Неметаллы в периодической системе
У неметаллов степень окисления в водородных соединениях может быть определена по разности (Г — 18), где Г — номер группы, в которой располагается данный неметалл. Следовательно, каждый атом неметалла может соединяться с (18 — Г) атомами водорода. Так, один атом углерода (14-я группа) может соединиться с четырьмя атомами водорода, поскольку степень окисления углерода равна (14 — 18) = — 4. Высшая… Читать ещё >
Неметаллы в периодической системе (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В результате изучения данной главы студент должен: знать
- • положение неметаллов в периодической системе;
- • биологическую роль неметаллов;
- • применение неметаллов в медицине и фармации; уметь
- • характеризовать особенности строения атомов неметаллических элементов;
- • описывать важнейшие способы получения неметаллов;
- • проводить реакции обнаружения основных соединений неметаллов; владеть
- • навыками написания электронных конфигураций и электронных структур атомов-неметаллов;
- • навыками составления уравнений реакций, характеризующих химические свойства неметаллов, а также их водородных и кислородных соединений.
При изучении структуры периодической системы и расположения в ней химических элементов легко заметить, что металлические элементы отделены от неметаллов условной диагональной линией, проходящей от бора к астату. Наиболее типичные неметаллы занимают верхнюю правую часть таблицы и по периодам распределяются следующим образом: в первом периоде — два (Н, Не); во втором — шесть (В, С, N, О, F, Ne); в третьем — пять (Si, Р, S, С1, Аг); в четвертом — четыре (As, Se, Вг, Кг); в пятом — три (Те, I, Хе); в шестом — два (At, Rn).
Экспериментальные исследования, полученные в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна), указывают на то, что 118-й элемент имеет восьмиэлектрониую наружую оболочку, но отличается от благородных газов тем, что это металл.
Неметаллы располагаются в 13—18-й группах, и электронные конфигурации их наружных оболочек от В к Ne изменяются в последовательности ns2np] —" ns2np6, т. е. неметаллы 13—18-й групп относятся к элементам р-семейства (рис. 12.1).
Чем правее расположен неметалл, тем выше энергия ионизации, тем больше его сродство к электрону. Поэтому атомы неметаллов проявляют тенденцию к формированию электронной оболочки с конфигурацией благородного газа, что реализуется возрастающей слева направо способностью к присоединению электронов. Внутри групп эти закономерности проявляются снизу вверх, поэтому наиболее электроотрицательным элементом является фтор.
Рис. 12.1. Свойства неметаллов.
У неметаллов степень окисления в водородных соединениях может быть определена по разности (Г — 18), где Г — номер группы, в которой располагается данный неметалл. Следовательно, каждый атом неметалла может соединяться с (18 — Г) атомами водорода. Так, один атом углерода (14-я группа) может соединиться с четырьмя атомами водорода, поскольку степень окисления углерода равна (14 — 18) = - 4. Высшая положительная степень окисления неметаллов обычно равна +(Г — 10). Например, степень окисления хлора в НСЮ4 равна +7.
Семь неметаллических элементов существуют в виде двухатомных молекул: пять из них при нормальных условиях представляют собой газы — водород, азот, кислород, фтор и хлор; бром — жидкость, а иод — кристаллическое вещество, способное возгоняться, не плавясь.
Остальные неметаллы при нормальных условиях образуют кристаллы с различной структурой (например, углерод в виде алмаза) или являются газообразными (благородные газы).
Неметаллические элементы в природе встречаются главным образом в виде соединений, что объясняется их высокой химической активностью. Кислород, азот, сера, углерод и благородные газы встречаются в виде простых веществ.
Обобщая физические свойства неметаллов, следует отметить, что они не имеют характерного блеска и различно окрашены; в кристаллическом состоянии отличаются структурой и прочностью кристаллов; плохо проводят теплоту и электрический ток.
Оксиды большинства неметаллов являются ковалентными соединениями и по своим химическим свойствам относятся к кислотным оксидам.
При получении неметаллических элементов в виде простых веществ исходят прежде всего от их химической активности. Общее в этих методах заключается в том, что в большинстве случаев в их основе лежат окислительно-восстановительные реакции.
Химическая активность неметаллов варьирует в широких пределах.
За исключением благородных газов, неметаллы образуют летучие водородные соединения, которые получают либо прямым взаимодействием простых веществ, либо косвенным путем:
Устойчивость водородных соединений внутри групп сверху вниз ослабевает. В периодах слева направо усиливаются кислотные свойства водородных соединений: здесь наиболее выраженные кислотные свойства характерны для соответствующего галогенводорода.
Неметаллы образуют соединения с кислородом, подавляющее большинство которых (кроме OF2) относится к кислотным оксидам. Оксиды, в которых неметаллический элемент находится в более низкой положительной степени окисления, проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства:
Если в оксидах неметаллический элемент находится в высшей степени окисления, то он проявляет только (!) окислительные свойства:
Оксидам неметаллов соответствуют оксокислоты, свойства которых зависят от степени окисления характеристических атомов.
Если характеристический атом находится в низшей положительной степени окисления, то такие кислоты — слабые электролиты; для них характерны как окислительные, так и восстановительные свойства (например: HN02; H2S03; Н3Р03; НСЮ2). Если же характеристический атом находится в состоянии наивысшей степени окисления, то такие кислоты являются.
+5 +6 +7.
окислителями (например: HN03; H2S04; НСЮ4).
Неметаллы одной группы, находясь в одинаковой степени окисления, образуют оксокислоты, сила которых убывает по мере увеличения заряда ядра. Так, в группе галогенов в ряду ПСЮ3 — НВгОэ — НЮ3 наиболее слабой кислотой является НЮ3, наиболее сильной — НСЮ3.
Аналогичная зависимость прослеживается и для неметаллов 14—16-й групп.
В пределах периодов слева направо сила оксокислот возрастает:
Таким образом неметаллы взаимодействуют между собой, с металлами, кислотами, щелочами. Эти взаимодействия студентам предлагается разобрать в качестве самостоятельной работы.
Резюме Неметаллических элементов в периодической системе — 22, и они располагаются в 13—18-й группах.
На внешнем энергетическом уровне эти элементы содержат 4—8 электронов (исключение составляет бор, у которого три электрона).
Они характеризуются различными агрегатными состояниями — от газообразного до кристаллического. Для некоторых (углерод, фосфор, кислород, сера и др.) характерно явление аллотропии. Неметаллические элементы, находящиеся в твердом состоянии, являются преимущественно аморфными; для большинства из них характерны низкие значения теплопроводности и электрической проводимости. За исключением гелия и неона остальные неметаллы образуют оксиды и гидроксиды, большинство из которых проявляют кислотные свойства.
Как правило, они характеризуются высокой электроотрицательностью и являются активными окислителями.
Вопросы и задания.
- 1. Перечислите неметаллические элементы, укажите их положение в периодической системе элементов Д. И. Менделеева.
- 2. Почему с увеличением номера периода число неметаллических элементов убывает? Ответ обоснуйте в соответствии со строением атома.
- 3. На примере неметаллов второго периода объясните закономерности изменения строения наружных электронных оболочек.
- 4. Какие закономерности наблюдаются в изменениях свойств неметаллов, относящихся к третьему периоду?
- 5. Как изменяются окислительные свойства неметаллов внутри периода и внутри группы? Ответ подтвердите конкретными примерами.
- 6. Известно, что внутри периода с увеличением заряда ядра возрастает высшая степень окисления. Исходя из этого выпишите формулы высших кислородных кислот неметаллов третьего периода и сопоставьте их окислительные свойства.
- 7. Для неметаллов второго периода напишите формулы возможных оксидов и охарактеризуйте их свойства в виде соответствующих уравнений реакций.
- 8. Перечислите неметаллы, которые в виде простых веществ представлены двухатомными молекулами. Объясните их строение и охарактеризуйте реакционную способность.
- 9. Напишите формулы каждого из перечисленных ниже соединений и укажите степень окисления неметаллов — характеристических атомов: азотистая кислота, сульфид железа, хлорат калия, перйодат натрия, фосфат кальция, гидрокарбонат натрия.
- 10. Существует ли взаимосвязь между электроотрицателыюстыо элемента и степенью окисления? Ответ обоснуйте на конкретных примерах.