После создания периодической таблицы Менделеева химические элементы начали разделять на 2 категории: неметаллы и металлы. Но науке также известны вещества, которые при создании соответствующих условий могут давать весьма нетипичные реакции. Например, германий (Ge) проводит электрический ток, а алюминий взаимодействует со щёлочью. В школьную программу включена тема, которая посвящена изучению химических свойств неметаллов (химия, 9 класс).
Краткое описание
Разделение химических веществ на металлы и неметаллы давно практикуется в научной среде. В первую категорию попали 94 элемента из таблицы Менделеева. Они получили широкое распространение в различных сферах производства. В группе неметаллов присутствуют всего 22 элемента, которые занимают верхний правый угол в периодической таблице. В свободном виде они представляют собой простые вещества, у которых отсутствуют какие-либо признаки металлов.
Химические элементы с типично неметаллическими свойствами могут пребывать в разных агрегатных состояниях. Например, йод, фосфор, серу, углерод можно встретить в виде твёрдых веществ. Жидкостью является только бром. Газообразное состояние характерно для азота, кислорода и фтора.
В естественной среде неметаллы могут существовать в виде простых веществ и различных соединений. Несвязанное состояние характерно для азота, серы и кислорода. В соединениях неметаллы образуют фосфаты, бораты. Обнаружить их можно в воде, минералах, а также в горных породах.
Неметаллами являются газообразные, жидкие и твёрдые вещества, которые не наделены характерным блеском и хорошей ковкостью. Их цвета поражают своим разнообразием. Например, в природе встречаются неметаллы чёрного, красного, жёлтого, синего и даже зелёного цвета. Все эти вещества (за исключением углерода) плохо проводят электрический ток. Для лучшего усвоения этой темы общие свойства неметаллов лучше кратко записывать в виде блоков.
Способы получения
Некоторые неметаллы встречаются в естественной среде в свободном виде. Эти химические вещества можно легко выделить из смесей либо очистить различными физическими способами. Бром, фтор, хлор, йод встречаются только в виде соединений. По этой причине для получения нужных веществ специалисты прибегают к различным химическим реакциям:
- Остаточными продуктами производства H2SO4 являются теллур (Те) и селен (Se).
- В результате электролиза NaCl можно получить Cl.
- Больше всего времени уходит на производство мышьяка. В лабораторных условиях специалисты применяют сложную цепь многоуровневого взаимодействия углерода и кислорода с мышьяковым колчеданом (FeSAs).
- Из Ca3 (PO4)2 добывают фосфорит и апатит, восстанавливая при этом фосфор.
- В результате прокалывания смеси из песка с коксом в промышленных печах получается кремний.
Дистилляция жидкого воздуха, на который предварительно воздействовали повышенным давлением и низкими температурами, позволяет получить кислород, азот и инертный газ. Эти вещества пользуются большим спросом в сфере производства различных товаров.
Основные химические свойства простых веществ металлов и неметаллов изучают на уроках химии в 9 классе.
Химические свойства
Неметаллы являются химически активными веществами. В категорию исключений входят только инертные газы. В процессе взаимодействия с металлами присутствующие в неметаллических элементах атомы присоединяют к себе электроны. В итоге можно получить соли. Если задействовать только неметаллы, тогда будут образованы совместные электронные пары. Химические элементы с неметаллическими свойствами обладают следующими характеристиками:
- В результате взаимодействия с водородом могут быть образованы жидкие либо газообразные бинарные соединения, которые проявляют ковалентную полярную связь. Графически химическая реакция выглядит так: H2 + Cl2 = 2HCl (хлороводород либо гидроген хлорид), H2 + S = H2S (сероводород либо гидроген сульфид).
- Неметаллы реагируют с кислородом и образуют оксиды. Эти сложные вещества представляют собой бинарные соединения с ковалентной полярной связью. В этом случае кислород имеет степень окисления -2. Химическую реакцию можно выразить так: С + О2 = СО2 (карбон оксид), S + O2 = SO2 (сульфур оксид).
- Если химическая реакция происходит между металлами и неметаллами, тогда будут образованы соединения бинарного типа с ионной химической связью: алюминий хлорид (2Al + 3Cl2 = 2AlCl3), магний оксид (2Mg + O2 = 2MgO), кальций гидрид (Ca + H2 = CaH2), литий нитрид (6Li + N2 = 2Li3N), феррум (II) сульфид (Fe + S = FeS).
- Все оксиды неметаллических элементов принято делить на 2 категории: несолеобразующие, солеобразующие. Среди этих химических элементов встречаются газообразные и твёрдые вещества, жидкости. Во всех оксидах атомы неметаллов, соединённые с оксигеном, обладают положительной степенью окисления. Практически все эти элементы являются кислотными, из-за чего они вступают в реакцию с Н2О, амфотерными и основными оксидами/гидроксидами.
- После взаимодействия двух неметаллов можно получить химические вещества с разными агрегатными состояниями, для которых свойственен ковалентный тип связи: силиций хлорид (Si + 2Cl2 = SiCl4), карбон сульфид (С + 2S = CS2).
Группа неметаллов является полиморфной, из-за чего окислительные и восстановительные свойства химических элементов зависят от типа реакции. Исключением является только фтор, который всегда выступает в роли окислителя.
Физические характеристики
Неметаллы могут иметь как немолекулярное, так и молекулярное строение. Благодаря своим физическим и химическим характеристикам эти химические вещества активно используются в разных отраслях для серийного производства товаров. Учёным удалось выяснить, что внешняя твёрдая оболочка Земли на 75—77% состоит из О2 и Si.
Огромное воздействие на физические характеристики неметаллов оказывают кристаллическая решётка и молекулярное строение. Кремний, как и алмаз, обладает высокими показателями прочности, высокой температурой кипения и плавления. Сера (S), йод (I) и фосфор (P) обладают молекулярной решёткой, из-за чего подвергаются серьёзным изменениям при низких температурах.
Простые неметаллы можно разделить на 3 категории: жидкости, газы, твёрдые вещества. Но такой способ классификации химических веществ будет актуальным только при комнатной температуре и невысоком давлении. Во всех остальных случаях состояние элементов будет подвержено изменениям. Самой большой категорией являются газообразные неметаллы, например, N2, О2, P4, H2O, O3. Все эти вещества обладают высокой расширяемостью и сжимаемостью. Они могут легко смешиваться между собой, заполняя при этом весь объём сосуда.
В роли мощного окислителя выступает кислород, без которого невозможна дальнейшая жизнь на планете. А вот белый фосфор в считаные секунды может образовывать различные токсичные соединения, из-за чего является смертельно опасным. К категории твёрдых веществ относятся:
- As (мышьяк);
- В (бор);
- P (фосфор);
- Si (кремний);
- I (йод);
- S (сера).
В обычных условиях все эти вещества имеют атомную кристаллическую решётку. Элементы являются твёрдыми, но при этом обладают повышенной хрупкостью, легко ломаются и слоятся.
К категории жидких веществ относится исключительно бром. В природе он является крайне ядовитым, его пары вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, повреждение кожных покровов. В минимальном количестве бром содержится в организме человека, снижая вероятность возникновения гормональных сбоев.
Сферы использования
На уроках химии в 9 классе можно узнать, что к неметаллам относится водород, который получил большой спрос в химической промышленности. Этот элемент используют для синтеза аммиака, хлороводорода, метанола. Водород применяется для гидрогенизации жиров. Неметалл используется в качестве восстановителя, является неотъемлемым компонентом при производстве многих металлов и их соединений. В медицине перекись водорода применяется для обработки ран и остановки небольших кровотечений.
Большой спрос в сфере серийного производства винилхлорида, соляной кислоты, каучука и пластмасс получил хлор. Этот неметалл используется в текстильной и бумажной промышленностях. Хлор является качественным отбеливающим средством. В бытовой сфере это вещество незаменимо для безопасного обеззараживания воды, что объясняется его дезинфицирующим действием. В фармакологии используется хлорид натрия, на основании которого выпускаются многочисленные водорастворимые медикаментозные средства.
Сера (S) относится к категории неметаллов. Это химическое вещество применяется для производства пороха, серной кислоты и спичек. S необходима при вулканизации каучука. Этот химический элемент используется как надёжное фунгицидное средство для борьбы с вредителями в сельскохозяйственной отрасли. Бром и йод необходимы для синтеза полимерных материалов и изготовления лекарственных средств.
К категории неметаллов относятся химические вещества, которые являются незаменимыми в пищевой промышленности, медицине, фармакологии, пиротехнике, косметологии и сельском хозяйстве. При правильном применении элементы с неметаллическими свойствами не несут опасности для здоровья человека и не загрязняют окружающую среду.
