§ 28. Агульная характарыстыка неметалаў

Становішча ў перыядычнай сістэме

Хімічныя элементы прынята дзяліць на металы і неметалы паводле іх хімічных уласцівасцей. У перыядычнай сістэме неметалы размешчаны ў А-групах: IА, IIIА–VIIIА. Ад металаў іх аддзяляе ступеньчатая лінія вадарод — бор — аганесон. Неметалы знаходзяцца вышэй ад гэтай лініі, гэта значыць займаюць правы верхні вугал табліцы, утвараючы своеасаблівы трохвугольнік (мал. 61).

Элементы, размешчаныя ў адной групе, падобныя па будове атама, а значыць, шмат у чым і па ўласцівасцях. Таму для некаторых груп неметалаў ужываюць агульныя назвы. Так, неметалы VIIIA-групы называюць высакароднымі газамі. Для элементаў VIIA-групы выкарыстоўваюць назву галагены — якія нараджаюць солі. Неметалы VIA-групы маюць агульную назву халькагены — якія нараджаюць руды.

Паводле электрафізічных уласцівасцей, у адрозненне ад хімічных, простыя рэчывы, што складаюцца з атамаў тых ці іншых элементаў, падзяляюць на тры групы: металы, паўправаднікі і дыэлектрыкі. Адрозніць гэтыя рэчывы можна не толькі па велічыні электраправоднасці, але і па характары яе залежнасці ад тэмпературы. З ростам тэмпературы электраправоднасць металаў падае, а паўправаднікоў і дыэлектрыкаў расце. Тыповыя паўправаднікі — крэмній і германій.

Будова электронных абалонак атамаў неметалаў

Знешні электронны слой атама шмат у чым вызначае ўласцівасці элемента. Лік электронаў знешняга ўзроўню атамаў неметалаў адпавядае нумару А-групы, у якой размешчаны элемент. У большасці з іх ён блізкі да завяршэння або завершаны, змяшчае чатыры і больш электронаў. Меншы лік электронаў утрымліваюць атамы толькі трох элементаў: вадарод мае адзін электрон (да завяршэння не хапае аднаго электрона), гелій — два электроны (знешні ўзровень завершаны), бор — тры электроны. Неметалы з’яўляюцца прадстаўнікамі p-элементаў, за выключэннем вадароду і гелію, якія належаць да s-элементаў.

Атамы неметалаў, у адрозненне ад атамаў металаў, здольныя праяўляць як дадатныя ступені акіслення, так і адмоўныя. Выключэнні — фтор і высакародныя газы. У злучэннях з іншымі элементамі для фтору характэрна толькі адмоўная ступень акіслення, роўная –1 (напрыклад, , , ). Найбольш лёгкія высакародныя газы — гелій, неон і аргон — устойлівых злучэнняў не ўтвараюць, а для ксенону, крыптону і радону атрыманы злучэнні толькі з дадатнымі ступенямі акіслення (напрыклад, , ).

У цэлым значэнні ступеняў акіслення неметалаў ляжаць у інтэрвале ад –4 да +8, а валентнасці — ад I да VIII. Варта ўспомніць, што валентнасць атамаў элементаў другога перыяду не бывае большай за чатыры:

Простыя рэчывы

У класіфікацыі элементаў, што гістарычна склалася, прыналежнасць да неметалаў вызначалі па фізічных уласцівасцях простых рэчываў: цвёрды, газападобны або вадкі стан пры нармальных умовах. У цвёрдым стане ў неметалаў, як правіла, адсутнічае металічны бляск. Іх электра- і цеплаправоднасць звычайна невялікія, рэчывы з’яўляюцца крохкімі.

Неметалы ўтвараюць два тыпы крышталёў — малекулярныя і атамныя (мал. 62).

Рэчывы малекулярнай будовы адрозніваюцца нізкімі тэмпературамі плаўлення (гелій –272 °С, кісларод –223 °С) і кіпення (гелій –269 °С, кісларод –183 °С). Неметалы немалекулярнай будовы, наадварот, маюць надзвычай высокія тэмпературы кіпення і плаўлення (графіт: T_пл. = 3850 °С, T_кіп. = 4200 °С).

Для неметалаў характэрна з’ява алатропіі. Прыкладамі могуць служыць чырвоны і белы фосфар, алмаз і графіт, кісларод і азон.

Неметалы могуць уступаць у рэакцыі з рэчывамі ўсіх класаў (металамі, іншымі неметаламі, аксідамі, шчолачамі, кіслотамі, солямі) і праяўляць як акісляльныя, так і аднаўленчыя ўласцівасці (табл. 20).

Табліца 20. Агульныя ўласцівасці неметалаў як простых рэчываў

Неметалы як акісляльнікі ўступаюць у рэакцыі	Неметалы як адноўнікі ўступаюць у рэакцыі
З металамі:	З некаторымі аксідамі:
З іншымі неметаламі:	З іншымі неметаламі:
З кіслотамі:	З арганічнымі рэчывамі:
З солямі:

Акісляльныя здольнасці атамаў неметалаў можна параўноўваць па становішчы ў перыядычнай сістэме: з ростам атамнага нумара яны павялічваюцца ў перыядах і памяншаюцца, як правіла, у групах. Гэтыя ж уласцівасці можна таксама ацэньваць, супастаўляючы электраадмоўнасць неметалаў, якая ўзрастае ў радзе:

Si	B	As	As	H	C	I	S	Br	Cl	N	O	F
1,9	2,0	2,1	2,2	2,2	2,5	2,5	2,6	2,8	3,0	3,0	3,5	4,0

Акісляльная здольнасць неметалаў з павелічэннем электраадмоўнасці ўзмацняецца.

Распаўсюджанасць неметалаў у прыродзе

У прыродзе неметалы існуюць не толькі ў выглядзе злучэнняў (арганічныя рэчывы, аксіды Н₂О, SiO₂, СО₂, солі бескіслародных кіслот NaCl, As₂S₃, солі кіслародзмяшчальных кіслот СаСО₃, Са₃(РО₄)₂), але і ў свабодным выглядзе, напрыклад азот, кісларод, высакародныя газы, вуглярод (у форме графіту і алмазу), сера. Існаванне неметалаў у выглядзе простых рэчываў у прыродзе звязана з нізкай актыўнасцю пералічаных неметалаў пры нармальных умовах: атамы высакародных газаў маюць завершаны знешні электронны ўзровень, кісларод і азот — даволі трывалыя кавалентныя сувязі ў двухатамных малекулах, вуглярод утварае трывалыя атамныя крышталі. На Зямлі самымі распаўсюджанымі неметаламі з’яўляюцца кісларод і крэмній (па масе каля 49 % і 26 % адпаведна), у Сусвеце — вадарод.

Прымяненне неметалаў

Сферы прымянення простых рэчываў неметалаў шырокія. Прыкладамі могуць служыць: вытворчасць паўправадніковых матэрыялаў (крэмній, селен), металургічныя працэсы атрымання металаў (вуглярод, вадарод) і сплаваў (бор, крэмній), інтэнсіфікацыя працэсаў гарэння (кісларод), стварэнне інертнай атмасферы (азот, высакародныя газы), арганічны сінтэз (хлор, бром), паветраплаванне (гелій, вадарод), святлатэхніка (высакародныя газы).

Пытанні, заданні, задачы

1. Апішыце становішча неметалаў у перыядычнай сістэме. Пакажыце для элементаўнеметалаў трэцяга перыяду магчымыя значэнні ступені акіслення і валентнасці.

2. Запішыце сімвалы элементаў і агульную формулу электроннай канфігурацыі:

• а) высакародных газаў;
• б) галагенаў;
• в) халькагенаў.

3. Вызначце ступені акіслення атамаў у злучэннях:

• а) НСl, HClO, HClO₃, HClO₄;
• б) H₂S, SO₂, H₂SO₃, H₂SO₄.

4. Укажыце сцвярджэнні, якія характарызуюць кісларод як хімічны элемент:

• а) аб’ёмная доля кіслароду ў паветры складае 21 %;
• б) атам кіслароду змяшчае шэсць электронаў на знешнім энергетычным узроўні;
• в) масавая доля кіслароду ў зямной кары роўная 49 %;
• г) пры выплаўленні чыгуну выкарыстоўваюць паветра, узбагачанае кіслародам; д) электраадмоўнасць кіслароду меншая, чым фтору;
• е) кісларод у злучэннях праяўляе ступені акіслення ад –2 да +2.

5. Складзіце ўраўненні рэакцый з удзелам неметалаў, улічваючы, што атамы неметалаў у зададзеных рэакцыях праяўляюць найніжэйшую ступень акіслення:

• Al + Cl₂ →;
• Li + N₂ →;
• Ca + P →;
• Zn + Br₂ →;
• K + H₂ →;
• Al + S →.

6. Вызначце масу вугляроду, неабходнага для аднаўлення жалеза з аксіду жалеза(III) масай 1 т. Вуглярод акісляецца да найвышэйшай ступені акіслення.

7. Азот мае вельмі нізкія тэмпературы плаўлення і кіпення –210 °C і –196 °C, а бор высокія — ≈2075 °C і ≈3800 °C адпаведна. Дайце тлумачэнне такому адрозненню.

8. Дакажыце, што фосфар выконвае функцыю адноўніку ў першай рэакцыі і акісляльніку — у другой:

• 1) Р + О₂ → Р₂О₅;
• 2) Р + Са → Са₃Р₂.

9. Расстаўце каэфіцыенты метадам электроннага балансу і пакажыце, акісляльнікам або адноўнікам з’яўляюцца простыя рэчывы:

• а) Р + H₂SO₄ → H₃PO₄ + SO₂ + H₂O;
• б) S + HNO₃ → H₂SO₄ + NO.

10. Узор газападобнага простага рэчыва неметалу аб’ёмам 1 дм³ (н. у.) мае масу 3,17 г. Вызначце хімічную формулу рэчыва.

*Самакантроль

1. Канфігурацыю знешняга электроннага ўзроўню ns²np⁵ маюць:

• а) азот;
• б) хлор;
• в) ёд;
• г) фосфар.

2. Крэмній як хімічны элемент характарызуюць сцвярджэнні:

• а) крэмній выкарыстоўваюць у вытворчасці паўправадніковых прыбораў;
• б) крэмній займае 2-е месца па распаўсюджанасці ў зямной кары;
• в) крэмній не ўзаемадзейнічае з вадародам непасрэдна;
• г) найвышэйшая ступень акіслення крэмнію +4.

3. Дадатную ступень акіслення праяўляюць элементы VA-групы ў злучэннях:

• а) HNO₃;
• б) NH₃;
• в) Li₃N;
• г) H₃PO₄.

4. Сера з’яўляецца акісляльнікам, рэагуючы з:

• а) Ca;
• б) Al;
• в) F₂;
• г) Fe.

5. Сума каэфіцыентаў у рэакцыі сінтэзу фасфіду кальцыю з простых рэчываў роўная:

• а) 3;
• б) 4;
• в) 5;
• г) 6.