Элементы неметаллы в периодической системе менделеева и в природе конспект

Обновлено: 06.07.2024

Неметаллы – вещества, обладающие неметаллическими свойствами и находящиеся в правом верхнем углу таблицы Менделеева. Открытие неметаллов произошло сравнительно недавно, в отличии от металлов, которые издавна известны человеку. В настоящее время открыто 22 неметаллических элемента.

Положение неметаллов в периодической системе

Как же определить, относится вещество к металлам или к неметаллам?

Если внимательно посмотреть на Периодическую систему Д.И. Менделеева (подробно с классификацией элементов знакомимся в параграфе 42 учебника по химии для 8 класса под редакцией Еремина В.В.) и провести условную диагональ от водорода через бор до астата и неоткрытого пока элемента № 118, таблица неметаллов займет правый верхний угол.

При рассмотрении электронного строения неметаллов можно заметить, что энергетические уровни атома заполнены электронами больше чем на 50% (исключение – бор), и у элементов, расположенных в таблице справа налево количество электронов на внешнем уровне увеличивается. Поэтому в химических реакциях эта группа веществ может быть как акцептором электронов с окислительными свойствами, так и донором электронов с восстановительными свойствами.

Вещества, образующие диагональ бор-кремний-германий-мышьяк-теллур, являются уникальными, и в зависимости от реакции и реагента могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства. Их называют металлоиды. В химических реакциях они проявляют преимущественно восстановительные свойства.

Учебник написан преподавателями химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Простота и доступность изложения курса органической химии , большое количество иллюстраций , а также разнообразные вопросы упражнения и задачи способствуют успешному усвоению учебного материала. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.

Физические свойства неметаллов. Аллотропия

Если смотреть на металлы, то невооруженным глазом можно заметить общие свойства — металлический блеск, твердое агрегатное состояние (исключение — жидкая ртуть), тепло- и электропроводность.

С неметаллами все намного сложнее. Они могут иметь молекулярное и немолекулярное строение. Благодаря различиям в строении, простые вещества неметаллы существуют в трех агрегатных состояниях:

Молекулярные:
- Летучие, газообразные, бесцветные кислород, водород.
- Газообразные, окрашенные хлор, азот, фтор.
- Единственный жидкий представитель — темно-красный бром.
- Твердые, но хрупкие вещества с невысокой температурой плавления — кристаллы йода, серы, белого фосфора.
Немолекулярные:
- Твердые вещества с высокой температурой плавления — кремний, графит, алмаз и красный фосфор.

Большинство из неметаллических веществ плохо проводят электричество и тепло.

Исключением является графит — разновидность углерода.

Химические свойства неметаллов

Как мы разобрали выше, группа неметаллов довольно полиморфна и в зависимости от типа реакций, в которых они участвуют, могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Фтор — исключение в этом ряду. Он всегда окислитель.

В ряду F,O,N,CL,Br,I,S,C,Se,P,As,Si,H окислительные свойства уменьшаются. Восстановительные свойства кислород может проявлять только в отношении фтора.

В этом типе реакций проявляются окислительные свойства и неметаллы принимают электроны с образованием отрицательно заряженных частиц.

Практически все неметаллы реагируют с водородом. Лишь благородные газы составляют исключение для реакций данного типа. Продуктом реакции являются летучие водородные соединения:

P + 5O₂ = 2P₂O₅ 4. Взаимодействие с водой и кислотами для неметаллов не характерно.

Что ещё почитать?

История открытия неметаллов

Медная посуда, железные орудия труда, золотые украшения — издавна человек замечал, что у всех этих веществ есть определенные общие свойства:

они проводят тепло и электрический ток;
для них характерен металлический блеск;
благодаря пластичности и ковкости им можно придать любую форму;
для всех веществ характерна металлическая кристаллическая решетка.

В противовес металлам были и другие вещества, не обладающие металлическими свойствами, и названные соответственно неметаллами. Практически до конца XVII века ученым-алхимикам было известно всего лишь два вещества-неметалла — углерод и сера.

Попытки открытия фтора стоили исследователям не только здоровья, но и жизни. Деви, братья Кнокс, Гей-Люссак — это неполный список жертв науки, что потеряли здоровье в попытках выделить фтор из плавикового шпата. Лишь в 1886 году Муассан решил сложную задачу способом электролиза. И получил первый галоген, а ещё – ядовитый хлор. Во времена Первой мировой войны его использовали как оружие массового поражения.

Тема: Неметаллы. Общая характеристика неметаллов.

Цели:

Оборудование и реактивы: образцы неметаллов - простых веществ H₂, O₂, Cl₂ (в пробирках с пробками); Br₂ (в ампуле); S, J₂, P (красный), активированный уголь, пьезо-зажигалка, йодкрахмальная бумажка.

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Методы обучения: словесные (рассказ, объяснение, беседа); иллюстративные (схемы); наглядные (мультимедийное наглядное пособие); проблемно-поисковый.

ФОПД: фронтальная, индивидуально-обособленная, групповая (динамические группы).

Ход работы:

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

Ответьте на вопросы:

на какие 2 большие группы условно делятся все Х.Э.?
каково положение в ПС металлов?

III. Изучение

1. Положение неметаллов в ПС

Неметаллы расположены в основном в правом верхнем углу ПС, условно ограниченном диагональю бор-астат. Самым активным является фтор.

2. Особенности строения атомов неметаллов.

Во внешнем электронном слое атомов неметаллов находится от трёх до восьми электронов.

Для атомов неметаллов, по сравнению с атомами металлов характерны:

меньший атомный радиус;
четыре и более электрона на внешнем энергетическом уровне.

Отсюда и такое важнейшее свойство атомов неметаллов – тенденция к приёму недостающих до 8 электронов, т.е. окислительные свойства. Качественной характеристикой атомов неметаллов, т.е. своеобразной мерой их неметалличности, может служить электроотрицательность, т.е. свойство атомов химических элементов поляризовать химическую связь, оттягивать к себе общие электронные пары. Электроотрицательность – мера неметалличности, т.е. чем более электроотрицателен данный химический элемент, тем ярче выражены неметаллические свойства.

3. Кристаллическое строение неметаллов-простых веществ. Аллотропия.

Если металлы – простые вещества образованы за счет металлической связи, то для неметаллов – простых веществ характерна ковалентная неполярная химическая связь. В отличие от металлов неметаллы – простые вещества, характеризуются большим многообразием свойств. Неметаллы имеют различное агрегатное состояние при обычных условиях:

газы – H₂, O₂, O₃, N₂, F₂, Cl₂;
жидкость – Br₂;
твердые вещества – модификации серы, фосфора, кремния, углерода и др.

Гораздо богаче у неметаллов и спектр цветов: красный – у фосфора, красно-бурый – у брома, желтый – у серы, желто-зеленый – у хлора, фиолетовый – у паров йода. Элементы – неметаллы более способны, по сравнению с металлами, к аллотропии.

Способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ называется аллотропией, а эти простые вещества – аллотропными видоизменениями или модификациями.

5. Физические свойства неметаллов.

Ковкость отсутствует
Блеска нет
Теплопроводность (только графит)
Цвет разнообразный: желтый, желтовато-зеленый, красно-бурый.
Электропроводность (только графит и черный Фосфор.)
Агрегатное состояние:
- газообразное(H₂, O₂, Cl₂ ,F₂, O₃)
- твердое (Р, С)
- жидкое (Br₂)

6. Химические свойства неметаллов.

Неметаллы в химических реакциях могут быть восстановителями и окислителями (фтор, кислород.)

7. Водородные соединения неметаллов.

В отличие от металлов неметаллы образуют газообразные водородные соединения. Их состав зависит от степени окисления неметаллов.

-4	-3	-2	-1
RH₄ →	RH₃ →	H₂R →	HR

Летучие водородные соединения неметаллов можно разделить на три группы:

1) Хорошо растворимые в воде (HCl, HBr, HJ, H₂S, H₂Se, NH₃), которые диссоциируют на ионы, проявляя кислотные и основные свойства.

2) Соединения, разлагаемые водой:

3) Летучие водородные соединения

По периоду в ПС химических элементов с увеличением порядкового номера элемента – неметалла усиливается кислотный характер водородного соединения.

Выводы:

Элементы-неметаллы расположены в главных подгруппах III–VIII групп ПС Д.И. Менделеева, занимая её верхний правый угол.
На внешнем электронном слое атомов элементов-неметаллов находятся от 3 до 8 электронов.
Неметаллические свойства элементов усиливаются в периодах и ослабевают в подгруппах с увеличением порядкового номера элемента.
Высшие кислородные соединения неметаллов имеют кислотный характер (кислотные оксиды и гидроксиды).
Атомы элементов-неметаллов способны как принимать электроны, проявляя окислительные функции, так и отдавать их, проявляя восстановительные функции.

IV. Закрепление изученного. Рефлексия.

1) Вставьте слова, пропущенные в тексте.
Атомы ____ в отличие от атомов ____ легко принимают наружные электроны, являются ____

2) Вставьте слова , пропущенные в тексте.
Неметаллические свойства элементов с увеличением порядкового номера в периодах ____
В группах неметаллические свойства элементов ____

3) Пользуясь периодической таблицей, запишите молекулярные формулы высших кислородных соединений неметаллов III периода. Как будет изменяться кислотный характер?

4) Запишите формулы водородных соединений элементов VII А группы. Как изменяются кислотные свойства с увеличением порядкового номера элемента?

5) Водород занимает в периодической таблице два места: в I А группе и в VII А группе. Запишите молекулярные формулы водородных соединений Na, K, Cl, F.

6) Какую высшую степень окисления имеют следующие элементы?

7) Определите, окислителем или восстановителем является сера в следующих реакциях:

8) Наиболее ярко выраженные неметаллические свойства проявляет вещество, образованное из атомов, в которых число электронов во внешнем электронном слое равно____.

9) Наиболее электроотрицательными являются атомы…..

• серы • фосфора • кремния • хлора

10) Типичному неметаллу соответствует следующая схема распределения электронов по электронным слоям:

Поменяйтесь тестом с соседом и проверьте тест вместе со мной.

V. Читаем по учебнику состав воздуха стр. 74

VI. Решаем упражнения 1–4 стр.75

VII. Оценки и домашнее задание.

Д/З § 15 Неметаллы.

Условные обозначения:
ПС – периодическая система
е – электрон
Э.О. – электроотрицательность
А. – аллотропия
Х.р. – химическая реакция

Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) являются металлическими, и только \(22\) химических элемента относятся к неметаллическим.

Кислород и кремний составляют около \(76\) % (практически три четверти) от массы земной коры (\(O_2\) — \(49,4\) % , \(Si\) — \(25,8\) % ).

Такие химические элементы, как углерод \(C\), водород \(H\), кислород \(O\), азот \(N\), фосфор \(P\) и сера \(S\), составляют \(98,5\) % от массы растений и \(97,6\) % от массы тела человека.

В состав земной атмосферы входят как простые, так и сложные вещества, образованные элементами-неметаллами.

В объёмных долях на азот N 2 приходится \(78\) % , на кислород O 2 — \(21\) % , а инертные газы составляют \(0,96\) % от объёма воздуха. В состав земной атмосферы также постоянно входит углекислый газ CO 2 , доля которого (по разным оценкам) составляет около \(0,04\) % от состава чистого воздуха.

Следует иметь в виду, что в воздухе постоянно содержится водяной пар H 2 O и другие соединения неметаллов, доля которых не является постоянной.

Главный химический элемент Вселенной — это водород. Из него образованы Солнце и другие звёзды, газовые облака и т. д. И на нашей планете из каждых \(100\) атомов \(17\) — это атомы водорода.

В Периодической системе химических элементов неметаллы занимают правый верхний угол и находятся только в главных (А) группах.

В электронной оболочке атомов неметаллов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(4\) до \(8\) электронов. Исключение составляют только водород \(H\), у которого в электронной оболочке атома вообще только один электрон, гелий \(He\) с двумя электронами и бор \(B\), у которого на наружном энергетическом уровне имеются три электрона.

Радиусы атомов неметаллов меньше, чем у металлов того же периода, поэтому в силу близости положительно заряженного ядра атома неметаллы хорошо удерживают свои валентные электроны (электроны внешнего энергетического уровня).

Радиусы атомов неметаллов существенно меньше, чем радиусы атомов металлов, находящихся в том же периоде.

Главное отличительное свойство неметаллов — это их высокая электроотрицательность , т. е. способность в химических соединениях притягивать электроны.

Рис. \(6\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу)

ОЭО неметаллических химических элементов (выделены красным цветом) превосходит соответствующую величину металлических химических элементов

Атомы неметаллов способны как принимать, так и отдавать электроны, а значит, химические вещества, содержащие такие атомы, в ходе превращений могут выступать как в роли окислителей, так и в роли восстановителей.

В процессе изучения химии вы уже ознакомились со многоми 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 вы познакомились с семейством неметаллов – галогенами, с их свойствами. В новой теме вы получите целостные представления об элементах-неметаллах. Учитывая, что вы имеете некоторый запас знаний о них, умеете использовать ПСХЭ, мы сначала ознакомимся с общими свойствами групп неметаллов, затем и с их конкретными представителями. Такой подход в изучении предмета называется дедуктивным.

I. Положение элементов-неметаллов в ПСХЭ

Неметаллы расположены в правом верхнем углу ПСХЭ (вдоль и над диагональю B-At). Всего 22 элемента-неметалла в Периодической системе. Элементы-неметаллы располагаются только в главных подгруппах ПС.

II. Строение атомов неметаллов

Для атомов-неметаллов характерно:

Небольшой атомный радиус (в сравнении с радиусами атомов-металлов одного с ними периода).

Большее число электронов на внешнем уровне (4-8), исключения Н, Не, В.

Происходит заполнение электронами только внешнего энергетического уровня.

Для элементов-неметаллов характерны высокие значения электроотрицательности.

III. Общие свойства элементов-неметаллов по их положению в ПСХЭ

Своеобразной мерой неметалличности элементов является электроотрицательность (вспомнить понятия электроотрицательности, ряд электроотрицательности). Чем больше ЭО элемента, тем сильней его способность к оттягиванию общих электронных пар, а значит тем сильнее неметаллические, т.е. окислительные способности. Чем ближе в ПС элемент располагается к фтору, тем сильнее проявляются у него окислительные свойства.

III. Неметаллы в природе

Атомы неметаллических элементов составляют подавляющее большинство соединений во Вселенной и верхних слоях Земли. Они более распространены в природе, чем металлы. Некоторые неметаллические элементы встречаются в природе в виде простых веществ: месторождения самородной серы в Прикарпатье; Завальевское месторождение графита; существуют залежи пород, содержащих алмазы. В состав воздуха входят: азот, кислород, инертные газы. Распространенным элементом в космосе является водород. Гораздо больше атомов неметаллических элементов образуют различные сложные вещества. Так, значительную часть литосферы составляет кремнезем SiO₂, гидросферы — вода.

Кислород один из самых распространенных элементов на Земле. В земной коре в составе соединений 49% по массе. Он входит в состав воды, горных пород, минералов, солей. Есть обязательной составной частью растительных, животных организмов: входит в состав белков, жиров, углеводов. В воздухе свободного кислорода 21% по объему.

Сера широко распространен в природе как в свободном виде (с примесями горных пород), так и в соединениях с различными металлами (сульфиды), а также в виде солей. Сульфиды: железный колчедан или пирит FeS2, цинковая обманка ZnS, медный блеск CuS, киноварь HgS. Сульфаты: гипс CaSO₄ • 2H₂O, глауберовая соль Na₂SO₄ • 10H₂O, горькая соль MgSO₄ • 7H₂O. Содержится в живых организмах, входит в состав белка, в состав органических соединений в нефти.

Элемент Карбон (углерод) входит в состав нефти, газа, угля, сланцев, органических соединений, углекислого и угарного газов. Важный элемент живой природы — входит в состав белков, жиров, углеводов, витаминов, ферментов, гормонов. В виде простых веществ графита и алмаза; сложных веществ: CaCO₃ — мел, известняк, мрамор, CaCO₃ • MgCO₃ — доломит, MgCO₃ — магнезит.

Чистый кремний в природе не существует, его добывают химическим способом. По распространенности занимает второе место после кислорода. Оболочка Земли на 97% состоит из соединений кремния. Встречается в виде: SiO₂ — песок, кварц, кремнезем; минералов — слюда, асбест, тальк, нефелин, полевой шпат. В стеблях растений (хвощ, бамбук), в теле птиц и животных — перья, глаз, скелет, тело губок.

Фосфор в природе существует только в соединениях в виде фосфатов. Главные минералы в состав которых входит Фосфор — Ca₃(PO₄)₂ — апатиты и фосфориты (0,08%). Элемент Фосфор входит в состав костной, мышечной, нервной тканей человека и животных, многие его в клетках мозга.

IV. Аллотропия неметаллов

Среди неметаллов распространено явление аллотропии. Один элемент может образовывать несколько простых веществ.

Разные типы кристаллических решеток (белый фосфор Р₄ – молекулярная, красный фосфор Р – атомная).

Разная структура кристаллической решетки (алмаз – тетраэдрическая, графит – слоистая).

Разный состав молекул аллотропных модификаций (О₂ и О₃).

Читайте также: