Физические свойства неметаллов

Тема: Общие сведения о неметаллах.

Дата: 26.02.2021 (1 час)

Студенты должны знать: особенности строения атомов – неметаллов и характер изменения свойств неметаллов в зависимости от положения этих элементов в Периодической системе Д.И.Менделеева; особенности их кристаллического строения и физических свойств; причины аллотропии.

Студенты должны уметь: определять тип кристаллической решетки, степень окисления, записывать уравнения реакций с участием неметаллов.

План.

1. Неметаллы, особенности строения и изменение свойств в ПСХЭ.

2. Нахождение неметаллов в природе.

3. Способы получения неметаллов.

4. Физические свойства неметаллов.

Посмотреть видеоурок https://www.youtube.com/watch?v=F5IJKziMEh8&t=310s

Опорный конспект

Неметаллы, особенности строения, изменение свойств в ПСХЭ

Неметаллы — это простые вещества, образованные р-элементами (исключение — водород и гелий, образованы s-элементами). В Периодической системе элементов они расположены в конце малых и больших периодов, т. е. занимают правый верхний угол в главных подгруппах.

Свойства неметаллов обусловлены особенностями строения их атомов. Внешний электронный слой атомов неметаллов содержит 4-8 электронов (исключение составляют бор, водород, гелий).

Валентными являются электроны s- и р-подуровней внешнего энергетического уровня. Общее число их соответствует номеру группы, в которой расположен элемент.

Однако максимальная валентность атомов неметаллов может не соответствовать номеру группы, в которой расположен элемент. Так, вам известно, что для атомов неметаллов второго периода максимальная валентность равна четырем, так как на внешнем уровне атомы 2р-элементов имеют четыре валентные орбитали.

Максимальная положительная степень окисления соответствует номеру группы (исключение — кислород, фтор и гелий), а минимальная определяется по разности: номер группы - 8.

В простых веществах атомы неметаллов находятся в промежуточной степени окисления, поэтому они проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства (исключение — фтор и благородные газы).

В периодах с увеличением атомного номера р-элементов уменьшаются радиусы атомов, увеличивается число электронов на внешнем уровне и возрастает электроотрицательность, поэтому ослабевают восстановительные и усиливаются окислительные свойства простых веществ, образованных атомами этих элементов, возрастают их неметаллические свойства.

В подгруппах с увеличением атомного номера р-элементов радиусы атомов увеличиваются, электроотрицательность уменьшается, поэтому усиливаются восстановительные свойства и ослабевают окислительные и неметаллические свойства простых веществ.

Таким образом, атомы неметаллов содержат большее, чем атомы металлов, число электронов на внешнем уровне, имеют более высокие заряды ядер и значительно меньшие радиусы, вследствие этого более высокие значения электроотрицательности и большую способность к присоединению электронов (окислительную способность).

Нахождение неметаллов в природе

Некоторые неметаллы в природе встречаются как в виде простых веществ, так и в виде соединений (кислород, азот, сера, углерод), другие — только в виде соединений.

Кислород и кремний — наиболее распространенные элементы, нa их долю приходится около 70% массы земной коры. К числу редких элементов относятся иод, селен, теллур и некоторые другие, на их долю приходятся тысячные доли процента массы земной коры. Многие соединения неметаллов являются обязательной составной частью растительных и животных организмов. К элементам-органогенам («рождающим» органические вещества: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) относятся кислород (на его долю приходится около 60% массы тела человека), углерод, водород, азот, фосфор и сера. В небольших количествах в организмах животных и растений содержатся фтор, хлор и иод.

Способы получения неметаллов

1. Взаимодействие металлов с растворами HCl, H₂SO₄:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

2. Электролиз воды:

2H₂O ^Na₂^SO₄ 2H₂ + O₂

1. Электролиз воды

2. Конверсия метана:

CH₄ + 2H₂O ^{Ni, t} H₂ + CO₂

3. Конверсия углерода

C + H₂O ¹⁰⁰⁰ CO + H₂

4. Разложение метана:

СH₄ ^{Ni, Fe, 800} C + 2H₂

5. Выделение из коксового газа

Кислород

Разложение солей кислородсодержащих кислот:

2KClO₃ ^{t, MnO}₂ 2KCl + 3O₂

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

2NaNO₃ = NaNO₂ + O₂

1. Электролиз воды

2. Фракционная перегонка жидкого воздуха: азот (t_кип = -196⁰C) испаряется, а кислород (t_кип = -183⁰C) остается в жидком состоянии

Хлор

Взаимодействие хлороводородной кислоты с окислителями:

4HCl + MnO₂ = Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

16HCl + 2KMnO₄ =5Cl₂ +2MnCl₂ + 2KCl + 8H₂O

14HCl + K₂Cr₂O₇ = 3Cl₂ + 2KCl + 2CrCl₃+ 7H₂O

6HCl + KClO₃ = 3Cl₂ + 3H₂O

Электролиз концентрированного раствора хлорида натрия:

2NaCl + 2H₂O = Cl₂+ H₂+ 2NaOH

Бром, иод

Окисление бромидов и иодидов различными окислителями:

2NaBr + MnO₂ + 2H₂SO₄ = Br₂ + MnSO₄ + Na₂SO₄ + 2H₂O

10KI + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5I₂ + 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 8H₂O

Окисление бромидов и иодидов природных вод (буровых, сопутствующим нефтяным месторождениям) хлором:

2NaГ + Cl₂ = Г₂ + 2NaCl

Азот

Разложение солей аммония:

нитрита: NH₄NO₂ = N₂ + H₂O

дихромата:

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃+ N₂ + 4H₂O

Фракционная перегонка жидкого воздуха

Сера

Восстановление оксида серы (IV) сероводородом:

SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O

1. Нагревание серного колчедана (пирита) без доступа воздуха:

+2-1 +2 -2 0

FeS₂ = FeS + S

2. Восстановление оксида серы (IV) (побочный продукт металлургической и коксовой промышленности) углеродом и сероводородом

SO₂ + C = CO₂ + S

SO₂ + 2H₂S = 3S + 2H₂O

Фосфор

Прокаливание в электропечах смеси фосфорита или апатита (основной компонент – Ca₃(PO₄)₂) с песком и углем

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ = 6CaSiO₃ + P₄ + 10CO

Кремний

Восстановление оксида кремния магнием или алюминием в электропечах:

SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO

1. Восстановление оксида кремния коксом в электропечах:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO

2. Восстановление тетрахлорида кремния парами цинка:

SiCl₄ + 2Zn = Si + 2ZnCl₂

Физические свойства неметаллов

Как вы знаете, молекулы простых веществ — неметаллов могут быть одноатомными (благородные газы),двухатомными (галогены, кислород, азот и водород), а также содержать большее число атомов (озон 0₃, фосфор Р₄, сера S₈). Атомы некоторых неметаллов (углерод, кремний, фосфор, сера) способны образовывать цепи. Например, атомы углерода образуют цепи практически неограниченной длины, кремния — короткие (до шести атомов). Такие неметаллы, как сера, углерод, кремний, фосфор, кислород, существуют в виде нескольких аллотропных модификаций. Так, фосфор бывает белый, красный и черный; углерод известен в виде алмаза и графита.

Помимо известных вам алмаза и графита существуют и другие аллотропные модификации углерода — карбин и фуллерены.

Карбин представляет собой белое кристаллическое вещество (иногда встречается в графите в виде белых прожилок) или мелкокристаллический черный порошок. Кристаллическая решетка его построена из линейных углеродных цепочек двух видов:

= С = С = С = С = или — С = С — С = С —

Впервые карбин был получен синтетически, а уже позднее найден в природе. По электрической проводимости карбин занимает промежуточное положение между алмазом (диэлектрик) и графитом (проводник): он полупроводник. Карбин обладает рядом свойств, весьма ценных для использования в медицине: отсутствием токсичности, высокой биологической совместимостью. Это делает его перспективным для применения в реконструктивной хирургии, урологии, стоматологии.

Фуллерены — семейство веществ, состоящих из сферообразных или эллипсоидных молекул, построенных из пяти- и шестиугольников, которые образованы атомами углерода. Состав молекул отвечает формулам С₆₀, С₇₀, С₇₆ и др. Обнаружены молекулы, содержащие до двухсот атомов углерода. Фуллерены синтезированы из графита в 80-х гг. прошлого века. Наиболее устойчивое вещество состоит из сферических молекул С₆₀, по форме напоминающих футбольный мяч. В незначительных количествах фуллерены образуются при переходе газообразного углерода в твердое состояние. С момента открытия и по настоящее время проводятся многочисленные исследования по получению фуллеренов, описанию их структур и свойств. В 1996 г. ученые, открывшие их, были удостоены Нобелевской премии по химии.

Фуллерены представляют собой твердые кристаллические вещества. В отличие от других аллотропных модификаций углерода — алмаза, графита и карбина — они растворимы в органических растворителях, при этом образуются ярко окрашенные растворы.

Как выяснилось, фуллерены содержатся и в земных породах. Правда, это стало известно уже после их открытия. Считают, что наиболее богаты фуллеренами шунгитовые породы, залежи которых находятся в Карелии. Именно в карельских шунгитах были впервые обнаружены земные фуллерены. В настоящее время с этой особенностью шунгитов связывают целебное действие открытых в 1714 г. марциальных вод, которыми лечился еще Петр Великий (поселок Марциальные воды находится в 50 км от Петрозаводска).

При обычных условиях неметаллы находятся в разных агрегатных состояниях: газообразном (водород, кислород, азот, фтор, хлор, неон, гелий и др.), жидком (бром), твердом (иод, бор, углерод, кремний, сера, фосфор и др.).

При низкой температуре и повышенном давлении все неметаллы могут быть получены в кристаллическом состоянии. Одни из них (бор, углерод, кремний) имеют атомные кристаллические решетки, поэтому обладают большой твердостью, высокими температурами кипения и плавления. Другие имеют молекулярные кристаллические решетки (кислород, озон, водород, галогены, азот, сера), они при обычных условиях газы, жидкости или твердые вещества с низкими температурами кипения и плавления. В кристаллических решетках неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим большинство твердых неметаллов не проводят тепло и электричество. Однако кремний и черный фосфор обладают полупроводниковыми свойствами, а графит — тепло- и электропроводностью. Твердые неметаллы не обладают и пластичностью.

В воде они нерастворимы или малорастворимы. Некоторые из них (галогены, сера) лучше растворяются в органических растворителях, а белый фосфор — в сероуглероде. Фтор в воде растворять нельзя, так как он бурно реагирует с ней.

Неметаллы имеют различную окраску (желтая сера, черный графит, красный и белый фосфор и т. д.), причем в подгруппах сверху вниз интенсивность окраски усиливается: фтор — светло- зеленый газ, хлор — желто-зеленый газ, бром — красно-бурая жидкость, иод — темно-фиолетовые кристаллы.

Следовательно, простые вещества — неметаллы характеризуются большим разнообразием физических свойств, что обусловлено различным их строением.

Вопросы для самоконтроля:

1. К каким семействам относят элементы – неметаллы?

2. Почему одни неметаллы при обычных условиях – газы, другие – твёрдые тугоплавкие вещества?

3. Приведите примеры простых веществ – неметаллов, существующих при обычных условиях в разном агрегатном состоянии: а) газообразном, б) жидком, в) твёрдом.

Практическое задание.

1. В основном состоянии наибольшее число неспаренных электронов в атоме:

а) хлора; б) кремния; в) фосфора; г) серы.

2. Все галогены могут проявлять в соединениях степень окисления:

а)+5; б) +1; в)+7; г)-1.

3. Электронная формула аниона Э² ...3s²3p⁶ отвечает элементу:

а) сере; б) хлору; в) углероду; г) фосфору.

4. Электронную конфигурацию, одинаковую с конфигурацией атомов аргона, имеет частица: а) Мg²⁺; б) S^2- ; в) CI⁰; г) Ti²⁺.

5. Водород в промышленности не получают по схеме:

а) Na + Н₂0 ; в) Н₂0 ^{эектролиз};

б) С + Н₂0 ; г) СН₄ + Н₂О.

Уважаемые студенты, практическое задание необходимо выполнить в рабочей тетради (сфотографировать) или в формате Документа Word. Отправлять для проверки в личные сообщения на страницу ВКонтакте: https://vk.com/id343837166

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 44; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!