Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

Розділ II. Неметалічні елементи та їхні сполуки

Тема 1. Гідроген. Водень

§ 18. Загальна характеристика неметалічних елементів та неметалів

Пригадайте:

• будову електронних оболонок атомів (за § 2, 3);
• валентні можливості елементів в основному та збудженому станах (за § 4).

Особливості будови електронної оболонки атомів та місце в Періодичній системі

Ви пам’ятаєте, що на початку курсу хімії ми поділяли хімічні елементи на дві групи: металічні та неметалічні. Ця класифікація значною мірою ґрунтується на здатності атомів елементів приймати та віддавати електрони. У хімічних взаємодіях атоми металічних елементів лише віддають електрони, а неметалічних — прагнуть прийняти електрони, але можуть і віддавати, залежно від того, з якими атомами сполучаються. Порівняно з металічними елементами неметалічних існує значно менше, лише 25 із відомих на сьогодні 118 елементів (мал. 18.1).

Усі ці 25 неметалічних елементів відрізняються за властивостями. Так, сім із них — Бор, Силіцій, Германій, Арсен, Стибій, Телур, Астат — за рекомендацією IUPAC називають напівметалічними, оскільки їм притаманні певні властивості металічних елементів: утворені ними прості речовини виявляють металічний блиск і, хоча й невеликою мірою, але проводять електричний струм, а деякі з них витісняють водень із кислот або утворюють основні й середні солі з різними кислотними залишками.

Елементи VIIIA групи є інертними, електронна оболонка їхніх атомів стабільна, вони не прагнуть приймати чи віддавати електрони. Хоча для важких інертних елементів відомі сполуки, наприклад KrF₂ чи ХеО₃.

З усіх неметалічних елементів лише два — Гідроген і Гелій — є s-елементами, усі інші — р-елементи. В інертних р-елементів на зовнішньому енергетичному рівні октет електронів. Чим ближче до інертного розташований елемент, тим сильніше його атоми прагнуть приймати електрони, а отже, тим сильніше виражені неметалічні й окисні властивості.

Поширеність неметалічних елементів у природі

У природі трапляються атоми всіх неметалічних елементів, окрім тих, що одержані штучно під час ядерних реакцій.

У Всесвіті з усієї кількості атомів 93 % припадає на атоми Гідрогену, 6,9 % — на атоми Гелію. Отже, неметалічні елементи — найпоширеніші у Всесвіті:

(у Всесвіті, у відсотках від загальної кількості атомів)

Можна також упевнено стверджувати, що і на нашій планеті «панують» неметалічні елементи. Основні компоненти повітря — азот N₂, кисень О₂, аргон Аr, водяна пара Н₂О, вуглекислий газ СО₂ тощо — утворені саме неметалічними елементами. Отже, атмосфера Землі складається лише з неметалічних елементів:

(у сухому повітрі поблизу поверхні Землі)

Неметалічні елементи також переважають у літосфері: майже половина її — це атоми Оксигену, а чверть — Силіцію. До тих 14 %, що припадають на інші елементи земної кори, разом із металічними елементами належать також усі інші неметалічні елементи у складі різних сполук (окрім тих, що одержані штучно).

(у земній корі, у відсотках від загальної маси)

Світовий океан на 96,5 % складається з води (сполука двох неметалічних елементів), усе інше припадає на солі, у складі яких також багато неметалічних елементів: Хлор (хлорид-іони), Бром (бромід-іони), Сульфур (у складі сульфат-іонів), Карбон (у складі карбонат- та гідрогенкарбонат-іонів), Оксиген тощо.

Неметали. Явище алотропії

Неметалічні елементи утворюють прості речовини — неметали. Для всіх неметалів характерні атомні або молекулярні кристалічні ґратки, зокрема й для простих речовин, утворених напівметалічними елементами. Попри те, що цим речовинам притаманна електропровідність, атоми в них сполучені ковалентними зв’язками й утворюють атомні кристалічні ґратки.

Будова речовин зумовлює більшість фізичних властивостей, спільних для неметалів:

• мають переважно невисокі температури плавлення та кипіння, тому неметали за звичайних умов газуваті (водень, фтор, інертні гази тощо), рідкі (бром) або легкоплавкі тверді речовини;
• не проводять електричний струм (за винятком напівметалів, що є напівпровідниками);
• у твердому агрегатному стані крихкі та непластичні;
• багато неметалів мають характерне забарвлення (окрім напівметалів, що мають металічний блиск).

Хоча відомо 25 неметалічних елементів, простих речовин-неметалів існує значно більше. Це зумовлено тим, що атоми одного хімічного елемента можуть утворювати дві або більше простих речовин, різних за будовою та властивостями. Це явище називають алотропією, а прості речовини — алотропними видозмінами.

Алотропні видозміни — це прості речовини, утворені атомами одного хімічного елемента.

Деякі хімічні елементи утворюють лише одну просту речовину, наприклад галогени та інертні гази. Але більшість елементів у природі утворюють декілька алотропних видозмін.

Найпоширеніші алотропні видозміни неметалічних елементів ми розглянемо в наступних параграфах.

Леткі сполуки неметалічних елементів із Гідрогеном

Багато хімічних елементів утворюють сполуки з Гідрогеном. Але характерною особливістю неметалічних елементів є те, що їхні сполуки з Гідрогеном є леткими, вони мають молекулярні кристалічні ґратки і за звичайних умов перебувають у рідкому (вода й гідроген флуорид) або газуватому агрегатному стані.

Водні розчини більшості летких сполук неметалічних елементів із Гідрогеном — це кислоти, амоніак і фосфін — у водному розчині є слабкими основами, інші не виявляють кислотно-основні властивості (мал. 18.2).

Ключова ідея

Неметалічні елементи — найпоширеніші в природі. Їхні атоми прагнуть приймати електрони до утворення октету електронів на зовнішньому енергетичному рівні, унаслідок чого для них більш характерні окисні властивості.

Запитання та завдання

94. Схарактеризуйте місце неметалічних елементів у Періодичній системі та особливості будови електронних оболонок їхніх атомів.

95. Які елементи називають напівметалічними? Чому їх називають саме так?

96. Схарактеризуйте поширеність неметалічних елементів у Всесвіті, повітрі, Світовому океані й земній корі.

97. Схарактеризуйте загальні фізичні й хімічні властивості неметалів.

98. Дайте визначення понять «алотропія», «алотропні видозміни».

99. Які речовини називають леткими сполуками з Гідрогеном? Наведіть приклади.

100. За значенням електронегативностей елементів (див. Періодичну систему на с. 268) визначте тип хімічного зв'язку в летких сполуках із Гідрогеном.

101. Чому на малюнку 18.2 не наведено формули летких сполук із Гідрогеном неметалічних елементів 1, 7 та 8 періодів, а також VIIIА групи?