Строение и свойства простых веществ — неметаллов

Самые типичныенеметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичныенемолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств.

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.

Кристаллический бор В (как икристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С)и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температурысильно увеличивается, что дает возможность широко применять его вполупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.

Бориды (соединения бора снекоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при изготовлениидеталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.

Все эти элементы образуют соединения с металлами — карбиды, силициды и бориды (CaC2,Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые изних обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется дляполучения ацетилена.

Если сравнить расположениеэлектронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов, то можносудить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I истепень окисления — 1. В атомах других галогенов, например ватоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов можетпроизойти тремя разными путями.

В первом случае хлор можетпроявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют солихлориты, например хлорит калия KClO2.

Во втором случае хлор можетобразовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К такимсоединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 иее соли — хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).

В третьем случае хлор проявляетстепень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO4 ив ее солях — перхлоратах, например в перхлорате калия КClO4. атом заряд кислородный неметалл Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их свойств.

С кислородом неметаллы образуюткислотные 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 кислотодного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степеньокисления. Например, азотная кислота HNO3сильнее азотистой HNO2, а серная кислота H2SO4сильнее сернистой H2SO3.

Характеристики кислородных соединений неметалов:

• 1. Свойствавысших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы свысшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются отосновных к кислотным.
• 2. В группахсверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этомможно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.
• 3. Возрастаниекислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слеванаправо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этихэлементов.
• 4. В главныхподгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверхувниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.

С металлами водород образует (занекоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми веществаминемолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.

С неметаллами водород образуетлетучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы илилетучие жидкости.

В периодах слева направокислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворахусиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободныеэлектронные пары, а ионы водорода — свободную орбиталь, то происходит процесс, котроый выглядит следующим образом:

H2O + HF, а H3O + F.

Фтороводород в водном раствореотщепляет положительные ионы водорода, т. е. проявляет кислотные свойства. Этомупроцессу способствует и другое обстоятельство: ион кислорода имеет неподеленнуюэлектронную пару, а ион водорода — свободную орбиталь, благодаря чемуобразуется донорно-акцепторная связь.

При растворении аммиака в водепроисходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют неподеленнуюэлектронную пару, а ионы водорода — свободную орбиталь, возникаетдополнительная связь и образуются ионы аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В результате раствор приобретает основныесвойства. Этот процесс можно выразить формулой:

H2O + NH3 а NH4 + OH.

Молекулы аммиака в водномрастворе присоединяют положительные ионы водорода, т. е. аммиак проявляетосновные свойства. Теперь рассмотрим, почемуводородное соединение фтора — фтороводород HF — вводном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Этообъясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора. Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионыхлора. В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительноменьше, чем соляной кислоты, т. е. фтороводородная кислота слабее соляной кислоты.

Из приведенных примеров можносделать следующие общие выводы:

• 1. В периодахслева направо у ионов элементов положительный заряд увеличивается. В связи сэтим кислотные свойства летучих водородных соединений элементов в водныхрастворах усиливаются.
• 2. В группахсверху вниз отрицательно заряженные анионы все слабее притягивают положительнозаряженные ионы водорода Н+. В связи с этим облегчается процесс отщепленияионов водорода Н+ и кислотные свойства водородных соединений увеличиваются.
• 3. Водородныесоединения неметаллов, обладающие в водных растворах кислотными свойствами, реагируют со щелочами. Водородные же соединения неметаллов, обладающие в водныхрастворах основными свойствами, реагируют с кислотами.
• 4. Окислительнаяактивность водородных соединений неметаллов в группах сверху вниз сильноувеличивается. Например, окислить фтор из водородного соединения HF химическим путем нельзя, окислить же хлор из водородногосоединения HCl можно различными окислителями. Этообъясняется тем, что в группах сверху вниз резко возрастают атомные радиусы, всвязи с чем отдача электронов облегчается.