы всех побочных подгрупп, лантаноиды и актиноиды. Элементы, расположенные вблизи диагонали, например, бериллий, алюминий, титан, германий, сурьма, обладают двойственным характером и относятся к металлоидам. Элементы 18 группы – инертные газы, имеют полностью завершенный внешний электронный слой, их иногда относят к неметаллам, но формально, по физическим признакам.

Электронные конфигурации валентных электронов элементов-неметаллов приведены в таблице:

Закономерности в изменении свойств элементов-неметаллов

В периоде с ростом заряда ядра (слева направо):

• радиус атома уменьшается,
• число электронов на внешнем энергетическом уровне увеличивается,
• электроотрицательность увеличивается,
• окислительные свойства усиливаются,
• неметаллические свойства усиливаются.

В группе с ростом заряда ядра (сверху вниз):

• радиус атома увеличивается,
• число электронов на внешнем энергетическом уровне не изменяется,
• электроотрицательность уменьшается,
• окислительные свойства ослабевают,
• неметаллические свойства ослабевают.

Таким образом, чем правее и выше стоит элемент в Периодической системе, тем ярче выражены его неметаллические свойства.

Неметаллами в главной подгруппе IV группы Периодической системы Д.И. Менделеева являются углерод и кремний. На внешнем энергетическом уровне этих элементов находятся 4 электрона (ns 2 np 2). В своих неорганических соединениях углерод имеет степень окисления +2 (в невозбужденном состоянии) и +4 (в возбужденном состоянии). В органических соединениях степень окисления углерода может быть любой от –4 до +4.

Для кремния наиболее устойчива степень окисления +4. Углерод и кремний образуют кислотные оксиды общей формулы ЭО 2 , а также летучие водородные соединения общей формулы ЭН 4 .

Неметаллами в V группе главной подгруппе Периодической системы Д.И. Менделеева являются азот, фосфор, мышьяк. На внешнем энергетическом уровне этих элементов находятся пять электронов: ns 2 np 3 . Азот в своих соединениях может проявлять степени окисления –3, –2, +1, +2, +3, +4, +5.
Для фосфора характерны степени окисления –3, +3, +5. Поскольку атом азота не имеет d-подуровня, он не может быть пятивалентным, но способен образовывать четвертую ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму. С увеличением порядкового номера внутри подгруппы увеличиваются радиусы атомов и ионов, уменьшается энергия ионизации. Происходит ослабление неметаллических свойств и усиление металлических.
С кислородом элементы главной подгруппы V группы образуют высшие оксиды состава R 2 O 5 . Все они являются кислотными оксидами. С водородом азот, фосфор и мышьяк образуют летучие газообразные соединения состава ЭН 3 .

Неметаллами главной подгруппы VI группы Периодической системы Д.И. Менделеева являются кислород, сера, селен и теллур. Конфигурация внешнего электронного уровня этих элементов ns 2 np 4 . В своих соединениях они проявляют наиболее характерные степени окисления –2, +4, +6 (кроме кислорода). С возрастанием порядкового номера в пределах подгруппы уменьшается энергия ионизации, увеличиваются размеры атомов и ионов, ослабляются неметаллические признаки элементов и нарастают металлические. Сера и селен образуют высшие оксиды типа RO 3 . Эти соединения являются типичными кислотными оксидами, которым соответствуют сильные кислоты типа H 2 RO 4 . Для неметаллов главной подгруппы VI группы характерны летучие водородные соединения общей формулой H 2 R. При этом полярность и прочность связи ослабевает от H 2 O к H 2 Te. Все водородные соединения, кроме воды, являются газообразными веществами. Водные растворы H 2 S, H 2 Se, H 2 Te являются слабыми кислотами.

Элементы VII группы главной подгруппы - фтор, хлор, бром, иод являются типичными неметаллами. Групповое название этих элементов - галогены от греческого halos - соль и genes - рождающий. Конфигурация внешнего электронного уровня этих галогенов ns 2 np 5 . Наиболее характерная степень окисления галогенов –1. Кроме того, хлор, бром и иод могут проявлять степени окисления + 3, + 5, + 7. В пределах каждого периода галогены - наиболее электроотрицательные элементы. Внутри подгруппы при переходе от фтора к астату происходит увеличение радиуса атома, неметаллические свойства уменьшаются, происходит уменьшение окислительных и увеличение восстановительных свойств. Все галогены образуют простые вещества - двухатомные молекулы Hal 2 . Фтор - самый электроотрицательный из химических элементов. Во всех своих соединениях имеет степени окисления –1. Высшие оксиды галогенов (кроме фтора) имеют общую формулу R 2 O 7 , являются кислотными оксидами. Им соответствуют сильные кислоты общей формулы HRO 4 (R = Cl, Br). Водородные соединения галогенов - галогеноводороды имеют общую формулу HHal. Их водные растворы являются кислотами, сила которых возрастает от HF к HI. Для галогенов существует закономерность: каждый предыдущий галоген способен вытеснять последующий из его соединений с металлами и водородом, например: Cl 2 + 2KBr = 2KCl + Br 2 .