Строение и свойства простых веществ неметаллов

Строение и свойства простых веществ неметаллов.

Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств. Наглядно это отражено в схеме 2. Простые веществаС немолекулярным строениемС молекулярным строениемC, B, SiF2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8У 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 и кристаллический кремний обладает очень высокой температурой плавления 2075С и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.

Бориды соединения бора с некоторыми металлами, например с титаном TiB, TiB2 необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин. Как видно из схемы 2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.

Все эти элементы образуют соединения с металлами карбиды, силициды и бориды CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2. Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для получения ацетилена. Если сравнить расположение электронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов, то можно судить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I и степень окисления 1. В атомах других галогенов, например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали.

Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя разными путями. В первом случае хлор может проявить степень окисления 3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли хлориты, например хлорит калия KClO2. Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых степень окисления хлора 5. К таким соединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 и ее соли хлораты, например хлорат калия КClO3 бертолетова соль. В третьем случае хлор проявляет степень окисления 7, например в хлорной кислоте HClO4 и в ее солях перхлоратах, например в перхлорате калия КClO4. 4. Кислородные и водородные соединения неметаллов.

Краткая характеристика их свойств. С кислородом неметаллы образуют кислотные 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 одного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления.

Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2, а серная кислота H2SO4 сильнее сернистой H2SO3. Характеристики кислородных соединений неметалов 1. Свойства высших оксидов т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы с высшей степенью окисления в периодах слева направо постепенно изменяются от основных к кислотным. 2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают.

Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам. 3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов. 4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.

Общие формулы водородных соединений по группам периодической системы химических элементов приведены в таблице 3. Общие формулы соединений по группамIVVVIVIIRHRH2RH3RH4RH3H2RHRНелету чие водородные соединенияЛетучие водородные соединенияТаблица 3. С металлами водород образует за некоторым исключением нелетучие соединения, которые являются твердыми веществами немолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.

С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы или летучие жидкости. В периодах слева направо кислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворах усиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободные электронные пары, а ионы водорода свободную орбиталь, то происходит процесс, котроый выглядит следующим образом H2O HF H3O F Фтороводород в водном растворе отщепляет положительные ионы водорода, т.е. проявляет кислотные свойства.

Этому процессу способствует и другое обстоятельство ион кислорода имеет неподеленную электронную пару, а ион водорода свободную орбиталь, благодаря чему образуется донорно-акцепторная связь. При растворении аммиака в воде происходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют неподеленную электронную пару, а ионы водорода свободную орбиталь, возникает дополнительная связь и образуются ионы аммония NH4 и гидроксид-ионы ОН В результате раствор приобретает основные свойства.

Этот процесс можно выразить формулой H2O NH3 NH4 OH Молекулы аммиака в водном растворе присоединяют положительные ионы водорода, т.е. аммиак проявляет основные свойства. Теперь рассмотрим, почему водородное соединение фтора фтороводород HF в водном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Это объясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора. Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионы хлора.

В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительно меньше, чем соляной кислоты, т.е. фтороводородная кислота слабее соляной кислоты. Из приведенных примеров можно сделать следующие общие