Най-важните съединения на металите и неметалите. Прости вещества - неметали


По темата: Метали. Неметали

ВЪВЕДЕНИЕ

Цялото разнообразие на природата около нас се състои от комбинации от относително малък брой химически елементи.

В различни исторически епохи понятието „елемент“ е имало различно значение. Древногръцките философи са считали четири „елемента“ за „елементи“ – топлина, студ, сухота и влага. Комбинирайки се по двойки, те формираха четирите "принципа" на всички неща - огън, въздух, вода и земя. През Средновековието към тези принципи са добавени сол, сяра и живак. През 17 век Р. Бойл посочва, че всички елементи са материални по природа и техният брой може да бъде доста голям.

През 1787 г. френският химик А. Лавоазие създава „Таблица на простите тела“. Той включва всички елементи, известни по това време. Последните се разбирали като прости тела, които не могат да бъдат разложени химични методидо още по-простите. Впоследствие се оказа, че в таблицата има и някои сложни вещества.

Понастоящем понятието "химичен елемент" е точно установено.

Химическият елемент е група от атоми с еднакъв положителен ядрен заряд. (Последният е равен на поредния номер на елемента в периодичната таблица.)

В момента са известни 107 елемента. Около 90 от тях съществуват в природата. Останалите са получени изкуствено чрез ядрени реакции. Елементи 104-107 са синтезирани от физици от Обединения институт за ядрени изследвания в град Дубна. В момента продължава работата по изкуственото производство на химични елементи с елементи от по-висок порядък.

Всички елементи са разделени на метали и неметали. От 107 елемента 85 са метали. Неметалите включват следните елементи: хелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, флуор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сяра, селен, телур, азот, фосфор, арсен, въглерод, силиций, бор, водород. Това разделение обаче е условно. При определени условия някои метали могат да проявяват неметални свойства, а някои неметали могат да проявяват метални свойства.

НЕМЕТАЛИ

Позиция на неметалните елементи в периодичната система химически елементи. Да бъдеш сред природата. Общи химични и физични свойства

Има сравнително малко неметални елементи в сравнение с металните елементи. Поставянето им в периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев е отразено в таблица №1.

Поставяне на неметални елементи в периодична система

тема по група

VIII (благородни газове)


Таблица №1.

Както се вижда от таблица № 1, неметалните елементи са разположени предимно в горната дясна част периодична таблица. Тъй като в периоди отляво надясно ядрените заряди на атомите на елементите се увеличават и атомните радиуси намаляват, а в групите отгоре надолу атомните радиуси също се увеличават, ясно е защо неметалните атоми привличат външни електрони по-силно от металните атоми. В това отношение преобладават неметалите окислителни свойства. Особено силни окислителни свойства, т.е. способността да присъединяват електрони се проявява от неметалите, разположени във 2-ри и 3-ти периоди на групи VI-VII. Най-мощният окислител е флуорът. В съответствие с числените стойности на относителната електроотрицателност, окислителните способности на неметалите се увеличават в следния ред: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F. Следователно флуорът взаимодейства най-много енергийно с водород и метали:

Кислородът реагира по-малко енергично:

2H2 +O2 до 2H2O

Флуорът е най-типичният неметал, който няма редуциращи свойства, т.е. способността да отдава електрони в химични реакции.

Кислородът, съдейки по неговите съединения с флуор, също може да проявява положително състояние на окисление, т.е. бъди реставратор.

Всички други неметали проявяват редуциращи свойства. Освен това тези свойства постепенно нарастват от кислород към силиций: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Например, хлорът не се свързва директно с кислорода, но индиректно е възможно да се получат неговите оксиди (Cl2O, ClO2, Cl2O2), в които хлорът проявява положително състояние на окисление. При високи температури азотът директно се свързва с кислорода и следователно проявява редуциращи свойства. Сярата реагира още по-лесно с кислорода: тя също така проявява окислителни свойства.

Нека да преминем към разглеждане на структурата на неметалните молекули. Неметалите образуват както едноатомни, така и двуатомни молекули.

Едноатомните неметали включват инертни газове, които практически не реагират дори с най-много активни вещества. Благородните газове се намират в група VIII на периодичната система, а химичните формули на съответните прости вещества са както следва: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.

Някои неметали образуват двуатомни молекули. Това са H2, F2, Cl2, Br2, I2 (елементи от VII група на периодичната система), както и кислород O2 и азот N2. Газът озон (O3) се състои от триатомни молекули.

За неметалните вещества, които са в твърдо състояние, е доста трудно да се създаде химична формула. Въглеродните атоми в графита са свързани един с друг по различни начини. Трудно е да се изолира една молекула в горните структури. При писане на химични формули за такива вещества, както в случая с металите, се въвежда предположението, че такива вещества се състоят само от атоми. Химични формули, в този случай, се изписват без индекси - C, Si, S и т.н.

Прости вещества като озон и кислород, които имат еднакъв качествен състав (и двата се състоят от един и същ елемент - кислород), но се различават по броя на атомите в молекулата, имат различни свойства. Така кислородът няма мирис, докато озонът има остра миризма, която усещаме по време на гръмотевична буря. Свойствата на твърдите неметали, графит и диамант, които също имат еднакъв качествен състав, но различни структури, рязко се различават (графитът е крехък, диамантът е твърд). По този начин свойствата на дадено вещество се определят не само от неговия качествен състав, но и от това колко атома се съдържат в молекулата на веществото и как те са свързани помежду си.

Неметалите под формата на прости тела са в твърдо или газообразно състояние (с изключение на брома, който е течност). Те нямат физични свойстваприсъщи на металите. Твърдите неметали нямат блясъка, характерен за металите, обикновено са крехки и не провеждат добре електричество или топлина (с изключение на графита).

Общи химични свойства на неметалите.

Оксидите на неметалите се класифицират като киселинни оксиди, които съответстват на киселини. Неметалите образуват газообразни съединения с водород (например HCl, H2S, NH3). Водните разтвори на някои от тях (например халогеноводороди) са силни киселини. С металите типичните неметали образуват съединения с йонни връзки (например NaCl). Неметалите могат при определени условия да реагират помежду си, образувайки съединения с ковалентни полярни (H2O, HCl) и неполярни връзки (CO2).

Неметалите се образуват с водород летливи съединения, като флуороводород HF, сероводород H2S, амоняк NH3, метан CH4. Когато се разтворят във вода, водородните съединения на халогени, сяра, селен и телур образуват киселини със същата формула като самите водородни съединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.

Когато амонякът се разтвори във вода, се образува амонячна вода, обикновено означавана с формулата NH4OH и наречена амониев хидроксид. Означава се също с формулата NH3 H2O и се нарича амонячен хидрат.

С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимална степен на окисление, равна на номера на групата (например SO2, N2O5), докато в други тя е по-ниска (например SO2, N2O3). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO3 е по-силна от азотната киселина HNO2 и сярна киселина H2SO4 е по-силен от сярния H2SO3.

Строеж и свойства на прости вещества - неметали.

Най-типичните неметали имат молекулярна структура, докато по-малко типичните имат немолекулна структура. Това обяснява разликата в свойствата им. Това е ясно отразено в диаграма № 2.


Таблица № 2

Кристалният бор B (като кристален силиций) има много висока точка на топене (2075°C) и висока твърдост. Електрическата проводимост на бора се увеличава значително с повишаване на температурата, което прави възможно широкото му използване в полупроводниковата технология. Добавянето на бор към стоманата и сплавите от алуминий, мед, никел и др. подобрява техните механични свойства.

Боридите (съединения на бор с определени метали, например титан: TiB, TiB2) са необходими при производството на части за реактивни двигатели и лопатки на газови турбини.

Както може да се види от диаграма № 2, въглерод С, силиций Si, бор B имат подобна структура и имат някои общи свойства. Като прости вещества те се срещат в две форми – кристална и аморфна. Кристалните форми на тези елементи са много твърди, с високи точки на топене. Кристалният силиций има полупроводникови свойства.

Всички тези елементи образуват съединения с металите - карбиди, силициди и бориди (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Някои от тях имат по-голяма твърдост, например Fe3C, TiB. Калциевият карбид се използва за производството на ацетилен.

Ако сравним разположението на електроните в орбиталите на атомите на флуор, хлор и други халогени, тогава можем да преценим техните отличителни свойства. Флуорният атом няма свободни орбитали. Следователно атомите на флуора могат да проявяват само валентност I и степен на окисление – 1. В атомите на други халогени, например в атома на хлора, има свободни d-орбитали на същото енергийно ниво. Благодарение на това електронното сдвояване може да се случи по три различни начина.

В първия случай хлорът може да има степен на окисление +3 и да образува хлорна киселина HClO2, която съответства на соли - хлорити, например калиев хлорит KClO2.

Във втория случай хлорът може да образува съединения, в които степента на окисление на хлора е +5. Такива съединения включват перхлорна киселина HClO3 и нейните соли - хлорати, например калиев хлорат KClO3 (сол на Бертолет).

В третия случай хлорът проявява степен на окисление +7, например в перхлорната киселина HClO4 и в нейните соли - перхлорати, например в калиев перхлорат KClO4.

Кислородни и водородни съединения на неметалите. Кратко описание на свойствата им.

С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимална степен на окисление, равна на номера на групата (например SO2, N2O5), докато в други тя е по-ниска (например SO2, N2O3). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO3 е по-силна от азотната киселина HNO2, а сярната киселина H2SO4 е по-силна от сярната киселина H2SO3.

Характеристики на кислородни съединения на неметали:

1. Свойства на висши оксиди (т.е. оксиди, които съдържат елемент от тази група с най-висока степенокисляване) в периоди отляво надясно постепенно се променят от основни към киселинни.

2. В групите отгоре надолу киселинните свойства на висшите оксиди постепенно отслабват. Това може да се съди по свойствата на киселините, съответстващи на тези оксиди.

3. Увеличаването на киселинните свойства на висшите оксиди на съответните елементи в периоди отляво надясно се обяснява с постепенното увеличаване на положителния заряд на йоните на тези елементи.

4. В основните подгрупи на периодичната система на химичните елементи, в посока отгоре надолу, киселинните свойства на висшите оксиди на неметалите намаляват.

Общите формули на водородните съединения според групите на периодичната таблица на химичните елементи са дадени в таблица № 3.


Таблица № 3.

С металите водородът образува (с някои изключения) нелетливи съединения, които са твърди веществанемолекулна структура. Следователно техните точки на топене са относително високи.

С неметалите водородът образува летливи съединения с молекулярна структура. При нормални условия това са газове или летливи течности.

В периоди отляво надясно, киселинните свойства на летливите водородни съединения на неметалите в водни разтворизасилва се. Това се обяснява с факта, че кислородните йони имат свободни електронни двойки, а водородните йони имат свободна орбитала, тогава възниква процес, който изглежда така:

H2O + HF и H3O + F

Флуороводородът във воден разтвор премахва положителните водородни йони, т.е. проявява киселинни свойства. Този процес се улеснява и от друго обстоятелство: кислородният йон има несподелена електронна двойка, а водородният йон има свободна орбитала, поради което се образува донорно-акцепторна връзка.

Когато амонякът се разтвори във вода, протича обратният процес. И тъй като азотните йони имат несподелена електронна двойка, а водородните йони имат свободна орбитала, възниква допълнителна връзка и се образуват амониеви йони NH4+ и хидроксидни йони OH-. В резултат на това разтворът придобива основни свойства. Този процес може да се изрази с формулата:

H2O + NH3 и NH4 + OH

Молекулите на амоняк във воден разтвор прикрепват положителни водородни йони, т.е. амонякът проявява основни свойства.

Сега нека да разгледаме защо водородното съединение на флуора - флуороводород HF - във воден разтвор е киселина, но по-слаба от солната киселина. Това се обяснява с факта, че радиусите на флуорните йони са много по-малки от тези на хлорните йони. Следователно флуорните йони привличат водородните йони много по-силно от хлорните йони. В това отношение степента на дисоциация на флуороводородна киселина е много по-малка от тази на солната киселина, т.е. флуороводородната киселина е по-слаба от солната киселина.

От дадените примери могат да се направят следните общи изводи:

1. В периоди отляво надясно положителният заряд на йоните на елементите се увеличава. В тази връзка се засилват киселинните свойства на летливите водородни съединения на елементи във водни разтвори.

2. В групите отгоре надолу отрицателно заредените аниони привличат все по-малко положително заредените водородни йони Н+. В тази връзка се улеснява процесът на елиминиране на водородните йони Н+ и се повишават киселинните свойства на водородните съединения.

3. Водородните съединения на неметалите, които имат киселинни свойства във водни разтвори, реагират с алкали. Водородните съединения на неметалите, които имат основни свойства във водни разтвори, реагират с киселини.

4. Окислителната активност на водородните съединения на неметалите в групите отгоре надолу се увеличава значително. Например, невъзможно е да се окисли флуорът от водородното съединение HF химически, но хлорът може да се окисли от водородното съединение HCl с помощта на различни окислители. Това се обяснява с факта, че в групите отгоре надолу атомните радиуси рязко се увеличават и следователно преносът на електрони става по-лесен.

В момента са известни 105 химични елемента, повечето от които са метали. Последните са много разпространени в природата и се намират под формата на различни съединения в недрата на земята, водите на реки, езера, морета, океани, в състава на телата на животни, растения и дори в атмосферата.

По своите свойства металите се различават рязко от неметалите. За първи път тази разлика между метали и неметали е определена от М.В. „Металите“, пише той, „са твърди, ковки, лъскави тела.“

Когато класифицираме този или онзи елемент като метал, имаме предвид, че той има определен набор от свойства:

1. Плътна кристална структура.

2. Характерен метален блясък.

3. Висока топлопроводимост и електрическа проводимост.

4. Намаляване на електропроводимостта с повишаване на температурата.

5. Ниски стойности на йонизационния потенциал, т.е. способността лесно да дарява електрони.

6. Ковкост и пластичност.

7. Възможност за образуване на сплави.

Всички метали и сплави, използвани в момента в технологията, могат да бъдат разделени на две основни групи. Първият от тях включва черните метали - желязото и всички негови сплави, в които то съставлява основна част. Тези сплави са чугуни и стомани. В технологията често се използват така наречените легирани стомани. Те включват стомани, съдържащи хром, никел, волфрам, молибден, ванадий, кобалт, титан и други метали. Понякога легираните стомани съдържат 5-6 различни метала. Методът на легиране произвежда различни ценни стомани, които в някои случаи имат повишена якост, в други - висока устойчивост на абразия, в трети - устойчивост на корозия, т.е. способността да не се разрушава от външната среда.

Втората група включва цветните метали и техните сплави. Те получиха това име, защото имат различни цветове. Например медта е светлочервена, никелът, калайът, среброто са бели, оловото е синкаво-бяло, златото е жълто. Сред сплавите, намерили широко приложение в практиката: бронзът е сплав на мед с калай и други метали, месингът е сплав на мед с цинк, бабитът е сплав на калай с антимон и мед и др.

Това разделение на черни и цветни метали е произволно. Наред с черните и цветните метали има и група благородни метали: сребро, злато, платина, рутений и някои други. Те са наречени така, защото практически не се окисляват във въздуха дори при повишени температури и не се разрушават, когато са изложени на разтвори на киселини и основи.

II. Физични свойства на металите.

Отвън металите, както е известно, се характеризират предимно със специален "метален" блясък, който се определя от способността им да отразяват силно лъчите на светлината. Този блясък обаче обикновено се наблюдава само когато металът образува непрекъсната компактна маса. Вярно е, че магнезият и алуминият запазват блясъка си дори когато са превърнати в прах, но повечето метали са черни или тъмно сиви във фино раздробена форма. След това типичните метали имат висока топло- и електропроводимост и по отношение на способността им да провеждат топлина и ток са разположени в същия ред: най-добрите проводници са среброто и медта, най-лошите са оловото и живакът. С повишаване на температурата електропроводимостта намалява, а с понижаване на температурата, напротив, се увеличава.

Много важна собственостметалите е тяхната относително лесна механична деформируемост. Металите са пластични, лесно се коват, изтеглят на тел, навиват се на листове и др.

Характерните физични свойства на металите са свързани с характеристиките на тяхната вътрешна структура. Според съвременните възгледи металните кристали се състоят от положително заредени йони и свободни електрони, отделени от съответните атоми. Целият кристал може да си представим като пространствена решетка, чиито възли са заети от йони, а в пространствата между йоните има лесно подвижни електрони. Тези електрони постоянно се движат от един атом към друг и се въртят около ядрото на един или друг атом. Тъй като електроните не са свързани с конкретни йони, вече под въздействието на малка потенциална разлика те започват да се движат в определена посока, т.е. възниква електрически ток.

Наличието на свободни електрони определя и високата топлопроводимост на металите. Докато в непрекъснато движение, електроните постоянно се сблъскват с йони и обменят енергия с тях. Следователно вибрациите на йони, увеличени в дадена част от метала поради нагряване, незабавно се предават на съседни йони, от тях на следващия и т.н., и топлинното състояние на метала бързо се изравнява; цялата маса на метала приема същата температура.

Въз основа на тяхната плътност металите условно се разделят на две големи групи: леки метали, чиято плътност не надвишава 5 g/cm3, и тежки метали - всички останали.

Частиците на металите в твърдо и течно състояние са свързани чрез специален вид химична връзка - така наречената метална връзка. Обуславя се от едновременното наличие на обикновени ковалентни връзкимежду неутралните атоми и привличането на Кулон между йони и свободни електрони. по този начин метална връзкае свойство не на отделните частици, а на техния агрегат.

III. Химични свойства на металите.

Основното химическо свойство на металите е способността на техните атоми лесно да предават валентните си електрони и да се трансформират в положително заредени йони. Типичните метали никога не получават електрони; техните йони винаги са положително заредени.

Лесно отдавайки своите валентни електрони по време на химични реакции, типичните метали са енергийни редуциращи агенти. Способността за отдаване на електрони не се проявява в същата степен при отделните метали. Колкото по-лесно един метал отдава своите електрони, толкова по-активен е той, толкова по-енергично взаимодейства с други вещества. Потопете парче цинк в разтвор на малко оловна сол. Цинкът започва да се разтваря и оловото се освобождава от разтвора. Реакцията се изразява с уравнението:

Zn + Pb(NO3)2 = Pb + Zn(NO3)2

От уравнението следва, че тази реакция е типична окислително-редукционна реакция. Същността му се свежда до факта, че цинковите атоми предават валентните си електрони на двувалентни оловни йони, като по този начин се превръщат в цинкови йони, а оловните йони се редуцират и освобождават под формата на метално олово. Ако направите обратното, тоест потопете парче олово в разтвор на цинкова сол, тогава няма да настъпи реакция. Това показва, че цинкът е по-активен от оловото, че неговите атоми се отказват от електрони по-лесно и неговите йони по-трудно получават електрони, отколкото оловните атоми и йони.

Изместването на едни метали от техните съединения от други метали за първи път е изследвано подробно от руския учен Бекетов, който подрежда металите според намаляващата им химическа активност в така наречената „реда на изместване“. В момента серията на изместване на Бекетов се нарича серия на напрежението.

Метали, подредени във възходящ ред на техния стандарт

електродни потенциали и образуват електрохимична серия от метални напрежения: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb,

H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Редица напрежения характеризират химични свойстваметали:

  1. Колкото по-нисък е електродният потенциал на даден метал, толкова по-голяма е неговата редуцираща способност.
  2. Всеки метал е в състояние да измести (редуцира) от солеви разтвори тези метали, които са в серията на напрежение след него.
  3. Всички метали, които имат отрицателен стандартен електроден потенциал, тоест тези, които са разположени в серията напрежения вляво от водорода, са способни да го изместят от киселинни разтвори.

Трябва да се отбележи, че представената серия характеризира поведението на металите и техните соли само във водни разтвори и при стайна температура.

Освен това трябва да се има предвид, че високата електрохимична активност на металите не винаги означава високата им химическа активност. Например, серията от напрежения започва с литий, докато по-химически активните рубидий и калий са разположени вдясно от лития. Това се дължи на изключително високата енергия на процеса на хидратация на литиевите йони в сравнение с йоните на други алкални метали.

IV. Корозия на метали.

Почти всички метали, влизащи в контакт с околните газообразни или течна среда, повече или по-малко бързо се подлагат на унищожаване от повърхността. Причината за това е химическото взаимодействие на металите с газовете във въздуха, както и водата и разтворените в нея вещества.

Всеки процес на химическо разрушаване на метали под въздействието на околната среда се нарича корозия.

Корозията възниква най-лесно, когато металите влязат в контакт с газове. На повърхността на метала се образуват съответните съединения: оксиди, серни съединения, основни соли на въглеродна киселина, които често покриват повърхността с плътен слой, който предпазва метала от по-нататъшно излагане на същите газове.

По-различно е положението, когато металът влезе в контакт с течна среда - вода и разтворени в нея вещества.

Съединенията, образувани по време на този процес, могат да се разтворят, което позволява на корозията да се разпространи по-нататък в метала. В допълнение, водата, съдържаща разтворени вещества, е проводник на електрически ток, в резултат на което непрекъснато възникват електрохимични процеси, които са един от основните фактори, причиняващи и ускоряващи корозията.

Чистите метали в повечето случаи почти не са подложени на корозия. Дори метал като желязото, в напълно чист вид, почти не ръждясва. Но обикновените технически метали винаги съдържат различни примеси, което създава благоприятни условия за корозия.


и т.н.............

Изпращането на вашата добра работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

добра работакъм сайта">

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

Министерство на образованието и науката на Украйна

Метали и неметали

Завършено:

Одеса, 2014 г

Металите са елементи, които показват само положителни степени на окисление в техните съединения и в прости вещества, които имат метални връзки. Металната кристална решетка е решетка, образувана от неутрални атоми и метални йони, свързани заедно със свободни електрони. В метали във възли кристална решеткаима атоми и положителни йони.

Електроните, дарени от атомите, се споделят между атомите и положителните йони. Тази връзка се нарича метална. Следните физични свойства са най-характерни за металите: метален блясък, твърдост, пластичност, ковкост и добра проводимост на топлина и електричество. Топлопроводимостта и електропроводимостта намаляват в редицата метали: Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg.

Много метали са широко разпространени в природата. Така съдържанието на някои метали в земната кораследното:

Алуминий - 8,2%;

Желязо - 4,1%;

Калций - 4,1%;

Натрий - 2,3%;

Магнезий - 2,3%;

Калий - 2,1%;

Титан - 0,56%.

Отвън металите, както е известно, се характеризират предимно със специален "метален" блясък, който се определя от способността им да отразяват силно лъчите на светлината.

Този блясък обаче обикновено се наблюдава само когато металът образува непрекъсната компактна маса.

Вярно е, че магнезият и алуминият запазват блясъка си дори когато са превърнати в прах, но повечето метали са черни или тъмно сиви във фино раздробена форма. След това типичните метали имат висока топло- и електропроводимост и по отношение на способността им да провеждат топлина и ток са разположени в същия ред: най-добрите проводници са среброто и медта, най-лошите са оловото и живакът. С повишаване на температурата електропроводимостта намалява, а с понижаване на температурата, напротив, се увеличава.

Фигура 1:

Много важно свойство на металите е тяхната относително лесна механична деформируемост. Металите са пластични, лесно се коват, изтеглят на тел, навиват се на листове и др.

Характерните физични свойства на металите са свързани с характеристиките на тяхната вътрешна структура. Според съвременните възгледи металните кристали се състоят от положително заредени йони и свободни електрони, отделени от съответните атоми. Целият кристал може да си представим като пространствена решетка, чиито възли са заети от йони, а в пространствата между йоните има лесно подвижни електрони. Тези електрони постоянно се движат от един атом към друг и се въртят около ядрото на един или друг атом. Тъй като електроните не са свързани с определени йони, вече под въздействието на малка потенциална разлика те започват да се движат в определена посока, т.е. възниква електрически ток.

Наличието на свободни електрони определя и високата топлопроводимост на металите. Тъй като са в непрекъснато движение, електроните постоянно се сблъскват с йони и обменят енергия с тях. Следователно вибрациите на йони, които са се увеличили в дадена част от метала поради нагряване, веднага се предават на съседни йони, от тях на следващия и т.н., и топлинното състояние на метала бързо се изравнява, цялата маса на метала приема същата температура. Въз основа на тяхната плътност металите условно се разделят на две големи групи: леки метали, чиято плътност не надвишава 5 g/cm. кубически метра, а тежките метали - всички останали. Частиците на металите в твърдо и течно състояние са свързани чрез специален вид химична връзка - така наречената метална връзка. Определя се от едновременното наличие на обикновени ковалентни връзки между неутралните атоми и кулоновото привличане между йони и свободни електрони. По този начин металната връзка е свойство не на отделни частици, а на техните агрегати.

Най-активните метали от основните подгрупи са силни редуциращи агенти, следователно те редуцират водорода до степен на окисление -1 и образуват хидриди.

Концепцията за сплави.

Характерна особеност на металите е способността им да образуват сплави помежду си или с неметали.

За да се създаде сплав, смес от метали обикновено се стопява и след това се охлажда с различни скорости, които се определят от естеството на компонентите и начина, по който те взаимодействат с температурата.

Фигура 2:

Понякога сплавите се произвеждат чрез синтероване на фини метални прахове, без да се прибягва до топене (прахова металургия). Така че сплавите са продукти на химичното взаимодействие на металите.

Кристалната структура на сплавите е в много отношения подобна на чистите метали, които, взаимодействайки помежду си по време на топене и последваща кристализация, образуват:

а) химични съединения, наречени интерметални съединения;

б) твърди разтвори;

в) механична смес от съставни кристали.

Този или онзи тип взаимодействие се определя от съотношението на енергията на взаимодействие на различни и хомогенни частици на системата, т.е. съотношението на енергиите на взаимодействие на атомите в чисти метали и сплави.

Съвременната технология използва огромен брой сплави и в по-голямата част от случаите те се състоят не от две, а от три, четири и повечеметали Интересно е, че свойствата на сплавите често се различават рязко от свойствата на отделните метали, които ги образуват. Така сплав, съдържаща 50% бисмут, 25% олово, 12,5% калай и 12,5% кадмий, се топи само при 60,5 градуса по Целзий, докато компонентите на сплавта имат точки на топене от 271, 327, 232 и 321 градуса по Целзий. Твърдостта на калаения бронз (90% мед и 10% калай) е три пъти по-голяма от тази на чистата мед, а коефициентът на линейно разширение на желязо-никелови сплави е 10 пъти по-малък от този на чистите компоненти. Някои примеси обаче влошават качеството на металите и сплавите. Известно е например, че чугунът (сплав от желязо и въглерод) няма здравината и твърдостта, които са характерни за стоманата. В допълнение към въглерода, свойствата на стоманата се влияят от добавянето на сяра и фосфор, които увеличават нейната крехкост.

Сред свойствата на сплавите най-важното за практическо приложениеса устойчивост на топлина, устойчивост на корозия, механична якост и др.

За авиацията голяма стойностимат леки сплави на основата на магнезий, титан или алуминий за металообработващата промишленост - специални сплави, съдържащи волфрам, кобалт, никел; В електронната техника се използват сплави, чийто основен компонент е медта. Свръхмощни магнити са получени с помощта на продуктите от взаимодействието на кобалт, самарий и други редкоземни елементи, а сплавите, които са свръхпроводими при ниски температури, са базирани на интерметални съединения, образувани от ниобий с калай и др.

Цялото разнообразие на природата около нас се състои от комбинации от относително малък брой химически елементи.

В различни исторически епохи понятието „елемент“ е имало различно значение. Древногръцките философи са считали четири „елемента“ за „елементи“ – топлина, студ, сухота и влажност. Комбинирайки се по двойки, те формираха четирите "принципа" на всички неща - огън, въздух, вода и земя. През Средновековието към тези принципи са добавени сол, сяра и живак. През 17 век Р. Бойл посочва, че всички елементи са материални по природа и техният брой може да бъде доста голям.

През 1787 г. френският химик А. Лавоазие създава „Таблица на простите тела“. Той включва всички елементи, известни по това време. Последните се разбирали като прости тела, които не могат да бъдат разложени с химически методи на още по-прости. Впоследствие се оказа, че в таблицата има и някои сложни вещества.

Понастоящем понятието "химичен елемент" е точно установено.

Химическият елемент е група от атоми с еднакъв положителен ядрен заряд. Последният е равен на поредния номер на елемента в периодичната таблица. В момента са известни 107 елемента. Около 90 от тях съществуват в природата. Останалите се получават по изкуствен път ядрени реакции. Елементи 104-107 са синтезирани от физици от Обединения институт за ядрени изследвания в град Дубна. В момента продължава работата по изкуственото производство на химични елементи с елементи от по-висок порядък. Всички елементи са разделени на метали и неметали. От 107 елемента 85 са метали. Неметалите включват следните елементи: хелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, флуор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сяра, селен, телур, азот, фосфор, арсен, въглерод, силиций, бор, водород. Това разделение обаче е условно. При определени условия някои метали могат да проявяват неметални свойства, а някои неметали могат да проявяват метални свойства.

Има сравнително малко неметални елементи в сравнение с металните елементи.

Всички други неметали проявяват редуциращи свойства. Освен това тези свойства постепенно нарастват от кислород към силиций: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Например, хлорът не се свързва директно с кислорода, но неговите оксиди (Cl2O, ClO2, Cl2O2) могат да бъдат получени индиректно, при което хлорът проявява положително състояние на окисление. При високи температури азотът директно се свързва с кислорода и следователно проявява редуциращи свойства. Сярата реагира още по-лесно с кислорода: тя също така проявява окислителни свойства.

Неметалите образуват както едноатомни, така и двуатомни молекули.

Едноатомните неметали включват инертни газове, които практически не реагират дори с най-активните вещества. Благородните газове се намират в група VIII на периодичната система, а химичните формули на съответните прости вещества са както следва: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.

Някои неметали образуват двуатомни молекули. Това са H2, F2, Cl2, Br2, I2 (елементи от VII група на периодичната система), както и кислород O2 и азот N2. Газът озон (O3) се състои от триатомни молекули.

За неметалните вещества, които са в твърдо състояние, е доста трудно да се създаде химична формула. Въглеродните атоми в графита са свързани един с друг по различни начини. Трудно е да се изолира една молекула в горните структури. При писане на химични формули за такива вещества, както в случая с металите, се въвежда предположението, че такива вещества се състоят само от атоми. Химичните формули в този случай се изписват без индекси - C, Si, S и т.н.

Прости вещества като озон и кислород, които имат еднакъв качествен състав (и двата се състоят от един и същ елемент - кислород), но се различават по броя на атомите в молекулата, имат различни свойства. Така кислородът няма мирис, докато озонът има остра миризма, която усещаме по време на гръмотевична буря. Свойствата на твърдите неметали, графит и диамант, които също имат еднакъв качествен състав, но различни структури, рязко се различават (графитът е крехък, диамантът е твърд). По този начин свойствата на дадено вещество се определят не само от неговия качествен състав, но и от това колко атома се съдържат в молекулата на веществото и как те са свързани помежду си.

Неметалите под формата на прости тела са в твърдо или газообразно състояние (с изключение на брома, който е течност). Те нямат физическите свойства, присъщи на металите. Твърдите неметали нямат блясъка, характерен за металите, обикновено са крехки и не провеждат добре електричество или топлина (с изключение на графита).

Оксидите на неметалите се класифицират като киселинни оксиди, които съответстват на киселини. Неметалите образуват газообразни съединения с водород (например HCl, H2S, NH3). Водни разтвори на някои от тях (например халогеноводороди) - силни киселини. С металите типичните неметали образуват съединения с йонни връзки (например NaCl). Неметалите могат при определени условия да реагират помежду си, образувайки съединения с ковалентни полярни (H2O, HCl) и неполярни връзки (CO2).

С водорода неметалите образуват летливи съединения, като флуороводород HF, сероводород H2S, амоняк NH3, метан CH4. Когато се разтворят във вода, водородните съединения на халогени, сяра, селен и телур образуват киселини със същата формула като самите водородни съединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.

Когато амонякът се разтвори във вода, се образува амонячна вода, обикновено означавана с формулата NH4OH и наречена амониев хидроксид. Означава се също като NH3H2O ​​​​и се нарича амонячен хидрат.

С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимална степен на окисление, равна на номера на групата (например SO2, N2O5), докато в други тя е по-ниска (например SO2, N2O3). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO3 е по-силна от азотната киселина HNO2, а сярната киселина H2SO4 е по-силна от сярната киселина H2SO3.

Най-типичните неметали имат молекулярна структура, докато по-малко типичните имат немолекулна структура. Това обяснява разликата в свойствата им.

Кристалният бор B (като кристален силиций) има много висока точка на топене (2075°C) и висока твърдост. Електрическата проводимост на бора се увеличава значително с повишаване на температурата, което прави възможно широкото му използване в полупроводниковата технология. Добавянето на бор към стоманата и сплавите от алуминий, мед, никел и др. подобрява техните механични свойства.

Боридите (съединения на бор с определени метали, например титан: TiB, TiB2) са необходими при производството на части за реактивни двигатели и лопатки на газови турбини.

Както може да се види от диаграма № 2, въглерод С, силиций Si, бор B имат подобна структура и имат някои общи свойства. Като прости вещества те се срещат в две форми – кристална и аморфна. Кристалните форми на тези елементи са много твърди, с високи точки на топене. Кристалният силиций има полупроводникови свойства.

Всички тези елементи образуват съединения с металите - карбиди, силициди и бориди (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Някои от тях имат по-голяма твърдост, например Fe3C, TiB. Калциевият карбид се използва за производството на ацетилен. Ако сравним разположението на електроните в орбиталите на атомите на флуор, хлор и други халогени, тогава можем да преценим техните отличителни свойства. Флуорният атом няма свободни орбитали. Следователно атомите на флуора могат да проявяват само валентност I и степен на окисление - 1. В атомите на други халогени, например в атома на хлора, има свободни d-орбитали на същото енергийно ниво. Благодарение на това електронното сдвояване може да се случи по три различни начина.

В първия случай хлорът може да има степен на окисление +3 и да образува хлорна киселина HClO2, която съответства на соли - хлорити, например калиев хлорит KClO2.

Във втория случай хлорът може да образува съединения, в които степента на окисление на хлора е +5. Такива съединения включват хлоронова киселина HClO3 и нейните соли - хлорати, например калиев хлорат KClO3 (сол на Бертолет).

В третия случай хлорът проявява степен на окисление +7, например в перхлорната киселина HClO4 и в нейните соли - перхлорати, например в калиев перхлорат KClO4.

Кислородни и водородни съединения на неметалите. Кратко описаниетехните свойства.

С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимална степен на окисление, равна на номера на групата (например SO2, N2O5), докато в други тя е по-ниска (например SO2, N2O3). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO3 е по-силна от азотната киселина HNO2, а сярната киселина H2SO4 е по-силна от сярната киселина H2SO3.

Характеристики кислородни съединениянеметали:

1. Свойствата на висшите оксиди (т.е. оксидите, които съдържат елемент от дадена група с най-висока степен на окисление) постепенно се променят от основни към киселинни в периоди отляво надясно;

2. В групите отгоре надолу киселинните свойства на висшите оксиди постепенно отслабват. Това може да се съди по свойствата на киселините, съответстващи на тези оксиди;

3. Увеличаването на киселинните свойства на висшите оксиди на съответните елементи в периоди отляво надясно се обяснява с постепенното увеличаване на положителния заряд на йоните на тези елементи;

4. В основните подгрупи на периодичната система на химичните елементи, в посока отгоре надолу, киселинните свойства на висшите оксиди на неметалите намаляват.

С металите водородът образува (с някои изключения) нелетливи съединения, които са твърди вещества немолекулна структура. Следователно техните точки на топене са относително високи.

С неметалите водородът образува летливи съединения с молекулярна структура. При нормални условия това са газове или летливи течности.

В периоди отляво надясно киселинните свойства на летливите водородни съединения на неметалите във водни разтвори се увеличават. Това се обяснява с факта, че кислородните йони имат свободни електронни двойки, а водородните йони имат свободна орбитала, тогава възниква процес, който изглежда така:

H2O + HF > H3O + F

Флуороводородът във воден разтвор елиминира положителните водородни йони, т.е. проявява киселинни свойства. Този процес се улеснява и от друго обстоятелство: кислородният йон има несподелена електронна двойка, а водородният йон има свободна орбитала, поради което се образува донорно-акцепторна връзка.

Когато амонякът се разтвори във вода, протича обратният процес. И тъй като азотните йони имат несподелена електронна двойка, а водородните йони имат свободна орбитала, възниква допълнителна връзка и се образуват амониеви йони NH4+ и хидроксидни йони OH-. В резултат на това разтворът придобива основни свойства. Този процес може да се изрази с формулата:

оксидация на метална молекула

H2O + NH3 > NH4 + OH

Молекулите на амоняка във воден разтвор свързват положителни водородни йони, т.е. амонякът проявява основни свойства.

Сега нека да разгледаме защо водородното съединение на флуора - флуороводород HF - във воден разтвор е киселина, но по-слаба от солната киселина. Това се обяснява с факта, че радиусите на флуорните йони са много по-малки от тези на хлорните йони.

Следователно флуорните йони привличат водородните йони много по-силно от хлорните йони. В това отношение степента на дисоциация на флуороводородна киселина е много по-малка от тази на солната киселина, т.е. флуороводородна киселина е по-слаба от солната киселина.

Публикувано на Allbest.ru

...

Подобни документи

    Физични свойства на металите и сплавите. Химични свойства на металите и сплавите. Сплави. Изисквания към сплавите и видовете сплави. Методи за изпитване на печатащи сплави. Метали и сплави, използвани в печата.

    резюме, добавено на 09/06/2006

    Основни характеристики на атомите. Връзка между киселинно-алкалните свойства на оксида и електроотрицателността. Деление на елементите на метали и неметали. Видове химични връзки. Схеми за образуване на молекули на прости вещества, въглероден диоксид. Обща концепцияотносно валентността.

    лекция, добавена на 22.04.2013 г

    Кристална структура на ниобий, злато и техните сплави; брой и позиция на междувъзлията. Nb-V диаграма на състоянието на системата; графика на зависимостта на периода на кристалната решетка от състава на сплавта; стереографски проекции; кристалографски изчисления.

    курсова работа, добавена на 05/09/2013

    Концепцията за степента на окисление на елементите в неорганична химия. Получаване на SiO2 филми чрез термично окисление. Анализ на влиянието на технологичните параметри върху процеса на оксидиране на силиций. Фактори, влияещи върху скоростта на производство и качеството на SiO2 филми.

    резюме, добавено на 12/03/2014

    Обща информацияза свойствата на d-елементите. Степени на окисление. Комплексообразуване, металопорфирини. Обща информация за биологична роля d-елементи: желязо, мед, кобалт, манган, молибден. Осцилаторни реакции. Метод на реакцията на Бригс-Раушер.

    курсова работа, добавена на 23.11.2015 г

    Съставяне на уравнения на окислително-редукционните реакции с помощта на метода на електронния баланс. Степента на окисление е условният заряд на атома на елемента. Общи редуциращи агенти. Свободни неметали, които се превръщат в отрицателни йони. Ефект на концентрацията.

    презентация, добавена на 17.05.2014 г

    Основни характеристики на атомите, изчисляване на техния радиус и енергийни показатели. Йонизационна енергия или йонизационен потенциал. Афинитетът на атома към електроните. Електроотрицателност и скала на Полинг. Принципи на разделяне на елементите на метали и неметали.

    презентация, добавена на 22.04.2013 г

    Концепцията за амоняк, тяхното използване в химичния анализ. Характеристики и свойства на азота, молекулярна структура. Степени на окисление на азота в съединенията. Форма на молекулата на амоняка. Провеждане на експеримент за изследване на свойствата на амоняка, медта и никела.

    курсова работа, добавена на 02.10.2013 г

    Металите са прости вещества, които при нормални условия имат характерни свойства. Металите са химически елементи, характеризиращи се със способността си да отделят външни електрони. Видове класификация на металите. Разделяне на металите на непреходни и преходни.

    резюме, добавено на 15.03.2009 г

    Основни приближения на потенциалния метод. Свойства и структура на ковалентните кристали. Кристална структура на металите. Съвременни представифизика на метала. Основните недостатъци на модела на свободния електрон. Оценка на енергията на свързване в металите.

НЕМЕТАЛИ, химични елементи, които нямат свойства, характерни за металите. Неметалите обикновено са лоши проводници на топлина и електричество (те обикновено са изолатори на топлина и електричество). Неметалите включват въглерод,... Научно-технически енциклопедичен речник

Химични елементи, които образуват прости тела, които нямат свойства, характерни за металите. Неметалите обикновено включват 22 елемента: газовете водород, азот, кислород, флуор, хлор и благородни газове; течен бром; твърди вещества бор,..... Голям Енциклопедичен речник

НЕМЕТАЛИ- хим. елементи, които образуват в свободно състояние прости вещества, които нямат физични свойства. и хим. свойства (виж); остаряло наименование на металоидите. Обичайно е да се включват 22 елемента в периодичната таблица на елементите на Д.И. Менделеев (виж): водород... Голяма политехническа енциклопедия

Химични елементи, които образуват прости тела, които нямат свойства, характерни за металите. Неметалите обикновено включват 22 елемента: газовете водород, азот, кислород, флуор, хлор и благородни газове; течен бром; твърди веществабор,..... Енциклопедичен речник

Неметали- химични елементи, които образуват прости тела, които нямат свойствата, характерни за металите. Неметалите включват 22 елемента. От тях при стайна температура H, N, O, F, Cl... са в газообразно състояние. Енциклопедичен речник по металургия

Химически елементи, които образуват прости тела, които нямат свойства, характерни за металите (вижте Метали). Името Metalloids, което понякога се използва за N., изчезва от употреба. Н. включва 22 елемента. От тях при ..... Велика съветска енциклопедия

Прост във ва, който не притежава свойствата на металите. Въпреки че е невъзможно да се направи рязка граница между металите и азота, обичайно е да се включват благородни газове, водород, халогени, кислород, халкогени, азот, фосфор, арсен, въглерод, силиций и бор... Голям енциклопедичен политехнически речник

Chem. елементи, които образуват прости тела, които нямат свойства, характерни за металите. Азотът обикновено включва 22 елемента: газовете водород, азот, кислород, флуор, хлор и благородни газове; течен бром; телевизор тела бор, въглерод, силиций, фосфор,... ... Естествена наука. Енциклопедичен речник

НЕМЕТАЛИ- прости вещества, които нямат свойствата на металите: нямат метален блясък, не са пластични, не провеждат добре топлина и електричество. Няма рязка граница между неметалите и металите. Неметалите включват 22 елемента. От тях с нормални... ... Металургичен речник

Неорганичната химия е дял от химията, свързан с изучаването на структурата, реактивността и свойствата на всички химични елементи и техните неорганични съединения. Тази област обхваща всички химични съединения, с изключение на органичните... ... Wikipedia

Книги

(второ поколение). Помагалото включва тестове, обхващащи две теми от учебника на О. С. Габриелян... Сред простите вещества някои се различават по редица общи характеристики. Те имат характерен блясък, пластичност и добре провеждат електричество. Такива прости вещества се наричатметали (фиг. 11.3), а съответните химични елементи саметални елементи

. Всички метали имат немолекулна структура. Един от най-важните метали е желязото.

Таблица. Някои метали, продукти от тях и споменаване в литературата Au

Златен пекторал (фрагмент)

Ревът утихна и блясъкът избледня, Само злато блести като слънце, Вятърът свири над синята степ и слави скитското име.Борис Мозолевски.

Скитска степАл

Алуминиеви изделия

Скулптурата "Ерос" в Piccadilly Circus в Лондон, Великобритания е една от първите скулптури, направени с помощта на алуминий. Cu

Меден ветропоказател

Медта, подобно на златото, се различава от другите метали по своя характерен цвят.

И медното хаванче, червена мед, само чукалото е счупено...Иван Карпенко Кари.

Сто хиляди

Тогава майка му, княгиня Олга, се приближи до Святослав; тя държеше в ръцете си шлем, изработен от най-добрите ковачи от червена мед, позлатен, украсен с много скъпоценни камъни.Семьон Скляренко.

Святослав Hg (Живак при стандартни условия t

= 25 °C, P = 1 atm) - течност

И в продължение на няколко сажена около лодката мътно блестеше тежка, неподвижна като живак мъртва вълна.Чингиз Айтматов.

Пъстро куче, тичащо край брега на морето Ag

Блажен човекът, който е придобил мъдрост, и човекът, който е придобил разум, защото придобиването й е по-добро от намирането на сребро.

Иван Огиенко.Библия

ZnПоцинковани съдове за готвене

О, колко много, колко много майски локви - Парчета син цинк!

Василий Казин.Работен май

Ръбовете на езерцето се облицоват с цинк, като веднъж седмично този цинк се изважда и се носи в кухнята, където се полира до блясък.

Джеръм К. Джеръм.Трима на велосипеди / Превод А. Попов

Неметалисвойства, характерни за металите, не са присъщи. Въпреки това, няма ясна граница между тези групи вещества.Материал от сайта

например, силиций- неметални. На външен вид обаче лесно може да се обърка с метал. Силицият се използва широко като материал за производството на полупроводникови устройства и пластини за слънчеви енергийни системи. Неметалният графит, подобно на металите, провежда електрически ток.

Неметалите отговарят неметални химически елементи.

Въглеродът, сярата, фосфорът, кислородът, азотът, хлорът, бромът и йодът са класифицирани като неметали. Хлорът е газ. Бромът е летлива течност. Йодните кристали имат характерен цвят и блясък, които го правят донякъде подобен на металите. При нагряване йодът произвежда лилави пари.

Неметалите се състоят предимно от молекули. Въпреки това диамант(просто вещество въглерод) и силиций- вещества с атомна структура.

Имената на металите и неметалите са общи съществителни, а не собствени имена.

Как можете да разберете от периодичната таблица дали даден химичен елемент е метален или неметален? Има значително по-малко неметални елементи. Те са разположени предимно от дясната страна на периодичната таблица. Техните клетки са подчертани с дебела линия.

На тази страница има материали по следните теми:

  • Cheat sheet за метали и неметали

  • Комуникация на метали и неметали

  • Доклад по химия на металите и неметалите

  • Училищен отчет - неметали

  • Какво е метал и неметал?

Въпроси относно този материал:

МНОУ "Лицей"

Реферат по химия по темата:

"Неметали"

Завършено:

ученици от 11 "А" клас

Кучеренко Мария,

Шадрина Ксения.

Проверено:

учител по химия

Щербакова Марина

Александровна.

Кемерово - 2002г

Въведение…………………………………………………………………………………..3

§1. Положението на неметалните елементи в периодичната таблица на химичните елементи. Да бъдеш сред природата. Общи химични и физични свойства……………………………………4

§2. Общи химични свойства на неметалите………………………..6

§3. Строеж и свойства на прости вещества – неметали………7

§4. Кислородни и водородни съединения на неметалите. Кратко описание на свойствата им…………………………………………………………9

Тест

Списък на използваната литература

Въведение .

Цялото разнообразие на природата около нас се състои от комбинации от относително малък брой химически елементи.

В различни исторически епохи понятието „елемент“ е имало различно значение. Древногръцките философи са считали четири „елемента“ за „елементи“ – топлина, студ, сухота и влага. Комбинирайки се по двойки, те формираха четирите "принципа" на всички неща - огън, въздух, вода и земя. През Средновековието към тези принципи са добавени сол, сяра и живак. През 17 век Р. Бойл посочва, че всички елементи са материални по природа и техният брой може да бъде доста голям.

През 1787 г. френският химик А. Лавоазие създава „Таблица на простите тела“. Той включва всички елементи, известни по това време. Последните се разбирали като прости тела, които не могат да бъдат разложени с химически методи на още по-прости. Впоследствие се оказа, че в таблицата има и някои сложни вещества.

Понастоящем понятието "химичен елемент" е точно установено.

Химическият елемент е група от атоми с еднакъв положителен ядрен заряд. (Последният е равен на поредния номер на елемента в периодичната таблица.)

В момента са известни 107 елемента. Около 90 от тях съществуват в природата. Останалите са получени изкуствено чрез ядрени реакции. Елементи 104-107 са синтезирани от физици от Обединения институт за ядрени изследвания в град Дубна. В момента продължава работата по изкуственото производство на химични елементи с елементи от по-висок порядък.

Всички елементи са разделени на метали и неметали. От 107 елемента 85 са метали. Неметалите включват следните елементи: хелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, флуор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сяра, селен, телур, азот, фосфор, арсен, въглерод, силиций, бор, водород. Това разделение обаче е условно. При определени условия някои метали могат да проявяват неметални свойства, а някои неметали могат да проявяват метални свойства.

§1. Положението на неметалните елементи в периодичната таблица на химичните елементи. Да бъдеш сред природата. Общи химични и физични свойства.

Има сравнително малко неметални елементи в сравнение с металните елементи. Поставянето им в периодичната таблица на химичните елементи D.I. Менделеев е отразено в таблица №1.

Таблица №1.

Както се вижда от таблица № 1, неметалните елементи са разположени предимно в горната дясна част на периодичната система. Тъй като в периоди отляво надясно ядрените заряди на атомите на елементите се увеличават и атомните радиуси намаляват, а в групите отгоре надолу атомните радиуси също се увеличават, ясно е защо неметалните атоми привличат външни електрони по-силно от металните атоми. В това отношение неметалите имат преобладаващи окислителни свойства. Особено силни окислителни свойства, т.е. способността да присъединяват електрони се проявява от неметалите, разположени във 2-ри и 3-ти периоди на групи VI-VII. Най-мощният окислител е флуорът. В съответствие с числените стойности на относителната електроотрицателност, окислителните способности на неметалите се увеличават в следния ред: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F. Следователно флуорът взаимодейства най-много енергийно с водород и метали:

Кислородът реагира по-малко енергично:

Флуорът е най-типичният неметал, който няма редуциращи свойства, т.е. способността да отдава електрони в химични реакции.

Кислородът, съдейки по неговите съединения с флуор, също може да проявява положително състояние на окисление, т.е. бъди реставратор.

Всички други неметали проявяват редуциращи свойства. Освен това тези свойства постепенно нарастват от кислород към силиций: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Например, хлорът не се свързва директно с кислорода, но индиректно е възможно да се получат неговите оксиди (Cl2O, ClO2, Cl2O2), в които хлорът проявява положително състояние на окисление. При високи температури азотът директно се свързва с кислорода и следователно проявява редуциращи свойства. Сярата реагира още по-лесно с кислорода: тя също така проявява окислителни свойства.

Нека да преминем към разглеждане на структурата на неметалните молекули. Неметалите образуват както едноатомни, така и двуатомни молекули.

Едноатомните неметали включват инертни газове, които практически не реагират дори с най-активните вещества. Благородните газове се намират в група VIII на периодичната система, а химичните формули на съответните прости вещества са както следва: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.

Някои неметали образуват двуатомни молекули. Това са H2, F2, Cl2, Br2, I2 (елементи от VII група на периодичната система), както и кислород O2 и азот N2. Газът озон (O3) се състои от триатомни молекули.

За неметалните вещества, които са в твърдо състояние, е доста трудно да се създаде химична формула. Въглеродните атоми в графита са свързани един с друг по различни начини. Трудно е да се изолира една молекула в горните структури. При писане на химични формули за такива вещества, както в случая с металите, се въвежда предположението, че такива вещества се състоят само от атоми. Химичните формули в този случай се изписват без индекси - C, Si, S и т.н.

Прости вещества като озон и кислород, които имат еднакъв качествен състав (и двата се състоят от един и същ елемент - кислород), но се различават по броя на атомите в молекулата, имат различни свойства. Така кислородът няма мирис, докато озонът има остра миризма, която усещаме по време на гръмотевична буря. Свойствата на твърдите неметали, графит и диамант, които също имат еднакъв качествен състав, но различни структури, рязко се различават (графитът е крехък, диамантът е твърд). По този начин свойствата на дадено вещество се определят не само от неговия качествен състав, но и от това колко атома се съдържат в молекулата на веществото и как те са свързани помежду си.

Неметалите под формата на прости тела са в твърдо или газообразно състояние (с изключение на брома, който е течност). Те нямат физическите свойства, присъщи на металите. Твърдите неметали нямат блясъка, характерен за металите, обикновено са крехки и не провеждат добре електричество или топлина (с изключение на графита).

§2. Общи химични свойства на неметалите.

Оксидите на неметалите се класифицират като киселинни оксиди, които съответстват на киселини. Неметалите образуват газообразни съединения с водород (например HCl, H2S, NH3). Водните разтвори на някои от тях (например халогеноводороди) са силни киселини. С металите типичните неметали образуват съединения с йонни връзки (например NaCl). Неметалите могат при определени условия да реагират помежду си, образувайки съединения с ковалентни полярни (H2O, HCl) и неполярни връзки (CO2).

С водорода неметалите образуват летливи съединения, като флуороводород HF, сероводород H2S, амоняк NH3, метан CH4. Когато се разтворят във вода, водородните съединения на халогени, сяра, селен и телур образуват киселини със същата формула като самите водородни съединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.

Когато амонякът се разтвори във вода, се образува амонячна вода, обикновено означавана с формулата NH4OH и наречена амониев хидроксид. Означава се също с формулата NH3 H2O и се нарича амонячен хидрат.

С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимална степен на окисление, равна на номера на групата (например SO2, N2O5), докато в други тя е по-ниска (например SO2, N2O3). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO3 е по-силна от азотната киселина HNO2, а сярната киселина H2SO4 е по-силна от сярната киселина H2SO3.

§3. Строеж и свойства на прости вещества - неметали.

Най-типичните неметали имат молекулярна структура, докато по-малко типичните имат немолекулна структура. Това обяснява разликата в свойствата им. Това е ясно отразено в диаграма № 2.

Таблица № 2

Кристалният бор B (като кристален силиций) има много висока точка на топене (2075°C) и висока твърдост. Електрическата проводимост на бора се увеличава значително с повишаване на температурата, което прави възможно широкото му използване в полупроводниковата технология. Добавянето на бор към стоманата и сплавите от алуминий, мед, никел и др. подобрява техните механични свойства.

Боридите (съединения на бор с определени метали, например титан: TiB, TiB2) са необходими при производството на части за реактивни двигатели и лопатки на газови турбини.

Както може да се види от диаграма № 2, въглерод С, силиций Si, бор B имат подобна структура и имат някои общи свойства. Като прости вещества те се срещат в две форми – кристална и аморфна. Кристалните форми на тези елементи са много твърди, с високи точки на топене. Кристалният силиций има полупроводникови свойства.

Всички тези елементи образуват съединения с металите - карбиди, силициди и бориди (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Някои от тях имат по-голяма твърдост, например Fe3C, TiB. Калциевият карбид се използва за производството на ацетилен.

Ако сравним разположението на електроните в орбиталите на атомите на флуор, хлор и други халогени, тогава можем да преценим техните отличителни свойства. Флуорният атом няма свободни орбитали. Следователно атомите на флуора могат да проявяват само валентност I и степен на окисление – 1. В атомите на други халогени, например в атома на хлора, има свободни d-орбитали на същото енергийно ниво. Благодарение на това електронното сдвояване може да се случи по три различни начина.

В първия случай хлорът може да има степен на окисление +3 и да образува хлорна киселина HClO2, която съответства на соли - хлорити, например калиев хлорит KClO2.

Във втория случай хлорът може да образува съединения, в които степента на окисление на хлора е +5. Такива съединения включват хлоронова киселина HClO3 и нейните соли - хлорати, например калиев хлорат KClO3 (сол на Бертолет).

В третия случай хлорът проявява степен на окисление +7, например в перхлорната киселина HClO4 и в нейните соли - перхлорати, например в калиев перхлорат KClO4.

§4. Кислородни и водородни съединения на неметалите. Кратко описание на свойствата им.

С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимална степен на окисление, равна на номера на групата (например SO2, N2O5), докато в други тя е по-ниска (например SO2, N2O3). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO3 е по-силна от азотната киселина HNO2, а сярната киселина H2SO4 е по-силна от сярната киселина H2SO3.

Характеристики кислородни съединения на неметали:

1. Свойствата на по-висшите оксиди (т.е. оксидите, които съдържат елемент от дадена група с най-висока степен на окисление) постепенно се променят от основни към киселинни в периоди отляво надясно.

2. В групите отгоре надолу киселинните свойства на висшите оксиди постепенно отслабват. Това може да се съди по свойствата на киселините, съответстващи на тези оксиди.

3. Увеличаването на киселинните свойства на висшите оксиди на съответните елементи в периоди отляво надясно се обяснява с постепенното увеличаване на положителния заряд на йоните на тези елементи.

4. В основните подгрупи на периодичната система на химичните елементи, в посока отгоре надолу, киселинните свойства на висшите оксиди на неметалите намаляват.

Общите формули на водородните съединения според групите на периодичната таблица на химичните елементи са дадени в таблица № 3.

Таблица № 3.

С металите водородът образува (с някои изключения) нелетливи съединения, които са твърди вещества с немолекулна структура. Следователно техните точки на топене са относително високи.

С неметалите водородът образува летливи съединения с молекулярна структура. При нормални условия това са газове или летливи течности.

В периоди отляво надясно киселинните свойства на летливите водородни съединения на неметалите във водни разтвори се увеличават. Това се обяснява с факта, че кислородните йони имат свободни електронни двойки, а водородните йони имат свободна орбитала, тогава възниква процес, който изглежда така:

H2O + HF - H3O + F

Флуороводородът във воден разтвор премахва положителните водородни йони, т.е. проявява киселинни свойства. Този процес се улеснява и от друго обстоятелство: кислородният йон има несподелена електронна двойка, а водородният йон има свободна орбитала, поради което се образува донорно-акцепторна връзка.

Когато амонякът се разтвори във вода, протича обратният процес. И тъй като азотните йони имат несподелена електронна двойка, а водородните йони имат свободна орбитала, възниква допълнителна връзка и се образуват амониеви йони NH4+ и хидроксидни йони OH-. В резултат на това разтворът придобива основни свойства. Този процес може да се изрази с формулата:

H2O + NH3-NH4 + OH

Молекулите на амоняк във воден разтвор прикрепват положителни водородни йони, т.е. амонякът проявява основни свойства.

Сега нека да разгледаме защо водородното съединение на флуора - флуороводород HF - във воден разтвор е киселина, но по-слаба от солната киселина. Това се обяснява с факта, че радиусите на флуорните йони са много по-малки от тези на хлорните йони. Следователно флуорните йони привличат водородните йони много по-силно от хлорните йони. В това отношение степента на дисоциация на флуороводородна киселина е много по-малка от тази на солната киселина, т.е. флуороводородната киселина е по-слаба от солната киселина.

От дадените примери може да се направи следното заключение: общи изводи:

1. В периоди отляво надясно положителният заряд на йоните на елементите се увеличава. В тази връзка се засилват киселинните свойства на летливите водородни съединения на елементи във водни разтвори.

2. В групите отгоре надолу отрицателно заредените аниони привличат все по-малко положително заредените водородни йони Н+. В тази връзка се улеснява процесът на елиминиране на водородните йони Н+ и се повишават киселинните свойства на водородните съединения.

3. Водородните съединения на неметалите, които имат киселинни свойства във водни разтвори, реагират с алкали. Водородните съединения на неметалите, които имат основни свойства във водни разтвори, реагират с киселини.

4. Окислителната активност на водородните съединения на неметалите в групите отгоре надолу се увеличава значително. Например, невъзможно е да се окисли флуорът от водородното съединение HF химически, но хлорът може да се окисли от водородното съединение HCl с помощта на различни окислители. Това се обяснява с факта, че в групите отгоре надолу атомните радиуси рязко се увеличават и следователно преносът на електрони става по-лесен.

Списък на използваната литература.

1. Рудзитис Г.Е., Фелдман Ф.Г. Химия-11 - М.: Образование, 1992.

2. Кременчугская М., Василиев С. Наръчник за ученици - М.: AST, 1999.

3. Хомченко Г.П. Химия за постъпващите в университети - М.: висше училище, 1993.