Неметаллы. 
Химия

Изучив материал данной главы, вы будете:

знать

• • общие физические и химические свойства неметаллов;
• • общие методы получения неметаллов;
• • типичные свойства водорода и неметаллов IV—VII групп Периодической таблицы;
• • классификацию и номенклатуру соединений неметаллов;

уметь

• • определять принадлежность химического элемента к металлам или неметаллам;
• • составлять уравнения реакций неметаллов с кислотами, другими неметаллами и металлами, обменных и окислительно-восстановительных реакций оксидов и кислот.

Общая характеристика

К неметаллам относится сравнительно небольшое число химических элементов — 23. Из них водород и гелий принадлежат s-блоку Периодической таблицы, все остальные — p-блоку. Среди неметаллов шесть элементов группы VIIIA, не образующих в природе химических соединений, поэтому называемых благородными газами (по аналогии с золотом, платиной и некоторыми другими химически стойкими металлами). Внутри p-блока неметаллы находятся выше диагонали, проходящей через элементы В, Si, As, Те, At. Элементы, расположенные на диагонали, проявляют признаки металличности, поэтому называются металлоидами. Они входят в число 23 неметаллов. Только один неметалл, германий, находится в таблице ниже диагонали.

В природе неметаллы имеются в значительно большем количестве, чем металлы. В целом во Вселенной водород и гелий составляют около 99% всей массы вещества (не считая так называемой невидимой массы, природа которой неизвестна). В земной коре в результате процессов, сопровождавших образование нашей планеты, содержание самых легких элементов: водорода и гелия — резко уменьшилось. Поэтому доля неметаллов в сумме снизилась до 75%. На первое место по общему содержанию выходит кислород, за ним идет кремний; 1% приходится на водород (включая гидросферу), а остальные неметаллы составляют лишь 0,4% массы земной коры. В виде простых веществ (наряду с минералами сложного состава) в земной коре присутствуют углерод и сера, а в атмосфере в газообразном состоянии — кислород, азот и благородные газы.

Роль неметаллов в природе определяется прежде всего тем, что именно они образуют важнейшие вещества жизни — белки, нуклеотиды, углеводы, жиры. Поэтому соответствующие элементы: углерод, водород, кислород, азот, серу и фосфор — объединяют под общим названием органогены.

В практической деятельности человек постоянно сталкивается со сложным и противоречивым влиянием химических элементов и их соединений на условия своей жизни. Можно привести бесчисленное множество примеров. Вот некоторые из них.

• 1. Уголь и химические соединения углерода незаменимы как источник энергии, но образующийся при сжигании углекислый газ постепенно накапливается в атмосфере и начинает опасным образом влиять на климат: происходит глобальное потепление, ведущее к множеству нежелательных последствий. Однако углекислый газ вовсе не является принципиально вредным веществом. Он необходим растениям для синтеза органических веществ, для их роста.
• 2. Кислород необходим для жизни не только как элемент в составе органических веществ, но и как простое вещество для осуществления процессов окисления в клетках живых существ. Однако в разных отраслях промышленности приходится производить много веществ, неустойчивых к действию кислорода, и разрабатывать способы их защиты от атмосферного кислорода. Кроме того, атмосферный кислород является опасным фактором возникновения такого ужасного бедствия, как пожары.
• 3. Сера необходима не только как элемент белков, но и как составная часть множества химикатов. Одной только серной кислоты производится десятки миллионов тонн. В то же время большие проблемы вызывает попадание оксида серы (IV) в атмосферу, так как сжигаемый каменный уголь всегда содержит примесь соединений серы. Далее оксид серы (IV) окисляется до оксида серы (VI), а последний, соединяясь с водой, образует серную кислоту, выпадающую на землю в виде кислых дождей. Происходит подкисление воды в водоемах, ведущее к гибели многих видов рыб.

Рассмотрим важнейшие общие свойства неметаллов.

Почти у всех неметаллов на валентных sи р-подуровнях находится не менее половины от максимального числа электронов, равного восьми. Исключение составляет атом бора, имеющий лишь три электрона. Достаточно высокая заселенность валентных орбиталей электронами обусловливает более высокую электроотрицательность неметаллов по сравнению с металлами. Она повышается при переходе от группы IVA к группе VIIA. К элементам группы VIIIA: гелию, неону и аргону — понятие электроотрицательности не применяется, так как они не образуют химических связей. Наибольшая электроотрицательность у фтора (X ⁼ 4), а наименьшая среди неметаллов у бора и кремния (% = 1,8). Атомы неметаллов между собой образуют ковалентные связи (полярные и неполярные), а с металлами — преимущественно ионные связи.

Типичная валентность неметаллов второго периода равна числу неспаренных электронов у соответствующих атомов. В случае бора и углерода все валентные электроны могут становиться неспаренными, чем и обусловлена валентность бора — 3 и углерода — 4. У азота, кислорода и фтора число неспаренных электронов последовательно уменьшается, и валентность понижается до 3, 2 и 1 соответственно. Это видно на примере водородных соединений: СН₄, NH₃, Н₂0, HF. Важные особенности в валентных состояниях проявляют элементы третьего периода. У них появляется свободный 3<1-подуровень, доступный для перехода электронов в возбужденное состояние. Благодаря этому могут возникать состояния с высшей валентностью, численно равной номеру группы. Однако устойчивы эти состояния только в соединениях с кислородом и фтором.

Кислородные соединения неметаллов проявляют кислотные свойства. Оксиды реагируют с водой с образованием кислот. Поведение водородных соединений неметаллов более разнообразно. Они могут быть как сильными (НС1), так и слабыми (H₂S) кислотами, основаниями (NH₃) или не проявлять обычных кислотно-основных свойств (углеводороды).

Вопросы и задания

• 1. Охарактеризуйте положение неметаллов в Периодической таблице.
• 2. Каким блокам принадлежат элементы-неметаллы?
• 3. Как изменяются неметаллические свойства по периодам и группам Периодической таблицы?
• 4. Перечислите важнейшие общие свойства неметаллов.
• 5. Какие свойства характерны для кислородных соединений неметаллов?