Какие физические свойства характерны для неметаллов
Из (118) известных на данный момент химических элементов (22) элемента образуют простые вещества, обладающие неметаллическими свойствами. Неметаллических простых веществ намного больше, чем самих неметаллических химических элементов. Причиной тому служит существование явления, называемого аллотропией.
Аллотропия — это способность атомов данного химического элемента образовывать несколько простых веществ, называемых аллотропными видоизменениями, или аллотропными модификациями.
Например, химический элемент кислород (O) образует простое вещество кислород O2, молекула которого состоит из двух атомов, и простое вещество озон O3, молекула которого состоит из трёх атомов данного элемента.
Химический элемент фосфор (P) образует множество аллотропных видоизменений, важнейшими из которых являются красный фосфор и белый фосфор.
Химический элемент углерод (C) образует встречающиеся в природе модификации — алмаз и графит.
Аллотропные видоизменения, образуемые одним и тем же химическим элементом, существенно отличаются между собой как по строению, так и по свойствам.
Аллотропия присуща не всем неметаллических химическим элементам.
Например, водород, азот, элементы (VII)A и (VIII)A групп не имеют аллотропных модификаций, т. е. каждый из упомянутых элементов образует только одно простое вещество.
Кристаллическая решетка неметаллов
Причина большого разнообразия физических свойств неметаллов кроется в различном строении кристаллических решёток этих веществ.
Часть неметаллов имеет атомную кристаллическую решетку. Кристаллы таких веществ состоят из атомов, соединённых между собой прочными ковалентными связями. Такие неметаллы находятся в твёрдом агрегатном состоянии и являются нелетучими. Примерами таких веществ служат алмаз, графит, красный фосфор и кремний.
Модели кристаллических решёток алмаза (слева) и графита. Кристаллы этих аллотропных видоизменений состоят из атомов углерода, соединённых между собой ковалентными связями. Кристаллы графита, в отличие от кристаллов алмаза, сложены из отдельных слоёв, которые располагаются друг по отношению к другу подобно тому, как листы бумаги — в книге
Другая часть неметаллов имеет молекулярную кристаллическую решетку. В этом случае в каждой молекуле атомы соединены достаточно прочно ковалентной связью, а вот отдельные молекулы друг с другом в кристаллах вещества связаны очень слабо. Поэтому вещества молекулярного строения при обычных условиях могут быть газами, жидкостями или легкоплавкими твёрдыми веществами.
Кислород O2, озон O3, азот N2, водород H2, фтор F2, хлор Cl2, бром Br2, иод I2, белый фосфор P4, кристаллическая сера S8 и инертные газы — это всё вещества, кристаллы которых состоят из отдельных молекул (а в случае инертных газов — из отдельных атомов, как бы выполняющих роль молекул).
Модель молекулы серы (слева) и кристалл серы. Кристалл серы состоит из отдельных молекул (S_8)
Физические свойства неметаллов
Свойства неметаллических простых веществ отличаются большим разнообразием. Собственно говоря, их объединяет только то, что они, как правило, не обладают теми физическими свойствами, которые типичны для металлов, т. е. не обладают характерным металлическим блеском, ковкостью, пластичностью, высокой тепло- и электропроводностью.
Агрегатное состояние
Неметаллы при обычных условиях могут быть газообразными, жидкими и твёрдыми веществами.
Газообразными неметаллами являются гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радон (Rn). Их называют инертными (или благородными) газами. Каждая «молекула» инертного газа состоит только из одного атома.
Такие химические элементы, как водород (H), кислород (O), азот (N), хлор (Cl), фтор (F) образуют газообразные вещества, состоящие из двухатомных молекул, соответственно — H2, O2, N2, Cl2, F2.
Из неметаллических простых веществ при обычных условиях жидкостью является только бром, молекулы которого двухатомны — Br2.
Остальные неметаллические химические элементы при обычных условиях находятся в твёрдом агрегатном состоянии. Например, химический элемент углерод образует такие твёрдые вещества, как алмаз и графит. Твёрдыми являются кристаллическая сера S8, фосфор красный и фосфор белый P4, кристаллический иод I2.
Цвет и блеск
Только некоторые неметаллы в отличие от металлов имеют блеск. Например, кристаллический иод, кремний и графит не похожи на остальные неметаллы — они имеют блеск, несколько напоминающий блеск металлов.
Если для подавляющего большинства металлов характерны серебристо-серый или серебристо-белый цвета, то окраска неметаллов очень разнообразна. Белый цвет имеет белый фосфор, красный — красный фосфор, жёлтый — сера и фтор, красно-бурый — жидкий бром, жёлто-зелёный — хлор, фиолетовый цвет имеют пары иода, синий — жидкий кислород, серый — графит и кремний. Бесцветным является алмаз, окраски не имеют также инертные газы, азот, кислород и водород.
Красный фосфор | Белый фосфор |
Бром | Хлор |
Иод | Алмаз |
Неметаллы могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном агрегатных состояниях.
Запах
Некоторые неметаллы имеют запах. Например, резкий удушливый запах имеют озон O3, фтор F2 (при попадании в органы дыхания практически моментально разрушает ткани), хлор Cl2, бром Br2 и иод I2.
Пластичность
Неметаллы в твёрдом агрегатном состоянии не обладают пластичностью. Они являются хрупкими.
Электро- и теплопроводность
Неметаллы, за исключением графита, плохо проводят тепло и практически не проводят электрический ток (являются диэлектриками).
Статьи
Основное общее образование
Линия УМК Лунина. Вводный курс (7)
Линия УМК В. В. Лунина. Химия (8-9)
Химия
Неметаллы – вещества, обладающие неметаллическими свойствами и находящиеся в правом верхнем углу таблицы Менделеева. Открытие неметаллов произошло сравнительно недавно, в отличии от металлов, которые издавна известны человеку. В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.
11 апреля 2019
Положение неметаллов в периодической системе
Как же определить, относится вещество к металлам или к неметаллам?
Если внимательно посмотреть на Периодическую систему Д.И. Менделеева (подробно с классификацией элементов знакомимся в параграфе 42 учебника по химии для 8 класса под редакцией Еремина В.В.) и провести условную диагональ от водорода через бор до астата и неоткрытого пока элемента № 118, таблица неметаллов займет правый верхний угол.
Каждый горизонтальный период таблицы заканчивается элементом с завершенным внешним энергетическим уровнем. Эта группа элементов носит название благородные газы и имеет особые свойства, с которыми можно познакомиться в параграфе 18 учебника «Химия» для 8 класса под редакцией Еремина В.В.
При рассмотрении электронного строения неметаллов можно заметить, что энергетические уровни атома заполнены электронами больше чем на 50% (исключение – бор), и у элементов, расположенных в таблице справа налево количество электронов на внешнем уровне увеличивается. Поэтому в химических реакциях эта группа веществ может быть как акцептором электронов с окислительными свойствами, так и донором электронов с восстановительными свойствами.
Вещества, образующие диагональ бор-кремний-германий-мышьяк-теллур, являются уникальными, и в зависимости от реакции и реагента могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Их называют металлоиды. В химических реакциях они проявляют преимущественно восстановительные свойства.
Химия. Базовый уровень. 10 класс. Учебник.
Учебник написан преподавателями химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Простота и доступность изложения курса органической химии , большое количество иллюстраций , а также разнообразные вопросы упражнения и задачи способствуют успешному усвоению учебного материала. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.
Купить
Физические свойства неметаллов. Аллотропия
Если смотреть на металлы, то невооруженным глазом можно заметить общие свойства — металлический блеск, твердое агрегатное состояние (исключение — жидкая ртуть), тепло- и электропроводность.
С неметаллами все намного сложнее. Они могут иметь молекулярное и немолекулярное строение. Благодаря различиям в строении, простые вещества неметаллы существуют в трех агрегатных состояниях:
- Молекулярные:
- Летучие, газообразные, бесцветные кислород, водород.
- Газообразные, окрашенные хлор, азот, фтор.
- Единственный жидкий представитель — темно-красный бром.
- Твердые, но хрупкие вещества с невысокой температурой плавления — кристаллы йода, серы, белого фосфора.
- Немолекулярные:
- Твердые вещества с высокой температурой плавления — кремний, графит, алмаз и красный фосфор.
Большинство из неметаллических веществ плохо проводят электричество и тепло.
Исключением является графит — разновидность углерода.
Аллотропия — уникальная способность неметаллического элемента образовывать несколько простых веществ. В естественной среде существуют аллотропные модификации элементов, которые отличаются физическими и химическими свойствами. К ним относятся озон и кислород, графит и алмаз. Подробнее о физических свойствах неметаллов вы можете узнать в учебнике «Химия. 9 класс».
Химические свойства неметаллов
Как мы разобрали выше, группа неметаллов довольно полиморфна и в зависимости от типа реакций, в которых они участвуют, могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Фтор — исключение в этом ряду. Он всегда окислитель.
В ряду F,O,N,CL,Br,I,S,C,Se,P,As,Si,H окислительные свойства уменьшаются. Восстановительные свойства кислород может проявлять только в отношении фтора.
- Реакции с металлами.
В этом типе реакций проявляются окислительные свойства и неметаллы принимают электроны с образованием отрицательно заряженных частиц.
Са + Сl2 = СаСl2
Са + O2 = СаO2
Na + Сl2 = Na+Сl2
- Реакции с водородом
Практически все неметаллы реагируют с водородом. Лишь благородные газы составляют исключение для реакций данного типа. Продуктом реакции являются летучие водородные соединения:
Cl2 + H2 = 2HCl
С + 2Н2 = СН4
- Реакции с кислородом.
Неметаллы образуют кислотные или несолеобразующие оксиды.
S + O2 = SO2
P + 5O2 = 2P2O5
4. Взаимодействие с водой и кислотами для неметаллов не характерно.
Что ещё почитать?
ОГЭ по химии — 2019: расписание, критерии оценивания, типы заданий
Биография Д.И. Менделеева. Интересные факты из жизни великого химика
Карбоновые кислоты
Массовая доля вещества
История открытия неметаллов
Медная посуда, железные орудия труда, золотые украшения — издавна человек замечал, что у всех этих веществ есть определенные общие свойства:
- они проводят тепло и электрический ток;
- для них характерен металлический блеск;
- благодаря пластичности и ковкости им можно придать любую форму;
- для всех веществ характерна металлическая кристаллическая решетка.
В противовес металлам были и другие вещества, не обладающие металлическими свойствами, и названные соответственно неметаллами. Практически до конца XVII века ученым-алхимикам было известно всего лишь два вещества-неметалла — углерод и сера.
В 1669 году Бранд в поисках «философского камня» открыл белый фосфор. И за короткий период с 1748 по 1798 годы было открыто около 15 новых металлов и 5 неметаллов.
Попытки открытия фтора стоили исследователям не только здоровья, но и жизни. Деви, братья Кнокс, Гей-Люссак — это неполный список жертв науки, что потеряли здоровье в попытках выделить фтор из плавикового шпата. Лишь в 1886 году Муассан решил сложную задачу способом электролиза. И получил первый галоген, а ещё – ядовитый хлор. Во времена Первой мировой войны его использовали как оружие массового поражения.
В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.
#ADVERTISING_INSERT#
Все известные на сегодняшний день химические элементы имеют общий «дом» — периодическую систему. Однако располагаются они там не как придется, а в строгом порядке, определенной последовательности. Одним из главных критериев, по которым классифицируются все атомы, являются характеристики.
Физические свойства неметаллов и представителей металлических элементов — это основа, на которой базируется не только их разделение в пределах таблицы, но и области применения человеком. Познакомимся ближе с неметаллами и их характеристикой.
Положение в периодической системе
Если рассмотреть систему химических элементов в целом, то можно определить место положения неметаллов так:
- Верхний правый угол.
- Выше условной граничной диагонали от бора до астата.
- Главные подгруппы с IV-VIII группу.
Очевидно, что количество их явно уступает таковому у металлов. По численному соотношению это будет примерно 25/85. Однако данный факт нисколько не уменьшает их значимости и важности. При этом физические свойства неметаллов гораздо более разнообразные, чем таковые у их «оппонентов».
Разновидности простых соединений неметаллов
Определяют несколько основных категорий, к которым относятся все известные рассматриваемые элементы. Физические свойства простых веществ — неметаллов — позволяют разделить их на:
- твердые;
- газообразные;
- жидкие.
При этом есть и особая группа элементов — благородные газы. По своим характеристикам они не относятся ни к одной из обозначенных категорий.
Газообразные неметаллы
Таковых достаточно много. К ним относятся такие простые вещества, как:
- кислород;
- азот;
- галогены хлор и фтор;
- водород;
- белый фосфор;
- озон.
Однако такое возможно при условии стандартных параметров окружающей среды. Кристаллическая решетка этих представителей — молекулярная, тип химической связи в молекулах — ковалентная неполярная. Физические свойства неметаллов этой группы схожи. Они обладают:
- сжимаемостью;
- способностью безграничного смешения между собой;
- расширяемостью;
- заполняют весь объем сосуда.
Среди приведенных веществ ядовитыми являются два — хлор и белый фосфор. Очень опасные, удушающие соединения. При этом хлор — желто-зеленый газ, фосфор — белый, легко воспламеняющийся на воздухе.
Кислород и озон — хорошие окислители. Первый — постоянный компонент воздуха, необходимый для жизни большинства организмов. Второй образуется после грозы при действии электрических разрядов молнии на кислород воздуха. Имеет приятный запах свежести.
Жидкие неметаллы
Физические свойства неметаллов этой группы можно описать, дав характеристику всего лишь одному веществу — брому. Поскольку только он является жидкостью при обычных условиях среди всех представителей рассматриваемой группы элементов.
Это темно-бурая жидкость, достаточно тяжелая, которая является сильнейшим ядом. Даже пары брома способны вызывать сложные, не заживающие долгое время язвы на руках. Запах его очень неприятный, за что элемент и получил свое название (в переводе bromos — зловонный).
По своим химическим характеристикам бром является окислителем для металлов и восстановителем для более сильных неметаллов, чем он сам.
Несмотря на такие особенности, ионы брома обязательно должны присутствовать в организме человека. Без него возникают заболевания, связанные с гормональными нарушениями.
Твердые представители
К простым веществам этой категории относится большинство неметаллов. Это:
- бор;
- все аллотропные модификации углерода;
- красный и черный фосфор;
- сера;
- кремний;
- мышьяк;
- одна из модификаций олова.
Все они имеют атомную кристаллическую решетку, достаточно твердые, но хрупкие вещества. Черный фосфор — жирное на ощупь сухое соединение. Красный же — пастообразная масса.
Самым твердым из всех обозначенных веществ является алмаз — разновидность углерода. Физические и химические свойства неметаллов данной группы очень разные, так как в таблице располагаются некоторые из них далеко друг от друга. Значит, степени окисления, проявляемая химическая активность, характер соединений — все эти показатели будут варьироваться.
Интересным неметаллом в твердом состоянии является йод. Его кристаллы блестят на срезе, проявляя тем самым схожесть с металлами. Это не удивительно, ведь он располагается практически на границе с ними. Также есть у этого вещества особое свойство — сублимация. При нагревании йод переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. Пары его имеют ярко-фиолетовую насыщенную окраску.
Физические свойства неметаллов: таблица
Чтобы проще обозначить, что собой представляют неметаллы, лучше выстроить обобщающую таблицу. Она покажет, в чем заключаются общие физические свойства неметаллов, а в чем проявляются их различия.
| Физическое свойство | Пример неметалла |
| Агрегатное состояние при обычных условиях | Характерны все три: твердое (сера, углерод, кремний и прочие), газообразное (например, галогены), жидкое (бром) |
| Электро- и теплопроводность | Не характерна ни для чего, кроме углерода и черного фосфора |
| Окраска простого вещества | Очень разнообразная. Пример: бром — красный, сера — желтая, кристаллы йода — темно-фиолетовые, углерод в виде графита — темно-серый, хлор — желто-зеленый и так далее |
| Металлический блеск | Характерен только для кристаллического йода |
| Ковкость и пластичность | Полностью отсутствует. Все твердые вещества — хрупкие, кроме алмаза и некоторых форм кремния |
Очевидно, что в физических свойствах неметаллов больше преобладают различия, нежели сходства. Если для металлов можно выделить несколько характеристик, под которые будет подпадать каждый из них, то для рассмотренных нами элементов такое невозможно.
I. Элементы. Неметаллы образуют p-элементы, а также водород и гелий, являющиеся s-элементами. В длиннопериодной таблице p-элементы, образующие неметаллы, располагаются правее и выше условной границы B — At.
II. Атомы. Атомы неметаллов маленькие (орбитальный радиус меньше 0,1 нм). У большинства из них от четырех до восьми валентных электронов (они же внешние), но у атома водорода — один, у атома гелия — два, а у атома бора — три валентных электрона. Атомы неметаллов сравнительно легко присоединяют чужие электроны (но не более трех). Склонностью отдавать электроны атомы неметаллов не обладают.
У атомов элементов-неметаллов в периоде с увеличением порядкового номера
- заряд ядра увеличивается;
- радиусы атомов уменьшаются;
- число электронов на внешнем слое увеличивается;
- число валентных электронов увеличивается;
- электроотрицательность увеличивается;
- окислительные (неметаллические) свойства усиливаются (кроме элементов VIIIA группы).
У атомов элементов-неметаллов в подгруппе (в длиннопериодной таблице — в группе) с увеличением порядкового номера
- заряд ядра увеличивается;
- радиус атома увеличивается;
- электроотрицательность уменьшается;
- число валентных электронов не изменяется;
- число внешних электронов не изменяется (за исключением водорода и гелия);
- окислительные (неметаллические) свойства ослабевают (кроме элементов VIIIA группы).
III. Простые вещества. Большинство неметаллов — простые вещества, в которых атомы связаны ковалентными связями; в благородных газах химических связей нет. Среди неметаллов есть как молекулярные, так и немолекулярные вещества. Все это приводит к тому, что физических свойств, характерных для всех неметаллов, нет.
Молекулярные неметаллы: H2, N2, P4 (белый фосфор), As4, O2, O3, S8, F2, Cl2, Br2, I2. К ним же можно отнести и благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Kx, Rn), атомы которых являются как бы «одноатомными молекулами».
При комнатной температуре водород, азот, кислород, озон, фтор и хлор — газы; бром — жидкость; фосфор, мышьяк, сера и йод — твердые вещества.
Немолекулярные неметаллы: B (несколько аллотропных модификаций), C(графит), C(алмаз), Si, Ge, P(красный), P(черный), As, Se, Te. Все они твердые вещества, кремний, германий, селен и некоторые другие обладают полупроводниковыми свойствами.
IV. Химические свойства. Характерными для большинства неметаллов являются окислительные свойства. Как окислители они реагируют с металлами:
| Ca + Cl2 = CaCl2 | 4Li + O2 = 2Li2O | 2Na + S = Na2S |
с менее электротрицательными неметаллами:
| H2 + S = H2S | P4 + 5O2 = 2P2O5 | 2P + 5Cl2 = 2PCl5 |
со сложными веществами:
| 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3 | CH4 + Br2 = CH3Br + HBr |
Менее характерны для неметаллов восстановительные свойства. Как восстановители они реагируют с более электротрицательными неметаллами:
| Si + 2F2 = SiF4 | C + O2 = CO2 | C + 2S = CS2 |
со сложными веществами:
| H2 + HCHO = CH3OH | 6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5 |
V. Водородные соединения. Все неметаллы (кроме элементов благородных газов) образуют молекулярные водородные соединения, причем углерод и бор — очень много. Простейшие водородные соединения:
| B2H6 диборан | CH4 метан | NH3 аммиак | H2O вода | HF фтороводород |
| SiH4 силан | PH3 фосфин | H2S сероводород | HCl хлороводород | |
| GeH4 герман | AsH3 арсин | H2Se селеноводород | HBr бромоводород | |
| H2Te теллуроводород | HI йодоводород | |||
Все он газы за исключением воды. Вещества, выделенные жирным шрифтом, в водном растворе — сильные кислоты.
В группе с увеличением порядкового номера их устойчивость снижается, а восстановительная активность возрастает.
В периоде с увеличением порядкового номера усиливаются кислотные свойства их растворов, в группе эти свойства ослабевают.
VI. Оксиды и гидроксиды. Все оксиды неметаллов относятся к кислотным или несолеобразующим. Несолеобразующие оксиды: CO, SiO, N2O, NO.
Высшим оксидам неметаллов соответствуют следующие кислоты (сильные кислоты выделены жирным шрифтом)
| H3BO3 борная кислота | H2CO3 угольная кислота | HNO3 азотная кислота | — | — |
| H2SiO3 кремниевая кислота | H3PO4 ортофосфорная кислота | H2SO4 серная кислота | HClO4 хлорная кислота | |
| H3AsO4 мышьяковая кислота | H2SeO4 селеновая кислота | HBrO4 бромная кислота | ||
| H6TeO6 ортотеллуровая кислота | HIO4 йодная кислота | |||
В периоде с возрастанием порядкового номера сила высших кислот увеличивается. В группах выраженной зависимости нет.