Химични свойства на неметалите. Взаимодействие на метали с неметали
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА МЕТАЛИ С НЕМЕТАЛИ
Неметалите проявяват окислителни свойства при реакции с метали, приемат електрони от тях и се възстановяват.
Взаимодействие с халогени
Халогени (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) са силни окислители, следователно всички метали взаимодействат с тях при нормални условия:
2Me+ н Hal 2 → 2 MeHal n
Продуктът от тази реакция е метална халидна сол ( MeF n -флуорид, MeCl n -хлорид, MeBr n -бромид, MeI n -йодид). При взаимодействие с метал халогенът се редуцира до най-ниската степен на окисление (-1) инравна на степента на окисление на метала.
Скоростта на реакцията зависи от химическата активност на метала и халогена. Окислителната активност на халогените намалява в групата отгоре надолу (от F към I ).
Взаимодействие с кислород
Кислородът окислява почти всички метали (с изключение на Ag, Au, Pt ), което води до образуването на оксидиАз 2 О н .
активни метали лесно взаимодействат с атмосферния кислород при нормални условия.
2 Mg + O 2 → 2 MgO (със светкавица)
Метали с междинна активност също реагират с кислород при нормална температура. Но скоростта на такава реакция е значително по-ниска, отколкото при участието на активни метали.
Неактивни метали окислява се от кислород при нагряване (изгаряне в кислород).
оксиди Химичните свойства на металите могат да бъдат разделени на три групи:
1. Основни оксиди ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O и др.) се образуват от метали в ниски степени на окисление (+1, +2, като правило, под +4). Основните оксиди взаимодействат с киселинни оксиди и киселини, за да образуват соли:
CaO + CO 2 → CaCO 3
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
2. Киселинни оксиди ( Cr VI O 3, Fe VI O 3, Mn VI O 3, Mn 2 VII O 7 и др.) се образуват от метали във високи степени на окисление (като правило над +4). Киселинните оксиди взаимодействат с основни оксиди и основи, за да образуват соли:
FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO 4
CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O
3. Амфотерни оксиди ( BeO, Al 2 O 3, ZnO, SnO, MnO 2, Cr 2 O 3, PbO, PbO 2 и т.н.) имат двойна природа и могат да взаимодействат както с киселини, така и с основи:
Cr 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) + 3H 2 O
Cr 2 O 3 + 6NaOH → 2Na 3
Взаимодействие със сяра
Всички метали взаимодействат със сярата (с изключение на Au ), образувайки соли - сулфидиАз 2 S n . В този случай сярата се редуцира до степен на окисление "-2". платина (Пт ) взаимодейства със сярата само във фино раздробено състояние. алкални метали и Ca и Mg реагират със сяра при нагряване с експлозия. Zn, Al (прах) и Mg в реакция със сяра дават светкавица. В посока отляво надясно в серията активност скоростта на взаимодействие на металите със сярата намалява.
Взаимодействие с водород
С водорода някои активни метали образуват съединения - хидриди:
2 Na + H 2 → 2 NaH
В тези съединения водородът е в своето рядко състояние на окисление "-1".
Е.А. Нуднова, М.В. Андрюхова
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ВОДОРОД
1. С МЕТАЛИ
(Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba) → с алкални и алкалоземни метали при нагряване образува твърди нестабилни вещества хидриди, други метали не реагират.
2K + H₂ = 2KH (калиев хидрид)
Ca + H₂ = CaH2
2. С НЕМЕТАЛИ
с кислород, халогени при нормални условия, при нагряване реагира с фосфор, силиций и въглерод, с азот под налягане и катализатор.
2Н₂ + O₂ = 2Н₂O Н2 + Cl₂ = 2HCl
3Н₂ + N₂↔ 2NH3 H₂ + S = H₂S
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДАТА
Не реагира с вода
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДИТЕ
Редуцира оксиди на метали (неактивни) и неметали до прости вещества:
CuO + H₂ = Cu + H2O 2NO + 2H₂ = N₂ + 2H₂O
SiO₂ + H₂ = Si + H2O
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ
Не реагира с киселини
6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С алкали
Не реагира с алкали
7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЪС СОЛТА
Възстановява неактивните метали от соли
CuCl₂ + H2 = Cu + 2HCl
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА КИСЛОРОДА
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИ
С алкални метали при нормални условия - оксиди и пероксиди (литиев - оксид, натриев - пероксид, калий, цезий, рубидий - супероксид
4Li + O2 = 2Li2O (оксид)
2Na + O2 = Na2O2 (пероксид)
K+O2=KO2 (супероксид)
С останалите метали от основните подгрупи при нормални условия образува оксиди със степен на окисление, равна на номера на групата
2 ОТа+О2=2ОТaO
4Al + O2 = 2Al2O3
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИ
С метали от вторични подгрупи при нормални условия и при нагряване образува оксиди с различна степен на окисление, а с желязо - желязна скалаFe3 О4 ( FeO∙ Fe2 О3)
3Fe + 2O2 = Fe3O4 4Cu + O₂ = 2Cu₂⁺¹O (червен);
2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (черно); 2Zn + O₂ = ZnO
4Cr + 3О2 = 2Cr2⁺³О3
образува оксиди - често с междинно състояние на окисление
° С + О₂(ex)=CO₂; ° С+ О₂ (седмица) =CO
S + O₂ = SO₂N₂ + O₂ = 2NO - Q
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДАТА
Не реагира с вода
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДИТЕ
Окислява по-ниските оксиди до оксиди с по-висока степен на окисление
Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3; C⁺²O + O2 = C⁺4O2
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ
Безводните аноксикиселини (бинарни съединения) горят в кислородна атмосфера
2H2S + O2 = 2S + 2H2O 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
При кислородосъдържащите увеличава степента на окисление на неметала.
2HN⁺³O2 + O2 = 2HN⁺5O3
6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С БАЗИ
Окислява нестабилните хидроксиди в водни разтворидо по-висока степен на окисление
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЪС СОЛ И БИНАРНИ СЪЕДИНЕНИЯ
Влиза в реакции на горене.
4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
каталитично окисление
NH3 + O2 = NO + H2O
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ХАЛОГЕНИТЕ
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИ
С алкални при нормални условия, сЕ, кл, брзапалвам:
2 Na + кл2 = 2 NaCl(хлорид)
Алкалоземните и алумините реагират при нормални условия:
ОТа+Cl2=ОТaCl2 2Al+3Cl2 = 2AlCl3
Метали от вторични подгрупи при повишени температури
Cu + Cl₂ = Cu⁺²Cl₂
2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (няма меден (II) йодид!)
2Fe + ЗС12 = 2Fe⁺³Cl3 железен (III) хлорид
Флуорът реагира с метали (често експлозивно), включително злато и платина.
2Au + 3F₂ = 2AuF
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛИ
Те не взаимодействат директно с кислорода (с изключение на F₂), те реагират със сяра, фосфор, силиций. Химическата активност на брома и йода е по-слабо изразена от тази на флуора и хлора:
H2 +Е2 = 2NЕ ; Si + 2 Е2 = SiF4.; 2 П + 3 кл2 = 2 П⁺³ кл3; 2 П + 5 кл2 = 2 П⁺⁵ кл5; С + 3 Е2 = С⁺⁶ Е6;
S + Cl2 = S⁺²Cl2
Е₂
Реагира с кислород:Е2 + О2 = О⁺² Е2
Реагира с други халогени:кл₂ + Е₂ = 2 кл⁺¹ Е¯¹
Реагира дори с инертни газове 2Е₂ + Xe= Xe⁺⁸ Е₄¯¹.
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДАТА
Флуорът при нормални условия образува флуороводородна киселина + + O₂
2F2 + 2H2O → 4HF + O2
Хлорът, когато температурата се повиши, образува солна киселина + O₂,
2Сl₂ + 2H₂O → 4HCl + O₂
на н.о. - "хлорна вода"
Сl2 + Н2О ↔ НCl + НClO (солна и хипохлорна киселина)
Бромът при нормални условия образува "бромна вода"
Br2 + H2O ↔ HBr + HBrO (бромоводородна и бромоводородна киселина
Йод → няма реакция
I2 + H₂O ≠
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДИТЕ
Само флуор F₂ РЕАГИРА, като измества кислорода от оксида, образувайки флуориди
SiO2‾² + 2F2⁰ = SiF4‾¹ + O2⁰
6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ.
реагират с безкислородни киселини, измествайки по-малко активните неметали.
H2S‾² + I2⁰ → S⁰↓+ 2HI‾
7. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С алкали
Флуорът образува флуорид + кислород и вода
2F2 + 4NaOH = 4NaF¯¹ + O2 + 2H2O
Хлорът при нагряване образува хлорид, хлорат и вода.
3 кл₂ + 6 KOH = 5 KCl¯¹ + KCl⁺⁵ О3 + 3 з2 О
На студено, хлорид, хипохлорат и вода, с калциев хидроксид белина и вода
Cl2 + 2KOH-(студен)= KCl¯¹ + KCl⁺¹O + H2O
Cl2 + Ca(OH) 2 = CaOCl2 (белина - смес от хлорид, хипохлорит и хидроксид) + H2O
Бром при нагряване → бромид, бромат и вода
3Br2 + 6KOH =5KBr¯¹ + KBr ⁺⁵O3 + 3H2O
Йод при нагряване → йодид, йодат и вода
3I2 + 6NaOH = 5NaI¯¹ + NaI ⁺⁵O3 + 3H2O
9. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЪС СОЛТА
Изместване на по-малко активни халогени от соли
2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2
2KCl + Br2 ≠
2KCl + F2 → 2KF + Cl2
2KBr + J2≠
Окислявайте неметалите в соли до по-висока степен на окисление
2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl 3 ‾¹
Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰ + 2H2O → Na2S⁺⁶O4 + 2HBr‾
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА СЯРАТА
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИреагира при нагряване дори с алкални метали, с живак при нормални условия: със сяра - сулфиди:
2K + S = K2S
2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛИ
При нагряване с водород,° Скислород (серен диоксид)° Схалогени (с изключение на йод), с въглерод, азот и силиций и не реагира
S + Cl2 = S⁺²Cl2; S + O₂ = S⁺4O₂
H₂ + S = H2S¯²; 2P + 3S = P₂S3¯²
ОТ+ 3S = CS₂¯²
С ВОДА, ОКСИДИ, СОЛ
НЕ РЕАГИРА
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ
Окислява се от сярна киселина при нагряване до серен диоксид и вода
2H2SO4 (конц) = 2H2O + 3S⁺4O2
Азотна киселина при нагряване до сярна киселина, азотен оксид (+4) и вода
S + 6HNO3(конц) =H2SO4 + 6N⁺4O2 + 2H2O
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С алкали
Образува сулфит при нагряване, сулфид + вода
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА АЗОТ
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИреакциите протичат при нагряване (изключение: литий с азот при нормални условия):
С азот - нитриди
6Li + N2 = 3Li2N (литиев нитрид) (n.o.) 3Mg + N2 = Mg3N2 (магнезиев нитрид) 2Cr + N2 = 2CrN
Желязото в тези съединения има степен на окисление +2
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛИ
(поради тройната връзка, азотът е много неактивен). При нормални условия не реагира с кислорода. Реагира с кислорода само когато висока температура(електрическа дъга), в природата - по време на гръмотевична буря
N2+O2=2NO (електронна поща. дъга, 3000 0C)
С водород при високо налягане, повишена температура и в присъствието на катализатор:
т,п,кат
3N2+3H2 ↔ 2NH3
С ВОДА, ОКСИДИ, КИСЕЛИНИ, АЛКАЛИ И СОЛ
НЕ РЕАГИРА
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ФОСФОРА
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИ
реакциите протичат при нагряване с фосфор - фосфиди
3Ca + 2P = K3P2, Желязото в тези съединения има степен на окисление +2
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛИ
Изгаряне в кислород
4P + 5O₂ = 2P₂⁺5O₅ 4P + 3O₂ = 2P2₂⁺³O₃
С халогени и сяра при нагряване
2P + 3Cl₂ = 2P⁺³Cl3 2P + 5Cl2 = 2P⁺5Cl5; 2P + 5S = P₂⁺5S5
Не взаимодейства директно с водород, въглерод, силиций
С ВОДА И ОКСИДИ
НЕ РЕАГИРА
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ
С концентрирана азотна киселина азотен оксид (+4), с разреден азотен оксид (+2) и фосфорна киселина
3P + 5HNO3(конц.) =3H3PO₄ + 5N⁺4O₂
3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H3PO₄ + 5N⁺²O
С концентрирана сярна киселина се образуват фосфорна киселина, серен оксид (+4) и вода
3P + 5H2SO4 (конц.) =3H3PO4 + 5S⁺4O₂+ 2H2O
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С алкали
Образува фосфин и хипофосфит с алкални разтвори
4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H 3 + 3NaH 2 П ⁺1О 2
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЪС СОЛТА
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СЪС СОЛТА
Със силни окислители, проявяващи редуциращи свойства
3P⁰ + 5NaN⁺5O₃ = 5NaN⁺³O₂ + P2⁺5O₅
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА ВЪГЛЕРОДА
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИ
реакции протичат при нагряване
Метали - d-елементи образуват с въглеродни съединения с нестехиометричен състав като твърди разтвори: WC, ZnC, TiC - се използват за получаване на свръхтвърди стомани
с въглеродни карбиди 2Li + 2C = Li2C2,
Ca + 2C = CaC2
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛИ
От халогените директно реагира само с флуор, с останалото при нагряване.
С + 2F₂ = CF₄.
Взаимодействие с кислород:
2C + O₂ (липса) \u003d 2C⁺²O (въглероден окис),
С + О₂(ex) = С⁺4O₂(въглероден диоксид).
Взаимодействие с други неметали при повишена температура, не взаимодейства с фосфор
C + Si = SiC¯4; C + N2 = C2⁺4N2;
C + 2H2 = C¯4H4; C + 2S = C⁺4S2;
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДАТА
Преминаването на водни пари през горещи въглища - образуват се въглероден окис и водород (синтезен газ
C + H2O = CO + H2
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ОКСИДИТЕ
ВЪГЛЕРОДЪТ НАМАЛЯВА МЕТАЛИ И НЕМЕТАЛИ ОТ ОКСИД ДО ПРОСТО ВЕЩЕСТВО ПРИ НАГРЯВАНЕ (КАРБОТЕРМИЯ), намалява степента на окисление във въглеродния диоксид
2ZnO + C = 2Zn + CO; четириОТ+ Fe3O₄ = 3Fe + 4CO;
P2O5 + C = 2P + 5CO; 2ОТ+ SiO₂ = Si + 2CO;
ОТ+ C⁺4O₂ = 2C⁺²O
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ
Окислява се от концентрирана азотна и сярна киселина до въглероден диоксид
C +2H2SO4(conc)=C⁺4O2+ 2S⁺4O2+ 2H2O; C+4HNO3 (конц.) = C⁺4O2 + 4N⁺4O2 + 2H2O.
С АЛКАЛИ И СОЛ
НЕ РЕАГИРА
ХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА СИЛИЦИЯ
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЕТАЛИ
реакциите протичат при нагряване: активните метали реагират със силиций - силициди
4Cs + Si = Cs4Si,
1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С НЕМЕТАЛИ
От халогени директно само с флуор.
Реагира с хлор при нагряване
Si + 2F2 = SiF4; Si + 2Cl2 = SiCl4;
Si + O₂ = SiO2; Si+C=SiC; 3Si + 2N₂ = Si3N;
Не взаимодейства с водород
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КИСЕЛИНИ
взаимодейства само със смес от флуороводородна и азотна киселина, образувайки хексафлуоросилициева киселина
3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂ + 4NO + 8H2O
Взаимодействие с халогеноводороди (това не са киселини) - измества водорода, образуват се силициеви халогениди и водород
Реагира с флуороводород при нормални условия.
Si + 4HF = SiF₄ + 2H₂
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С алкали
Разтваря се при нагряване в основи, образувайки силикат и водород:
Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H₂
Лекция 24
Неметали.
План на лекцията:
Неметалите са прости вещества
Положението на неметалите в периодичната система
Броят на неметалните елементи е много по-малък от този на металните елементи.Десет имат типични неметални свойства. химически елементи(H, C, N, P, O, S, F, Cl, Br, I). Шест елемента, които обикновено се наричат неметали, проявяват двойни (както метални, така и неметални) свойства (B, Si, As, Se, Te, At). И още 6 елемента в последно времезапочна да се включва в списъка на неметалите. Това са така наречените благородни (или инертни) газове (He, Ne, Ar, Kg, Xe, Rn). И така, 22 от известните химични елементи обикновено се класифицират като неметали.
Елементите, които проявяват неметални свойства в периодичната система, са разположени над диагонала бор-астат (фиг. 26).
Атомите на повечето неметали, за разлика от металните атоми, имат голям брой електрони на външния електронен слой - от 4 до 8. Изключение правят атомите на водорода, хелия, бора, които имат 1, 2 и 3 електрона при съответно външното ниво.
Сред неметалите само два елемента - водород (1s 1) и хелий (1s 2) принадлежат към s-семейството, всички останали принадлежат към Р-семейство .
Атомите на типичните неметали (А) се характеризират с висока електроотрицателност и висок електронен афинитет, което определя способността им да образуват отрицателно заредени йони с електронните конфигурации на съответните инертни газове:
A 0 + nê → A n -
Тези йони са част от йонни съединения на неметали с типични метали. Неметалите също имат отрицателни степени на окисление в ковалентни съединения с други по-малко електроотрицателни неметали (по-специално с водород).
Атомите на неметалите в ковалентни съединения с по-електроотрицателни неметали (по-специално с кислород) имат положителни степени на окисление. Най-високата положителна степен на окисление на неметал, обикновено, равен на номера на групатав който се намира.
Неметалите са прости вещества
Въпреки не голямо числонеметалните елементи, тяхната роля и значение както на Земята, така и в космоса са огромни. 99% от масата на Слънцето и другите звезди са неметални водород и хелий. въздушна обвивкаЗемята се състои от неметални атоми - азот, кислород и благородни газове. Хидросферата на Земята се формира от едно от най-важните за живота вещества – водата, чиито молекули се състоят от неметални водород и кислород. В живата материя преобладават 6 неметала - въглерод, кислород, водород, азот, фосфор, сяра.
При нормални условия неметалните вещества съществуват в различни агрегатни състояния:
1) газове: водород H 2, кислород O 2, азот N 2, флуор F 2, хлор C1 2, инертни газове: He, Ne, Ar, Kg, Xe, Rn
2) течност: бром Br 2
3) твърди вещества йод I 2, въглерод С, силиций Si, сяра S, фосфор P и др.
Седем неметални елемента образуват прости вещества, които съществуват под формата на двуатомни молекули E 2 (водород H 2, кислород O 2, азот N 2, флуор F 2, хлор C1 2, бром Br 2, йод I 2).
Тъй като между атомите в кристалната решетка на неметалите няма свободни електрони, те се различават по физични свойства от металите:
¾ нямат гланц;
¾ крехки, имат различна твърдост;
¾ провеждат лошо топлина и електричество.
Неметалните твърди вещества са практически неразтворими във вода; газообразните O 2 , N 2 , H 2 и халогените имат много ниска разтворимост във вода.
Характеризират се редица неметали алотропия- феноменът на съществуването на един елемент под формата на няколко прости вещества. Алотропни модификацииизвестен с кислород (кислород O 2 и озон O 3), сяра (ромбична, моноклинна и пластична), фосфор (бял, червен и черен), въглерод (графит, диамант и карбин и др.), силиций (кристален и аморфен).
Химични свойства на неметалите
Според химическата активност на неметалите се различават значително един от друг. Така че азотът и благородните газове влизат в химични реакции само при много тежки условия ( високо наляганеи температура, наличието на катализатор).
Най-реактивните неметали са халогените, водородът и кислородът. Сярата, фосфорът и особено въглеродът и силицийът са реактивни само при повишени температури.
Неметалите в химична реакцияпроявяват както окислителни, така и редуциращи свойства. Най-високата окислителна способност е характерна за халогените и кислорода. В такива неметали като водород, въглерод, силиций преобладават редуциращи свойства.
I. Окислителни свойства на неметалите:
1. Взаимодействие с метали.В този случай се образуват бинарни съединения: с кислород - оксиди, с водород - хидриди, азот - нитриди, халогени - халогениди и др .:
2Cu + O 2 → 2CuO
2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3
2. Взаимодействие с водород.Неметалите също действат като окислители в реакции с водород, образувайки летливи водородни съединения:
H 2 + C1 2 → 2HC1
N 2 + 3H 2 → t, p, кат. 2NH3
3. Взаимодействие с неметали.Неметалите също проявяват окислителни свойства при реакции с по-малко електроотрицателни неметали:
2P + 5C1 2 → 2PC1 5 ;
C + 2S → CS 2 .
4. Взаимодействие със сложни вещества.Окислителните свойства на неметалите могат да се проявят и при реакции със сложни вещества. Например водата гори в атмосфера на флуор:
2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2.
II. Редукционни свойства на неметалите
1. Взаимодействие с неметали. Неметалите могат да проявяват редуциращи свойства по отношение на неметалите с по-висока електроотрицателност и главно по отношение на флуора и кислорода:
4P + 5O 2 → 2P 2 O 5;
N 2 + O 2 → 2NO
2. Взаимодействие със сложни вещества.Някои неметали могат да бъдат редуциращи агенти, което им позволява да се използват в металургичното производство:
C + ZnO → Zn + CO;
5H 2 + V 2 O 5 → 2V + 5H 2 O.
SiO 2 + 2C → Si + 2CO.
Неметалите проявяват редуциращи свойства при взаимодействие със сложни вещества - силни окислители, например:
3S + 2KSlO 3 → 3SO 2 + 2KS1;
6P + 5KSlO 3 → ZR 2 O 5 + 5KS1.
C + 2H 2 SO 4 → CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;
3P + 5HNO 3 + 2H 2 O → ZH 3 RO 4 + 5NO.
Общи методи за получаване на неметали
Някои неметали се срещат в природата в свободно състояние: това са сяра, кислород, азот, благородни газове. На първо място, простите вещества - неметалите са част от въздуха.
Големи количества газообразен кислород и азот се получават чрез ректификация на въздуха (отделяне).
Най-активните неметали - халогени - се получават чрез електролиза на стопилки или разтвори от съединения. В промишлеността, с помощта на електролиза, три най-важни продукта се получават едновременно в големи количества: най-близкият аналог на флуора е хлор, водород и натриев хидроксид. Използваният електролит е разтвор на натриев хлорид, подаван в клетката отгоре.
По-подробно методите за получаване на неметали ще бъдат разгледани по-късно в съответните лекции.
Ако начертаем диагонал от берилий до астат в периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев, тогава на диагонала долу вляво ще има метални елементи (те също включват елементи от вторични подгрупи, подчертани в синьо) и неметални елементи горе вдясно (маркирани жълто). Елементите, разположени близо до диагонала - полуметали или металоиди (B, Si, Ge, Sb и др.) имат двоен характер (маркирани в розово).
Както се вижда от фигурата, по-голямата част от елементите са метали.
По свой начин химическа природаМеталите са химични елементи, чиито атоми отдават електрони от външните или предвъншните енергийни нива, като по този начин образуват положително заредени йони.
Почти всички метали имат относително големи радиуси и малък брой електрони (от 1 до 3) на външно енергийно ниво. Металите се характеризират с ниски стойности на електроотрицателност и редуциращи свойства.
Най-типичните метали са разположени в началото на периодите (започвайки от втория), по-нататък отляво надясно, металните свойства отслабват. В група отгоре надолу металните свойства се подобряват, тъй като радиусът на атомите се увеличава (поради увеличаване на броя на енергийните нива). Това води до намаляване на електроотрицателността (способността да се привличат електрони) на елементите и увеличаване на редукционните свойства (способността да се даряват електрони на други атоми при химични реакции).
типиченметалите са s-елементи (елементи от IA група от Li до Fr. елементи от PA група от Mg до Ra). Общата електронна формула на техните атоми е ns 1-2. Те се характеризират със степен на окисление съответно + I и + II.
Малкият брой електрони (1-2) във външното енергийно ниво на типичните метални атоми предполага, че тези електрони лесно се губят и проявяват силни редуциращи свойства, които отразяват ниски стойности на електроотрицателност. Това предполага ограничените химични свойства и методи за получаване на типични метали.
Характерна особеност на типичните метали е склонността на техните атоми да образуват катиони и йонни химични връзки с неметални атоми. Съединения на типични метали с неметали са йонни кристали "метален катионен анион на неметала", например K + Br -, Ca 2+ O 2-. Типичните метални катиони също са включени в съединения със сложни аниони - хидроксиди и соли, например Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.
Металите от А-групата, образуващи амфотерния диагонал в периодичната таблица Be-Al-Ge-Sb-Po, както и металите в съседство с тях (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) не проявяват типично метални свойства . Общата електронна формула на техните атоми ns 2 np 0-4 предполага по-голямо разнообразие от степени на окисление, по-голяма способност да задържат собствените си електрони, постепенно намаляване на тяхната редуцираща способност и появата на окислителна способност, особено при високи степени на окисление ( характерни примери- съединения Tl III, Pb IV, Bi v). Подобно химично поведение е характерно и за повечето (d-елементи, т.е. елементи от B-групите на периодичната таблица (типични примери са амфотерните елементи Cr и Zn).
Тази проява на двойствени (амфотерни) свойства, както метални (основни), така и неметални, се дължи на природата на химичната връзка. В твърдо състояние съединенията на нетипични метали с неметали съдържат предимно ковалентни връзки (но по-малко силни от връзките между неметали). В разтвор тези връзки лесно се разрушават и съединенията се дисоциират на йони (напълно или частично). Например металът галий се състои от молекули Ga 2, в твърдо състояние алуминиеви и живачни (II) хлориди AlCl 3 и HgCl 2 съдържат силно ковалентни връзки, но в разтвор AlCl 3 се дисоциира почти напълно, а HgCl 2 - до много малка степен (и след това в HgCl + и Cl - йони).
Общи физични свойства на металите
Поради наличието на свободни електрони („електронен газ“) в кристалната решетка, всички метали проявяват следните характерни общи свойства:
1) Пластмаса- възможност за лесна промяна на формата, разтягане на тел, навиване на тънки листове.
2) метален блясъки непрозрачност. Това се дължи на взаимодействието на свободните електрони със светлината, падаща върху метала.
3) Електропроводимост. Обяснява се с насоченото движение на свободните електрони от отрицателния към положителния полюс под въздействието на малка потенциална разлика. При нагряване електрическата проводимост намалява, т.к. с повишаване на температурата се увеличават вибрациите на атомите и йоните във възлите кристална решетка, което възпрепятства насоченото движение на „електронния газ“.
4) Топлопроводимост.Дължи се на високата подвижност на свободните електрони, поради което температурата бързо се изравнява с масата на метала. Най-висока топлопроводимост имат бисмутът и живакът.
5) твърдост.Най-твърдият е хром (реже стъкло); най-меките - алкалните метали - калий, натрий, рубидий и цезий - се нарязват с нож.
6) Плътност.По-малко е по-малко атомна масаметал и по-голям атомен радиус. Най-лек е литият (ρ=0,53 g/cm3); най-тежък е осмият (ρ=22,6 g/cm3). Металите с плътност под 5 g/cm3 се считат за "леки метали".
7) Точки на топене и кипене.Най-топимият метал е живакът (т.т. = -39°C), най-огнеупорният метал е волфрамът (t°m. = 3390°C). Метали с t°pl. над 1000°C се считат за огнеупорни, под - ниска точка на топене.
Общи химични свойства на металите
Силни редуциращи агенти: Me 0 – nē → Me n +
Редица напрежения характеризират сравнителната активност на металите в редокс реакции във водни разтвори. 
I. Реакции на метали с неметали
1) С кислород:
2Mg + O 2 → 2MgO
2) Със сяра:
Hg + S → HgS
3) С халогени:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2
4) С азот:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2
5) С фосфор:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2
6) С водород (реагират само алкални и алкалоземни метали):
2Li + H 2 → 2LiH
Ca + H 2 → CaH 2
II. Реакции на метали с киселини
1) Металите, стоящи в електрохимичната серия от напрежения до H, редуцират неокислителните киселини до водород:
Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2
2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2
6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2
2) С окислителни киселини:
При взаимодействие на азотна киселина с всякаква концентрация и концентрирана сярна киселина с метали водород никога не се отделя! 
Zn + 2H 2 SO 4 (K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
2H 2 SO 4 (c) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
4HNO 3 (c) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
III. Взаимодействие на метали с вода
1) Активни (алкални и алкалоземни метали) образуват разтворима основа (алкали) и водород:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
2) Металите със средна активност се окисляват от вода при нагряване до оксид:
Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2
3) Неактивни (Au, Ag, Pt) - не реагират.
IV. Изместване с по-активни метали на по-малко активни метали от разтвори на техните соли:
Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2
Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4
В индустрията често се използват не чисти метали, а техните смеси - сплавипри които полезните свойства на един метал се допълват от полезните свойства на друг. Така че медта има ниска твърдост и е малко полезна за производството на машинни части, докато сплавите на медта с цинк ( месинг) вече са доста твърди и се използват широко в машиностроенето. Алуминият има висока пластичност и достатъчна лекота (ниска плътност), но е твърде мек. На негова основа се приготвя сплав с магнезий, мед и манган - дуралуминий (дуралуминий), който, без да губи полезни свойстваалуминий, придобива висока твърдост и става подходящ в самолетостроенето. Сплавите на желязо с въглерод (и добавки от други метали) са широко известни излято желязои стомана.
Металите в свободна форма са редуциращи агенти.Реактивността на някои метали обаче е ниска поради факта, че са покрити с повърхностен оксиден филм, в различна степен устойчиви на действието на такива химически реагенти като вода, разтвори на киселини и основи.
Например, оловото винаги е покрито с оксиден филм, преминаването му в разтвор изисква не само излагане на реагент (например разредена азотна киселина), но и нагряване. Оксидният филм върху алуминия предотвратява реакцията му с вода, но се разрушава под действието на киселини и основи. Разхлабен оксиден филм (ръжда), образуван върху повърхността на желязото във влажен въздух, не пречи на по-нататъшното окисляване на желязото.
Под влиянието концентриранвърху металите се образуват киселини устойчивиоксиден филм. Това явление се нарича пасивиране. И така, в концентриран сярна киселинапасивирани (и след това не реагират с киселина) такива метали като Be, Bi, Co, Fe, Mg и Nb, и в концентрирана азотна киселина - метали A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Т и У.
При взаимодействие с окислители в киселинни разтвори повечето метали се превръщат в катиони, чийто заряд се определя от стабилното състояние на окисление на даден елемент в съединения (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ и Fe 3 +)
Редукционната активност на металите в кисел разтвор се предава чрез поредица от напрежения. Повечето метали се превръщат в разтвор на солна и разредена сярна киселина, но Cu, Ag и Hg - само сярна (концентрирана) и азотна киселина, а Pt и Au - "царска вода".
Корозия на метали
нежелан химическо свойствометалите са техни, т.е. активно разрушаване (окисляване) при контакт с вода и под въздействието на разтворения в нея кислород (кислородна корозия).Например, корозията на железни продукти във вода е широко известна, в резултат на което се образува ръжда и продуктите се разпадат на прах.
Корозията на металите протича във вода и поради наличието на разтворени CO 2 и SO 2 газове; създава се кисела среда и катионите Н + се изместват от активни метали под формата на водород Н 2 ( водородна корозия).
Точката на контакт между два различни метала може да бъде особено корозивна ( контактна корозия).Между един метал, като Fe, и друг метал, като Sn или Cu, поставен във вода, се появява галванична двойка. Потокът от електрони преминава от по-активния метал, който е вляво в поредицата от напрежения (Re), към по-малко активния метал (Sn, Cu), а по-активният метал се разрушава (корозира).
Поради това калайдисаната повърхност на консервите (калайдирано желязо) ръждясва при съхранение във влажна атмосфера и небрежно боравене (желязото бързо се срутва след появата дори на малка драскотина, което позволява контакт на желязото с влага). Напротив, поцинкованата повърхност на желязната кофа не ръждясва дълго време, защото дори и да има драскотини, не желязото корозира, а цинкът (по-активен метал от желязото).
Устойчивостта на корозия за даден метал се повишава, когато той е покрит с по-активен метал или когато те се слеят; например, покриването на желязото с хром или производството на сплав от желязо с хром елиминира корозията на желязото. Хромирано желязо и стомана, съдържащи хром ( неръждаема стомана) имат висока устойчивост на корозия.
електрометалургия, т.е. получаване на метали чрез електролиза на стопилки (за най-активните метали) или солеви разтвори;
пирометалургия, т.е. възстановяването на метали от руди при висока температура (например производството на желязо в процеса на доменна пещ);
хидрометалургия, т.е. изолирането на метали от разтвори на техните соли от по-активни метали (например получаване на мед от разтвор на CuSO 4 чрез действието на цинк, желязо или алуминий).
Самородните метали понякога се срещат в природата (типични примери са Ag, Au, Pt, Hg), но по-често металите са под формата на съединения ( метални руди ). По отношение на разпространението в земната кораметалите са различни: от най-често срещаните - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) до най-редките - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.
Химични свойства на неметалите
В съответствие с числените стойности на относителната електроотрицателност увеличава се окислителната способност на неметалитев следния ред: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Неметалите като окислители
Окислителните свойства на неметалите се проявяват, когато те взаимодействат:
· с метали: 2Na + Cl 2 = 2NaCl;
· с водород: H2 + F2 = 2HF;
· с неметали, които имат по-ниска електроотрицателност: 2P + 5S = P 2 S 5;
· с някои сложни вещества: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O,
2FeCl 2 + Cl 2 \u003d 2 FeCl 3.
Неметалите като редуциращи агенти1. Всички неметали (с изключение на флуор) проявяват редуциращи свойства при взаимодействие с кислород:
S + O 2 \u003d SO 2, 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O.
Кислородът в комбинация с флуор може също да прояви положително състояние на окисление, т.е. да бъде редуциращ агент. Всички други неметали проявяват редуциращи свойства. Така например хлорът не се свързва директно с кислорода, но неговите оксиди (Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 2) могат да бъдат получени индиректно, при което хлорът проявява положително състояние на окисление. Азотът при високи температури се свързва директно с кислорода и проявява редуциращи свойства. Сярата реагира още по-лесно с кислорода.
2. Много неметали проявяват редуциращи свойства при взаимодействие със сложни вещества:
ZnO + C \u003d Zn + CO, S + 6HNO 3 конц \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O.
3. Има и такива реакции, при които един и същ неметал е едновременно окислител и редуциращ агент:
Cl 2 + H 2 O \u003d HCl + HClO.
4. Флуорът е най-типичният неметал, който не се характеризира с редуциращи свойства, т.е. способността да отдава електрони в химични реакции.
Съединения на неметалиНеметалите могат да образуват съединения с различни вътремолекулни връзки.
Видове неметални съединения
Общите формули на водородните съединения по групи от периодичната система на химичните елементи са дадени в таблицата:
|
RH 2 |
RH 3 |
RH4 |
RH 3 |
H2R |
||
|
Нелетливи водородни съединения |
Летливи водородни съединения |
|||||
С кислорода неметалите образуват киселинни оксиди. В някои оксиди те проявяват максимално ниво на окисление, равно на номера на групата (например SO 2 , N 2 O 5 ), докато в други по-ниско (например SO 2 , N 2 O 3 ). Киселинните оксиди съответстват на киселини, а от двете кислородни киселини на един неметал по-силна е тази, в която той проявява по-висока степен на окисление. Например, азотната киселина HNO 3 е по-силна от азотистата HNO 2 и сярна киселина H 2 SO 4 е по-силен от сярния H 2 SO 3 .
Характеристики на кислородни съединения на неметали
1. Свойствата на висшите оксиди (т.е. оксидите, които включват елемент от тази група с най-високата степенокисляване) в периоди отляво надясно постепенно се променят от основни към киселинни.
2. В групите отгоре надолу киселинните свойства на висшите оксиди постепенно отслабват. Това може да се съди по свойствата на киселините, съответстващи на тези оксиди.
3. Увеличаването на киселинните свойства на висшите оксиди на съответните елементи в периоди отляво надясно се обяснява с постепенното увеличаване на положителния заряд на йоните на тези елементи.
4. В основните подгрупи на периодичната система от химични елементи в посока отгоре надолу киселинните свойства на висшите оксиди на неметалите намаляват.