§ 12. Элементы-неметаллы в периодической системе Д.И. Менделеева и в природе

В процессе изучения химии вы уже ознакомились со многими неметаллическими элементами и их соединениями. Наиболее известные вам неметаллы - водород, кислород и их уникальное соединение - вода. В 8 классе на примере VII группы главной подгруппы периодической системы вы ознакомились с семейством неметаллических элементов - галогенами, с их свойствами. В этом разделе вы получите целостные представления об элементах-неметаллах. Учитывая, что вы имеете некоторый запас знаний о них, умеете использовать периодическую систему Д.И. Менделеева, мы изменим привычный порядок изложения и пойдем в изучении неметаллов не от частного к общему, а, наоборот, от их общих свойств к ознакомлению с их группами, а затем и с конкретными представителями групп неметаллов. Такой подход называют дедуктивным .

Рассмотрим положение элементов-неметаллов в периодической системе. Уточним вначале их место в периодах . Элементы-неметаллы находятся в правом верхнем углу периодической системы, занимая большую часть малых периодов и размещаясь в конце нечетных рядов больших периодов. С увеличением порядковых номеров неметаллические свойства этих элементов усиливаются. Причину следует искать в изменении электронных структур их атомов: с увеличением порядкового номера их внешний электронный слой последовательно увеличивается на один p-электрон, от p 1 до p 6 , за исключением элементов первого периода Н- Не, у которых электроны заполняют лишь ls-орбиталь (табл. 9).

Обратите внимание, что у атомов первых элементов-неметаллов второго периода (В, С, N) число неспаренных p-электронов нарастает, достигая максимума у азота, а затем уменьшается. У неона, завершающего второй период, все электроны внешнего слоя (валентные электроны) спарены. Подобное строение имеют и другие атомы элементов, завершающих периоды (Ar, Кr, Хе, Rn), у которых все S- и р-орбитали внешнего слоя заняты спаренными электронами, образующими устойчивую восьмиэлектронную структуру ns 2 np 6 . При обычных условиях их простые вещества, как правило, не вступают в химические реакции и представляют собой одноатомные газы. Поэтому их часто называют инертными газами или благородными газами. Последнее название более целесообразно, так как известны некоторые соединения этих элементов (например, XeO 4 , RnF 6 и др.).

Итак, элементы-неметаллы расположены в IIIA-VIIIA-группах периодической системы.

Вместе с тем не все A-группы периодической системы состоят из элементов-неметаллов. Их число в главной подгруппе возрастает с увеличением ее номера. Так, в IIIA-группе находится только один элемент-неметалл (бор), в IVA-группе их два (углерод и кремний), в VA-группе - три элемента и т. д. В VIIA-группе уже все элементы - неметаллы. Это известные вам галогены. VTIIA-группу занимают благородные газы. Их также относят к неметаллам.

Проведенный анализ положения элементов-неметаллов в периодической системе Д.И. Менделеева позволяет сделать следующие выводы .

Рассмотрим периодическое изменение некоторых свойств элементов-неметаллов на примере третьего периода (табл. 10).

Для этих элементов характерны газообразные водородные соединения и высшие кислородные соединения кислотного характера. Формы и свойства водородных и высших кислородных соединений зависят от характерных степеней окисления данного элемента.

Анализ свойств элементов-неметаллов по их положению в главных подгруппах.

У всех элементов-неметаллов одной A-группы одинаковое число внешних электронов при разном количестве электронных слоев в атомах. Число электронов внешнего слоя у атомов элементов одной A-группы равно номеру группы, в которой они располагаются. Их числу соответствует и высшая степень окисления элемента в кислородных соединениях, а также форма последних.

Рассмотрим закономерности изменения некоторых свойств элементов- неметаллов на примере уже изученной вами подгруппы галогенов (табл. 11).

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Все элементы в Периодической системе делят условно на металлы и неметаллы. К неметаллическим элементам относятся:

Не, Nе, Аr, Кr, Хе, Rn, F, С1, Вr, I, Аt, О, S, Sе. Те, N, Р, Аs, С, Si, В, Н

Все остальные элементы считаются металлическими.

Простые вещества (элементы в свободном виде) также подразделяют на металлы и неметаллы, основываясь на их физико-химических свойствах. Так, по физическим свойствам, например по электронной проводимости, бор это неметалл, а медь - металл, хотя и возможны исключения (графит).

В Периодической системе неметаллы - это элементы главных групп (А-групп), начиная с IIIА группы (бор); остальные элементы А-групп и все элементы Б- групп - металлы. В главных группах металлические свойства отчетливее выражены для более тяжелых элементов, причем в 1А-группу входят только металлы, а в VПА и VIIIА группы - только неметаллы.

В главных группах металлические свойства элементов увеличиваются, а неметаллические свойства уменьшаются с возрастанием порядкового номера элемента.

В периодах для элементов главных групп металлические свойства уменьшаются, а неметаллические свойства увеличиваются с возрастанием порядкового номера, элемента.

Отсюда следует, что самый типичный неметаллический элемент - это фтор, самый типичный металлический элемент - это франций.

В Периодической системе отчетливо видны естественные границы, относительно которых наблюдается изменение свойств элементов. 1А группа содержит типичные металлы, элементы VIIIА группы (благородные газы) - типичные неметаллы, промежуточные группы включают неметаллы «вверху» таблицы элементов и металлы «внизу» таблицы элементов. Другая граница между металлами и неметаллами соответствует элементам Ве - А1-Gе - Sb - Ро (диагональная граница). Элементы самой этой границы и примыкающие к ней обладают одновременно и металлическими, и неметаллическими свойствами, этим элементам свойственно амфотерное поведение. Простые вещества этих элементов могут встречаться как в виде металлических, так и неметаллических модификаций (аллотропных форм).

В качестве меры металлического и неметаллического характера элементов можно принять энергию ионизации их атомов. Энергия ионизации - это энергия, которую необходимо затратить для полного удаления одного электрона из атома. Обычно металлы обладают относительно низкой энергией ионизации (496 кДж/моль для Nа, 503 кДж/моль для Ва), а неметаллы - высокой энергией ионизации (1680 кДж/моль для F, 1401 кДж/моль для N). Атомам элементов, проявляющих амфотерное поведение (Ве, А1, Ge, Sb, Ро и др.), отвечают промежуточные значения энергии ионизации (762 кДж/моль для Ge, 833 кДж/моль для Sb), а благородным газам - наивысшие значения (2080 кДж/моль для Nе, 2372 кДж/моль для Не). В пределах группы Периодической системы значения энергии ионизации атомов уменьшаются с возрастанием порядкового номера элемента, т. е. при увеличении размеров атомов. Электроположительные и электроотрицательные элементы. В соответствии со склонностью атомов элементов образовывать положительные и отрицательные одноатомные ионы, различают электроположительные и электроотрицательные элементы.

Атомы электроотрицательных элементов обладают высоким сродством к электрону. Атомы таких элементов очень прочно удерживают собственные электроны и имеют тенденцию принимать дополнительные электроны в химических реакциях. Атомы электроположительных элементов обладают низким сродством к электрону. Атомы таких элементов слабо удерживают собственные электроны и имеют тенденцию терять эти электроны в химических реакциях.

Самыми электроположительными элементами являются типичные металлы (элементы 1А группы), а самыми электроотрицательными элементами - типичные неметаллы (элементы VПА группы).

Электроположительный характер элементов увеличивается при переходе сверху вниз в пределах главных групп я уменьшается при переходе слева направо в пределах периодов. Электроотрицательный характер элементов уменьшается при переходе сверху вниз в пределах главных групп и увеличивается при переходе слева направо в пределах периодов.

Свойства химических элементов позволяют объединять их в соответствующие группы. На этом принципе была создана периодическая система, изменившая представление о существующих веществах и позволившая предположить существование новых, ранее неизвестных элементов.

Вконтакте

Периодическая система Менделеева

Периодическая таблица химических элементов была составлена Д. И. Менделеевым во второй половине XIX века. Что такое это, и для чего она нужна? Она объединяет все химические элементы по возрастанию атомного веса, причем, все они расставлены так, что их свойства изменяются периодическим образом.

Периодическая система Менделеева в свела в единую систему все существующие элементы, прежде считавшиеся просто отдельными веществами.

На основании ее изучения были предсказаны, а впоследствии - синтезированы новые химические вещества. Значение этого открытия для науки невозможно переоценить , оно значительно опередило свое время и дало толчок к развитию химии на многие десятилетия.

Существует три наиболее распространенных варианта таблицы, которые условно именуются «короткая», «длинная» и «сверхдлинная». Основной считается длинная таблица, она утверждена официально. Отличием между ними является компоновка элементов и длина периодов.

Что такое период

Система содержит 7 периодов . Они представлены графически в виде горизонтальных строк. При этом, период может иметь одну или две строки, называемые рядами. Каждый последующий элемент отличается от предыдущего возрастанием заряда ядра (количества электронов) на единицу.

Если не усложнять, период - это горизонтальная строка периодической таблицы. Каждый из них начинается металлом и заканчивается инертным газом. Собственно, это и создает периодичность - свойства элементов изменяются внутри одного периода, вновь повторяясь в следующем. Первый, второй и третий периоды - неполные, они называются малыми и содержат соответственно 2, 8 и 8 элементов. Остальные - полные, они имеют по 18 элементов.

Что такое группа

Группа - это вертикальный столбец , содержащий элементы с одинаковым электронным строением или, говоря проще, с одинаковой высшей . Официально утвержденная длинная таблица содержит 18 групп, которые начинаются со щелочных металлов и заканчиваются инертными газами.

Каждая группа имеет свое название, облегчающее поиск или классификацию элементов. Усиливаются металлические свойства в независимости от элемента по направлению сверху-вниз. Это связано с увеличением количества атомных орбит — чем их больше, тем слабее электронные связи, что делает более ярко выраженной кристаллическую решетку.

Металлы в периодической таблице

Металлы в таблице Менделеева имеют преобладающее количество, список их достаточно обширен. Они характеризуются общими признаками, по свойствам они неоднородны и делятся на группы. Некоторые из них имеют мало общего с металлами в физическом смысле, а иные могут существовать только доли секунды и в природе абсолютно не встречаются (по крайней мере, на планете ), поскольку созданы, точнее, вычислены и подтверждены в лабораторных условиях, искусственно. Каждая группа имеет собственные признаки , название и довольно заметно отличается от других. Особенно это различие выражено у первой группы.

Положение металлов

Какого положение металлов в периодической системе? Элементы расположены по увеличению атомной массы или количества электронов и протонов. Их свойства изменяются периодически, поэтому аккуратного размещения по принципу «один к одному» в таблице нет. Как определить металлы, и возможно ли это сделать по таблице Менделеева? Для того, чтобы упростить вопрос, придуман специальный прием: условно по местам соединения элементов проводится диагональная линия от Бора до Полония (или до Астата). Те, что оказываются слева - металлы, справа - неметаллы. Это было бы очень просто и здорово, но есть исключения - Германий и Сурьма.

Такая «методика» - своего рода шпаргалка, она придумана лишь для упрощения процесса запоминания. Для более точного представления следует запомнить, что список неметаллов составляет всего 22 элемента, поэтому отвечая на вопрос, сколько всего металлов всего содержится в таблице Менделеева

На рисунке можно наглядно увидеть, какие элементы являются неметаллами и как они располагаются в таблице по группам и периодам.

Общие физические свойства

Существуют общие физические свойства металлов. К ним относятся:

• Пластичность.
• Характерный блеск.
• Электропроводность.
• Высокая теплопроводность.
• Все, кроме ртути, находятся в твердом состоянии.

Следует понимать, что свойства металлов очень различаются относительно их химической или физической сути. Некоторые из них мало похожи на металлы в обыденном понимании этого термина. Например, ртуть занимает особенное положение. Она при обычных условиях находится в жидком состоянии, не имеет кристаллической решетки, наличию которой обязаны своими свойствами другие металлы. Свойства последних в этом случае условны, с ними ртуть роднят в большей степени химические характеристики.

Интересно! Элементы первой группы, щелочные металлы, в чистом виде не встречаются, находясь в составе различных соединений.

Самый мягкий металл, существующий в природе - цезий - относится к этой группе. Он, как и другие щелочные подобные вещества, мало общего имеет с более типичными металлами. Некоторые источники утверждают, что на самом деле, самый мягкий металл калий, что сложно оспорить или подтвердить, поскольку ни тот, ни другой элемент не существует сам по себе — будучи выделенным в результате химической реакци они быстро окисляются или вступают в реакцию.

Вторая группа металлов - щелочноземельные - намного ближе к основным группам. Название «щелочноземельные» происходит из древних времен, когда окислы назывались «землями», поскольку они имеют рыхлую рассыпчатую структуру. Более-менее привычными (в обиходном смысле) свойствами обладают металлы начиная с 3 группы. С увеличением номера группы количество металлов убывает

1. Положение металлов в таблице элементов

Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПСХЭ. К ним относятся:

2. Строение атомов металлов

У атомов металлов на наружном энергоуровне обычно 1-3 электрона. Их атомы обладают большим радиусом и легко отдают валентные электроны, т.е. проявляют восстановительные свойства.

3. Физические свойства металлов

Металлическая связь – это связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами в металлической кристаллической решётке .

4. Получение металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

Mе x O y + C = CO 2 + Me или Mе x O y + CO = CO 2 + Me

2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением

1 стадия – Mе x S y +O 2 =Mе x O y +SO 2

2 стадия -Mе x O y + C = CO 2 + Me или Mе x O y + CO = CO 2 + Me

3 Алюминотермия (восстановление более активным металлом)

Mе x O y + Al = Al 2 O 3 + Me

4. Водородотермия - для получения металлов особой чистоты

Mе x O y + H 2 = H 2 O + Me

5. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)

1) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (хлоридов):

2NaCl – расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl 2

CaCl 2 – расплав, электр. ток. → Ca + Cl 2

расплавов гидроксидов:

4NaOH – расплав, электр. ток. → 4 Na + O 2 + 2 H 2 O

2) Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюмини я в криолите Na 3 AlF 6 (из бокситов):

2Al 2 O 3 – расплав в криолите, электр. ток. → 4 Al + 3 O 2

3) Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:

2CuSO 4 +2H 2 O – раствор, электр. ток. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4

5. Нахождение металлов в природе

Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.

1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)

2. Средн ей активности – в виде оксидов, сульфидов ( Fe 3 O 4 , FeS 2 )

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Общие химические свойства металлов представлены в таблице:

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции

Li+ H 2 O =

Cu + H 2 O =

Al + H 2 O =

Ba + H 2 O =

Mg + H 2 O =

Ca + HCl=

Na + H 2 SO 4 (К )=

Al + H 2 S=

Ca + H 3 PO 4 =

HCl + Zn =

H 2 SO 4 (к )+ Cu=

H 2 S + Mg =

HCl + Cu =

HNO 3 (K)+ С u =

H 2 S + Pt =

H 3 PO 4 + Fe =

HNO 3 (p)+ Na=

№2. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):

Al + O 2 =

Li + H 2 O =

Na + HNO 3 (k) =

Mg + Pb(NO 3) 2 =

Ni + HCl =

№3. Вставьте вместо точек пропущенные знаки (<, > или =)

№4. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):

K+ O 2 =

Mg+ H 2 O =

Pb+ HNO 3 (p) =

Fe+ CuCl 2 =

Zn + H 2 SO 4 (p) =

Zn + H 2 SO 4 (k) =

№5. Решите тестовые задания