Неметаллы - это химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, не обладающие физическими свойствами металлов . Из 114 химических элементов 92 относятся к металлам, 22 являются неметаллами. Неметаллы - простые вещества, при обычных условиях могут быть газами, жидкостями и твёрдыми веществами (рис. 46).
Рис. 46.
Простые вещества - неметаллы
Лабораторный опыт № 6
Ознакомление с коллекцией неметаллов
Ознакомьтесь с коллекцией неметаллов. Запишите химические формулы выданных вам неметаллов, расположите их в порядке возрастания:
- плотности;
- твёрдости;
- блеска;
- интенсивности изменения цвета.
Для выполнения задания используйте приложения 1 и 2, дополнительные источники информации.
Газами являются гелий Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Их называют инертными газами. Молекулы инертного газа состоят из одного атома. На внешнем электронном слое у атомов инертных газов (за исключением гелия) восемь электронов. У гелия - два. Своей химической устойчивостью инертные газы напоминают благородные металлы - золото и платину, и у них есть второе название - благородные газы. Это название более подходит к инертным газам, которые всё-таки вступают иногда в химические реакции и образуют соединения. В 1962 г. появилось сообщение о том, что получено соединение ксенона с фтором. Сейчас известно уже более 150 соединений ксенона, криптона, радона с фтором, кислородом, хлором и азотом.
Представление о химической исключительности благородных газов оказалось не очень состоятельным, и потому вместо предполагаемой нулевой группы инертные газы были помещены в VIII группу (VIIIA группу) таблицы Д. И. Менделеева.
Гелием, по легкости уступающим только водороду, но, в отличие от последнего, негорючим, т. е. не представляющим пожарной опасности, заполняют аэростаты и дирижабли (рис. 47).
Рис. 47.
Воздушные шары и дирижабли заполняют гелием
Неон используют для изготовления световой рекламы (рис. 48). Вспомните образное выражение «улицы города были залиты неоном».
Газы водород, кислород, азот, хлор, фтор образуют двухатомные молекулы, соответственно - Н 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , F 2 .
Состав вещества изображают на письме, используя химические знаки и цифры - индексы, с помощью химической формулы. По химической формуле, как вы уже знаете, вычисляют относительную молекулярную массу вещества (Мr). Относительная молекулярная масса простого вещества равна произведению относительной атомной массы на число атомов в молекуле, например кислорода O 2:
Мr(02) = Аr(0) × 2 = 16 × 2 = 32.
Однако элемент кислород образует ещё одно газообразное простое вещество - озон, в состав молекул которого входят уже три атома кислорода. Химическая формула озона 0 3 , а его относительная молекулярная масса: Мr(03) = 16 × 3 = 48.
Свойства аллотропных модификаций химического элемента кислорода - простых веществ кислорода O 2 и озона O 3 - различны. Кислород не имеет запаха, а озон пахнет (отсюда и его название - в переводе с греческого озон означает «пахнущий»). Этот запах, аромат свежести, можно почувствовать во время грозы, так как озон образуется в малых количествах в воздухе в результате электрических разрядов.
Кислород - газ без цвета, а озон имеет бледно-фиолетовый цвет. Озон более бактерициден (лат. цидао - убивать), чем кислород. Поэтому озон применяют для обеззараживания питьевой воды. Озон способен удерживать ультрафиолетовые лучи солнечного спектра, губительные для всего живого на Земле, и потому озоновый слой, располагающийся в атмосфере на высоте 20-35 км, защищает жизнь на нашей планете (на рисунке 49 вы видите фотографию, сделанную из космоса с помощью искусственного спутника Земли, где области пониженного содержания озона в атмосфере («озоновые дыры») обозначены белым цветом).
Рис. 49.
«Озоновые дыры» в атмосфере Земли
Из простых веществ - неметаллов при обычных условиях жидкостью является только бром, молекулы которого двухатомны. Формула брома Вr 2 . Это тяжёлая бурая, с неприятным запахом жидкость (отсюда и название, так как бромос с древнегреческого переводится как «зловонный»).
Некоторые твёрдые вещества - неметаллы известны с древнейших времён - это сера и углерод (в форме древесного угля, алмаза и графита).
У твёрдых веществ - неметаллов также наблюдается явление аллотропии. Так, элемент углерод образует такие различные по внешнему виду простые вещества, как алмаз, графит (рис. 50). Причина отличия свойств алмаза и графита состоит в строении кристаллических решёток этих веществ, которые вы рассмотрите несколько позднее.
Рис. 50.
Аллотропные видоизменения углерода и области их применения
Элемент фосфор имеет две аллотропные модификации: фосфор красный (им покрывают боковую сторону спичечного коробка) и фосфор белый. Последний имеет четырёхатомную молекулу, состав его отражается формулой Р 4 .
Твёрдым веществом - неметаллом является кристаллический иод с двухатомной молекулой I 2 . Не путайте его со спиртовым раствором иода - йодной настойкой, которая имеется в каждой домашней аптечке.
Кристаллический иод и графит не похожи на остальные простые вещества - неметаллы, они имеют металлический блеск.
Чтобы показать относительность деления простых веществ на основании их физических свойств на металлы и неметаллы, рассмотрим аллотропию химического элемента олова Sn. При комнатной температуре обычно существует бета-олово (β-Sn). Это всем известное белое олово - металл, из которого раньше отливали оловянных солдатиков (рис. 51, а) (вспомните сказку X. К. Андерсена «Стойкий оловянный солдатик»). Оловом покрывают изнутри консервные банки (рис. 51, б). Оно входит в состав такого известного сплава, как бронза, а также припоя (рис. 51, в).
Рис. 51.
Области применения олова:
а - игрушки; б - производство консервных банок; в - припой
При температуре ниже +13,2 °С более устойчиво альфа-олово (α-Sn) - серый мелкокристаллический порошок, имеющий скорее свойства неметалла. Процесс превращения белого олова в серое быстрее всего идёт при температуре, равной -33 °С. Это превращение получило образное название «оловянная чума».
Сравним теперь простые вещества - металлы и неметаллы с помощью таблицы 3.
Таблица 3
Простые вещества
Ключевые слова и словосочетания
- Благородные газы.
- Аллотропия и аллотропные видоизменения, или модификации.
- Кислород и озон.
- Алмаз и графит.
- Фосфор красный и белый.
- Белое и серое олово.
- Относительность деления простых веществ на металлы и неметаллы.
Работа с компьютером
- Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
- Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.
Вопросы и задания
- Рассмотрите этимологию названий отдельных благородных газов.
- Почему химически неверно поэтическое выражение «В воздухе пахло грозой»?
- Запишите схемы образования молекул: Na 2 , Br 2 , O 2 , N 2 . Каков тип химической связи в этих молекулах?
- Какой тип химической связи должен быть в металлическом водороде?
- Экспедиция полярного исследователя Р. Скотта к Южному полюсу в 1912 г. погибла из-за того, что потеряла весь запас горючего: оно находилось в запаянных оловом баках. Какой химический процесс лежал в основе этого?
― это способность
поляризовать химическую связь, оттягивать к себе общие электронные пары.
К неметаллам относят 22 элемента.
Положение неметаллических
элементов в периодической системе химических элементов
| Группа | I | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| 1-й период | Н | He | |||||
| 2-й период | В | С | N | O | F | Ne | |
| 3-й период | Si | P | S | CL | Ar | ||
| 4-й период | As | Se | Br | Kr | |||
| 5-й период | Te | I | Xe | ||||
| 6-й период | At | Rn |
Строение атомов неметаллов
Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов. Особенно сильные окислительные свойства, т. е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы, находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Если сравнить расположение электронов по орбиталям в атомах фтора, хлора и других галогенов, то можно судить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I и степень окисления ― 1. Самым сильным окислителем является фтор . В атомах других галогенов, например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя разными путями. В первом случае хлор может проявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO 2 , которой соответствуют соли ― хлориты, например хлорит калия KClO 2 . Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К таким соединениям относятся хлорноватая кислота HClO 3 и ее соли ― хлораты, например хлорат калия КClO 3 (бертолетова соль). В третьем случае хлор проявляет степень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO 4 и в ее солях, ― перхлоратах (в перхлорате калия КClO 4).Строения молекул неметаллов. Физические свойства неметаллов
В газообразном состоянии при комнатной температуре находятся:· водород ― H 2 ;
· азот ― N 2 ;
· кислород ― O 2 ;
· фтор ― F 2 ;
· хлор ― CI 2 .
И инертные газы:· гелий ― He;
· неон ― Ne;
· аргон ― Ar;
· криптон ― Kr;
· ксенон ― Xe;
· радон ― Rn).
В жидком ― бром ― Br.В твердом :
· теллур ― Te;
· йод ― I;
· астат ― At.
Гораздо богаче у неметаллов и спектр цветов: красный ― у фосфора, бурый ― у брома, желтый ― у серы, желто-зеленый ― у хлора, фиолетовый ― у паров йода и т. д.Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные ― немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств.
Состав и свойства простых веществ - неметаллов
Неметаллы образуют как одноатомные, так и двухатомные молекулы. К одноатомным неметаллам относятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активными веществами. Инертные газы расположены в VIII группе периодической системы, а химические формулы соответствующих простых веществ следующие: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.
Некоторые неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , Cl 2 (элементы VII группы периодической системы), а также кислород O 2 и азот N 2 . Из трехатомных молекул состоит газ озон (O 3). Для веществ неметаллов, находящихся в твердом состоянии, составить химическую формулу довольно сложно. Атомы углерода в графите соединены друг с другом различным образом. Выделить отдельную молекулу в приведенных структурах затруднительно. При написании химических формул таких веществ, как и в случае с металлами, вводится допущение, что такие вещества состоят только из атомов. Химические формулы, при этом, записываются без индексов: C, Si, S и т. д. Такие простые вещества, как озон и кислород, имеющие одинаковый качественный состав (оба состоят из одного и того же элемента ― кислорода), но различающиеся по числу атомов в молекуле, имеют различные свойства. Так, кислород запаха не имеет, в то время как озон обладает резким запахом, который мы ощущаем во время грозы. Свойства твердых неметаллов, графита и алмаза, имеющих также одинаковый качественный состав, но разное строение, резко отличаются (графит хрупкий, алмаз твердый). Таким образом, свойства вещества определяются не только его качественным составом, но и тем, сколько атомов содержится в молекуле вещества и как они связаны между собой. Неметаллы в виде простых тел находятся в твердом или газообразном состоянии (исключая бром ― жидкость). Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки, плохо проводят электрический ток и тепло (за исключением графита). Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства. Бориды (соединения бора с некоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB 2) необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин. Как видно из схемы 1, углерод ― С, кремний ― Si, бор ― В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях ― в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами. Все эти элементы образуют соединения с металлами ― карбиды, силициды и бориды (CaC 2 , Al 4 C 3 , Fe 3 C, Mg 2 Si, TiB, TiB 2). Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe 3 C, TiB. Карбид кальция используется для получения ацетилена.
>> Химия: Простые вещества - неметаллы
Неметаллы - это химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, не обладающие физическими свойствами металлов. Из 109 химических элементов 87 относятся к металлам, 22 являются неметаллами.
6. Относительность деления простых веществ на металлы и неметаллы.
Рассмотрите этимологию названий отдельных благородных металлов.
Почему химически неверно поэтическое выражена: «В воздухе пахло грозой»?
Запишите схемы образования молекул: Nа2, Вr2, О2, N2. Каков тип связи в этих молекулах?
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки