Неметаллы. Химические свойства неметаллов. Физические свойства неметаллов.

Лекция неметаллы. Часть 2 1.Химические свойства неметаллов 2.Физические свойства неметаллов Химические свойства неметаллов Водородные свойства неметаллов в основном являются летучими соединениями, которые в водных растворах имеют кислотный характер. Они имеют молекулярные структуры, а также ковалентную полярную связь. Некоторые, например, вода, аммиак или фтороводород образуют водородные связи. Соединения образуются при непосредственном взаимодействии неметаллов с водородом. Пример: S+H2 =H2S (до 350 градусов равновесие смещено вправо) Все водородные соединения имеют восстановительные свойства, причем их восстановительная сила возрастает справа налево по периоду и сверху вниз в группе. Так, сероводород сгорает при большом количестве кислорода: 2H2 S+3O3 =2SO2 +2H2 O+1158 кДж. Окисление может идти по другому пути. Так, уже на воздухе водный раствор сероводорода мутнеет в результате образования серы: H2 S+3O2 =2S+2H2O Соединения неметаллов с кислородом, как правило, являются кислотными оксидами, которым соответствуют кислородосодержащие кислоты (оксокислоты). Структура оксидов типичных неметаллов молекулярная. Чем выше степень окисления неметалла, тем сильнее соответствующая кислородосодержащая кислота. Так, хлор непосредственно не взаимодействует с кислородом, однако образует ряд оксокислот, которым соответствуют оксиды, ангидриды этих кислот. Наиболее известны такие соли этих кислот, как хлорная известь CaOCl2 (смешанная соль хлорноватистой и хлороводородной кислот), бертолетова соль KClO3 (хлорат калия). Азот в оксидах проявляет положительные степени окисления +1, +2, +3, +4, +5. Первые два оксида N2O и NO – несолеобразующие и являются газами. N2O3 (оксид азота III) – является ангидридом азотистой кислоты HNO2 . Оксид азота IV – бурый газ NO2 – газ, который хорошо растворяется в воде, образуя при этом две кислоты. Этот процесс можно выразить уравнением: 2NO2 +H2 O=HNO3 (азотная кислота)+HNO2 (азотистая кислота) – окислительно-восстановительная реакция диспропорционирования Ангидрид азотной кислоты N2O5 – белое кристаллическое вещество, которое легко растворяется в воде. Пример: N2O5 +H2O=2HNO3 Соли азотной кислоты называются селитрами, они растворимы в воде. Соли калия, кальция, натрия используют для получения азотных удобрений. Фосфор образует оксиды, проявляя степени окисления +3 и +5. Наиболее устойчивый оксид – фосфорный ангидрид P2O5 , образующий молекулярную решетку, в узлах которой находятся димеры P4O10 . Соли ортофосфорной кислоты применяются в качестве фосфорных удобрений, например, аммофос NH4 H2 PO4 (дигидрофосфат аммония). Физические свойства неметаллов При обычных условиях элементы-неметаллы образуют простые вещества, существующие в разных агрегатных состояниях (молекулярное строение): газы - инертные газы, (от He до Rn), водород (H2), кислород (O2), азот (N2), фтор (F2), хлор (Cl2); жидкость - бром (Br2); твердые вещества - йод (I2), углерод (C), кремний (Si), сера (S), фософр (P). В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной связью, поэтому, они обладают более устойчивой электронной системой в отличие изолированных атомов: одинарная ковалентная связь - молекулы H2, F2, Br2, I2; двойная ковалентная связь - молекула S2; тройная ковалентная связь - молекула N2. Кристаллическая решетка веществ-неметаллов не так плотно упакована, как у металлов, и не содержит свободных электронов, но, главное, в такой решетке нет металлической связи, а только ковалентная, поэтому неметаллы плохо проводят тепло и электричество и не обладают такой высокой пластичностью, как металлы. Простые вещества, имеющие молекулярное строение, обладают высокой летучестью, способны к возгонке, в твердом состоянии они легкоплавки по причине слабого межмолекулярного взаимодействия, которое удерживает молекулы веществ в кристалле. Все неметаллы являются диэлектриками, поскольку все их внешние электроны задействованы на образование химических связей и проводить электрический ток банально "нечем". Простые вещества-неметаллы могут иметь, не только молекулярное, но и атомное строение - это вещества, образованные длинными цепями атомов, связанных прочными ковалентными связями. Такие вещества обычно имеют достаточно высокую твердость, и, поскольку, прочные ковалентные связи достаточно сложно разрушить, любые изменения, связанные с разрушением ковалентных связей, совершаются с большой энергозатратностью (испарение, плавление). Некоторые неметаллы могут образовывать несколько простых веществ, которые носят название аллотропных модификаций. Аллотропия может быть связана, как с разным составом молекул (кислород, озон), так и с разным строением кристаллов (графит, алмаз, карбин, фуллерен). В отличие от металлов, большинство из которых обладают серебристо-белой окрской, гамма цветов неметаллов значительно шире: желтый цвет - сера в твердом состоянии; желто-зеленый цвет - хлор (газ); бледно-зеленый цвет - фтор (газ); бледно-желтый цвет - фосфор (P4); бурый цвет - бром (жидкость); голубой цвет - кислород (жидкость); серый цвет - мышьяк. Аллотропия – существование химических элементов в двух или более молекулярных либо кристаллических формах. Например, аллотропами являются обычный кислород O2 и озон O3; в этом случае аллотропия обусловлена образованием молекул с разным числом атомов. Чаще всего аллотропия связана с образованием кристаллов различных модификаций. Углерод существует в двух четко различающихся кристаллических аллотропных формах: в виде алмаза и графита. Раньше полагали, что т.н. аморфные формы углерода, древесный уголь и сажа, – тоже его аллотропные модификации, но оказалось, что они имеют такое же кристаллическое строение, что и графит. Сера встречается в двух кристаллических модификациях: ромбической (a-S) и моноклинной (b-S); известны по крайней мере три ее некристаллические формы: l-S, m-S и фиолетовая. Для фосфора хорошо изучены белая и красная модификации, описан также черный фосфор; при температуре ниже –77°С существует еще одна разновидность белого фосфора. Обнаружены аллотропные модификации As, Sn, Sb, Se, а при высоких температурах – железа и многих других элементов.