Реферат: Неметаллы
МНОУ «Лицей»
Реферат похимии на тему:
«Неметаллы»
Выполнили:
ученицы 11 «А» класса
Кучеренко Мария,
Шадрина Ксения.
Проверила:
учитель химии
Щербакова Марина
Александровна.
Кемерово — 2002
Содержание:
Введение……………………………………………………………………..3
§1. Положение неметаллических элементов впериодической системе химических элементов. Нахождение в природе. Общиехимический и физические свойства……………………………………4
§2. Общие химическиесвойства неметаллов………………………..6
§3.Строение и свойства простых веществ – неметаллов………7
§4.Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика ихсвойств……………………………………………9
Тест
Списокиспользованной литературы
Введение.
Все многообразие окружающей нас природы состоит изсочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.
В различные историческиеэпохи в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие философыв качестве «элементов» рассматривали четыре «стихии» – тепло, холод, сухость ивлажность. Сочетаясь попарно, они образовывали четыре «начала» всех вещей –огонь, воздух, воду и землю. В средние века к этим началам добавились соль,сера и ртуть. В XVII веке Р. Бойльуказал на то, что все элементы носят материальный характер и их число можетбыть достаточно велико.
В 1787 году французскийхимик А. Лавуазье создал «Таблицу простых тел». В нее вошли все известные ктому времени элементы. Под последними понимались простые тела, которые неудавалось разложить химическими методами на еще более простые. Впоследствиивыяснилось, что в таблицу вошли и некоторые сложные вещества.
В настоящее время понятие«химический элемент» установлено точно.
Химический элемент – вилатомов с одинаковым положительным зарядом ядра. (Последний равен порядковомуномеру элемента в таблице Менделеева.)
В настоящее времяизвестно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальныеполучены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы былисинтезированы учеными-физиками в Объединенном институте ядерных исследований вгороде Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получениюхимических элементов с более высокими порядковыми элементами.
Все элементы делятся наметаллы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. К неметалламотносят следующие элементы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, фтор,хлор, бром, йод, астат, кислород, сера, селен, теллур, азот, фосфор, мышьяк,углерод, кремний, бор, водород. Однако это деление условное. При определенныхусловиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические свойства, анекоторые неметаллы – металлические свойства.
§1.Положение неметаллических элементов в периодической системе химическихэлементов. Нахождение в природе. Общие химический и физические свойства.
Неметаллических элементов по сравнению кметаллическими элементами относительно немного. Их размещение в периодическойсистеме химических элементов Д.И. Менделеева отражено в таблице №1.
Период Размещение неметаллических элементов в периодической системе по группам I II III IV V VI VII VIII (благородные газы) 1 H He 2 B C N O F Ne 3 Si P S Cl Ar 4 As Se Br Kr 5 Te I Xe 6 Rn 7 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />Таблица №1.
Как видно из таблицы №1неметаллические элементы в основном расположены в правой верхней частипериодической системы. Так как в периодах слева направо у атомов элементовувеличивается заряды ядер и уменьшаются атомные радиусы, а в группах сверхувниз атомные радиусы также возрастают, то понятно, почему атому неметалловсильнее, чем атомы металлов, притягивают наружные электроны. В связи с этим унеметаллов преобладают окислительные свойства. Особенно сильные окислительныесвойства, т.е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы,находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Самым сильным окислителем является фтор. Всоответствии с численными значениями относительных электроотрицательностейокислительные способности неметаллов увеличивается в следующем порядке: Si, B, H, P, C, S, I, N,Cl, O, F. Следовательно,энергичнее всего взаимодействует с водородом и металлами фтор:
H2 + F2 à 2HF
Менее энергично реагирует кислород:
2H2 +O2 à 2H2 О
Фтор – самый типичный неметалл, которомунехарактерны восстановительные свойства, т.е. способность отдавать электроны вхимических реакциях.
Кислород же, судя по его соединениям с фтором,может проявлять и положительную степень окисления, т.е. являтьсявосстановителем.
Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства. Причем эти свойства постепенно возрастаютот кислорода к кремнию: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Так, например, хлор непосредственно с кислородом несоединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl2 O, ClO2, Cl2O2 ), в которых хлор проявляет положительную степень окисления.Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и,следовательно, проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородомреагирует сера: она проявляет и окислительные свойства.
Перейдем к рассмотрениюстроения молекул неметаллов. Неметаллы образуют как одноатомные, так идвухатомные молекулы.
К одноатомным неметалламотносятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активнымивеществами. Инертные газы расположены в VIII группе Периодической системы, ахимические формулы соответствующих простых веществ следующие: He, Ne, Ar, Kr,Xe и Rn.
Некоторые неметаллыобразуют двухатомные молекулы. Это H2, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII группыПериодической системы ), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекулсостоит газ озон (O3).
Для веществ неметаллов, находящихся в твердомсостоянии, составить химическую формулу довольно сложно. Атомы углерода вграфите соединены друг с другом различным образом. Выделить отдельную молекулув приведенных структурах затруднительно. При написании химических формул такихвеществ, как и в случае с металлами, вводится допущение, что такие веществасостоят только из атомов. Химические формулы, при этом, записываются безиндексов — C, Si, S и т.д.
Такие простые вещества,как озон и кислород, имеющие одинаковый качественный состав (оба состоят изодного и того же элемента — кислорода), но различающиеся по числу атомов вмолекуле, имеют различные свойства. Так, кислород запаха не имеет, в то времякак озон обладает резким запахом, который мы ощущаем во время грозы. Свойстватвердых неметаллов, графита и алмаза, имеющих также одинаковый качественныйсостав, но разное строение, резко отличаются (графит хрупкий, алмаз твердый).Таким образом, свойства вещества определяются не только его качественнымсоставом, но и тем, сколько атомов содержится в молекуле вещества и как онисвязаны между собой.
Неметаллы в виде простыхтел находятся в твердом или газообразном состоянии (исключая бром – жидкость).Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые неметаллы необладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки, плохо проводятэлектрический ток и тепло (за исключением графита).
§2. Общие химические свойства неметаллов.
Оксиды неметаллов относят ккислотным оксидам, которым соответствуют кислоты. С водородом неметаллыобразуют газообразные соединения (например HCl, H2S,NH3). Водные растворы некоторых из них (например,галогеноводородов) – сильные кислоты. С металлами типичные неметаллы даютсоединения с ионной связью (например, NaCl). Неметаллымогут при определенных условиях между собой реагировать, образуя соединения сковалентной полярной (H2O, HCl)и неполярной связями (CO2).
С водородом неметаллы образуютлетучие соединения, как, например, фтороводород HF,сероводород H2S, аммиак NH3, метан CH4. При растворении в воде водородные соединения галогенов,серы, селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородныесоединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se,H2Te.
При растворении в воде аммиакаобразуются аммиачная вода, обычно обозначаемая формулой NH4OHи называемая гидроксидом аммония. Ее также обозначают формулой NH3 • H2O и называют гидратом аммиака.
С кислородом неметаллы образуюткислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления,равную номеру группы (например, SO2, N2O5),а других – более низкую (например, SO2, N2O3).Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одногонеметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления.Например, азотная кислота HNO3 сильнееазотистой HNO2, а серная кислотаH2SO4 сильнеесернистой H2SO3.
§3. Строение и свойства простых веществ – неметаллов.
Самые типичныенеметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные –немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств. Наглядно это отражено всхеме №2.
Простые вещества
С немолекулярным строением
С молекулярным строением
C, B, Si
F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8
У этих неметаллов атомные кристаллические решетки, поэтому они обладают большой твердостью и очень высокими температурами плавления.
У этих неметаллов в твердом состоянии молекулярные кристаллические решетки. При обычных условиях это газы, жидкости или твердые вещества с низкими температурами плавления.
Таблица №2
Кристаллический бор В (как икристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С)и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температурысильно увеличивается, что дает возможность широко применять его вполупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди,никеля и др. улучшает их механические свойства.
Бориды (соединения бора снекоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при изготовлениидеталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.
Как видно из схемы №2, углеродС, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладаютнекоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двухвидоизменениях – в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизмененияэтих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления.Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.
Все эти элементы образуютсоединения с металлами – карбиды, силициды и бориды (CaC2,Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые изних обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется дляполучения ацетилена.
Если сравнить расположениеэлектронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов, то можносудить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет.Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I истепень окисления – 1. В атомах других галогенов, например ватоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов можетпроизойти тремя разными путями.
В первом случае хлор можетпроявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли –хлориты, например хлорит калия KClO2.
Во втором случае хлор можетобразовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К такимсоединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 иее соли – хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).
В третьем случае хлор проявляетстепень окисления +7, например в хлорной кислоте HClO4 ив ее солях – перхлоратах, например в перхлорате калия КClO4.
§4. Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткаяхарактеристика их свойств.
С кислородом неметаллы образуюткислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления,равную номеру группы (например, SO2, N2O5),а других – более низкую (например, SO2, N2O3).Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислотодного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степеньокисления. Например, азотная кислота HNO3сильнее азотистой HNO2, а серная кислота H2SO4сильнее сернистой H2SO3.
Характеристикикислородных соединений неметалов:
1. Свойствавысших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы свысшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются отосновных к кислотным.
2. В группахсверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этомможно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.
3. Возрастаниекислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слеванаправо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этихэлементов.
4. В главныхподгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверхувниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.
Общие формулы водородных соединений по группампериодической системы химических элементов приведены в таблице №3.
Общие формулы соединений по группам
I II III IV V VI VII RH RH2 RH3 RH4 RH3 H2R HRНелетучие водородные соединения
Летучие водородные соединения
Таблица №3.
С металлами водород образует (занекоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми веществаминемолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.
С неметаллами водород образуетлетучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы илилетучие жидкости.
В периодах слева направокислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворахусиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободныеэлектронные пары, а ионы водорода – свободную орбиталь, то происходит процесс,котроый выглядит следующим образом:
H2O + HF à H3O + F
Фтороводород в водном раствореотщепляет положительные ионы водорода, т.е. проявляет кислотные свойства. Этомупроцессу способствует и другое обстоятельство: ион кислорода имеет неподеленнуюэлектронную пару, а ион водорода – свободную орбиталь, благодаря чемуобразуется донорно-акцепторная связь.
При растворении аммиака в водепроисходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют неподеленнуюэлектронную пару, а ионы водорода – свободную орбиталь, возникаетдополнительная связь и образуются ионы аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В результате раствор приобретает основныесвойства. Этот процесс можно выразить формулой:
H2O + NH3 à NH4 + OH
Молекулы аммиака в водномрастворе присоединяют положительные ионы водорода, т.е. аммиак проявляетосновные свойства.
Теперь рассмотрим, почемуводородное соединение фтора – фтороводород HF – вводном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Этообъясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора.Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионыхлора. В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительноменьше, чем соляной кислоты, т.е. фтороводородная кислота слабее солянойкислоты.
Из приведенных примеров можносделать следующие общие выводы:
1. В периодахслева направо у ионов элементов положительный заряд увеличивается. В связи сэтим кислотные свойства летучих водородных соединений элементов в водныхрастворах усиливаются.
2. В группахсверху вниз отрицательно заряженные анионы все слабее притягивают положительнозаряженные ионы водорода Н+. В связи с этим облегчается процесс отщепленияионов водорода Н+ и кислотные свойства водородных соединений увеличиваются.
3. Водородныесоединения неметаллов, обладающие в водных растворах кислотными свойствами,реагируют со щелочами. Водородные же соединения неметаллов, обладающие в водныхрастворах основными свойствами, реагируют с кислотами.
4. Окислительнаяактивность водородных соединений неметаллов в группах сверху вниз сильноувеличивается. Например, окислить фтор из водородного соединения HF химическим путем нельзя, окислить же хлор из водородногосоединения HCl можно различными окислителями. Этообъясняется тем, что в группах сверху вниз резко возрастают атомные радиусы, всвязи с чем отдача электронов облегчается.
Списокиспользованной литературы.
1. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия-11– М.: Просвещение, 1992.
2. Кременчугская М., Васильев С.Справочник школьника – М.: АСТ, 1999.
3. Хомченко Г.П. Химия для поступающих вВУЗы – М.: Высшая школа, 1993.