Mittemetallide keemilised omadused. Metallide koostoime mittemetallidega
METALLIDE KOOSTÖÖ MITTEMETALLIDEGA
Mittemetallidel on reaktsioonides metallidega oksüdeerivad omadused, mis võtavad neilt elektrone ja redutseeritakse.
Koostoime halogeenidega
Halogeenid (F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) on tugevad oksüdeerivad ained, mistõttu kõik metallid reageerivad nendega tavatingimustes:
2 Mina + n Hal 2 → 2 MeHal n
Selle reaktsiooni saadus on sool - metallhalogeniid ( MeFn-fluoriid, MeCln-kloriid, MeBrn-bromiid, MeIn -jodiid). Metalliga suhtlemisel redutseeritakse halogeen madalaima oksüdatsiooniastmeni (-1) janvõrdne metalli oksüdatsiooniastmega.
Reaktsiooni kiirus sõltub metalli ja halogeeni keemilisest aktiivsusest. Halogeenide oksüdatiivne aktiivsus väheneb rühmas ülalt alla (alates F kuni I).
Koostoime hapnikuga
Peaaegu kõik metallid oksüdeeritakse hapniku toimel (v.a Ag, Au, Pt ) ja tekivad oksiidid Mina 2 O n .
Aktiivsed metallid Normaaltingimustes interakteeruvad nad kergesti õhuhapnikuga.
2 Mg + O 2 → 2 MgO (välguga)
Keskmise aktiivsusega metallid reageerivad ka tavalisel temperatuuril hapnikuga. Kuid sellise reaktsiooni kiirus on oluliselt väiksem kui aktiivsete metallide osalusel.
Madala aktiivsusega metallid oksüdeerub kuumutamisel hapniku toimel (põlemine hapnikus).
Oksiidid Metallid võib nende keemiliste omaduste järgi jagada kolme rühma:
1. Põhilised oksiidid ( Na 2 O, CaO, Fe II O, Mn II O, Cu I O jne) moodustavad madala oksüdatsiooniastmega metallid (+1, +2, tavaliselt alla +4). Aluselised oksiidid reageerivad happeliste oksiidide ja hapetega, moodustades soolasid:
CaO + CO 2 → CaCO 3
CuO + H 2 SO 4 → CuSO 4 + H 2 O
2. Happelised oksiidid ( Cr VI O 3 , Fe VI O 3 , Mn VI O 3 , Mn 2 VII O 7 jne) moodustavad kõrge oksüdatsiooniastmega metallid (tavaliselt üle +4). Happelised oksiidid reageerivad aluseliste oksiidide ja alustega, moodustades soolad:
FeO 3 + K 2 O → K 2 FeO 4
CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O
3. Amfoteersed oksiidid ( BeO, Al 2 O 3, ZnO, SnO, MnO 2, Cr 2 O 3, PbO, PbO 2 jne) on kahesuguse iseloomuga ja võivad suhelda nii hapete kui ka alustega:
Cr 2O 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) + 3H 2 O
Cr2O3 + 6NaOH → 2Na3
Koostoime väävliga
Kõik metallid reageerivad väävliga (v.a Au ), moodustades sooli - sulfiide Mina 2 S n . Sel juhul redutseeritakse väävel oksüdatsiooniastmeni "-2". plaatina ( Pt ) suhtleb väävliga ainult peeneks purustatud olekus. Leelismetallid, samuti Ca ja Mg reageerivad kuumutamisel plahvatuslikult väävliga. Zn, Al (pulbriline) ja Mg väävliga reageerides annavad nad välgu. Tegevusreas vasakult paremale väheneb metallide interaktsiooni kiirus väävliga.
Koostoime vesinikuga
Mõned aktiivsed metallid moodustavad vesinikhüdriididega ühendeid:
2 Na + H2 → 2 NaH
Nendes ühendites on vesinik harvaesinevas oksüdatsiooniastmes "-1".
E.A. Nudnova, M.V. Andriukhova
VESINIKU KEEMILISED OMADUSED
1. METALLIDEGA
(Li, Na, K, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba) → moodustab leelis- ja leelismuldmetallidega kuumutamisel ebastabiilseid tahkeid hüdriide, teised metallid ei reageeri.
2K + H₂ = 2KH (kaaliumhüdriid)
Ca + H2 = CaH2
2. MITTEMETALLIDEGA
hapnikuga, normaalsetes tingimustes halogeenidega, kuumutamisel reageerib fosfori, räni ja süsinikuga, rõhu ja katalüsaatori juuresolekul lämmastikuga.
2Н₂ + O₂ = 2Н2O Н2 + Cl2 = 2HCl
3Н₂ + N₂↔ 2NH3 H₂ + S = H2S
3. KOOSTAMINE VEEGA
Ei reageeri veega
4. KOOSTAMINE OKSIIDIDEGA
Redutseerib metallide (inaktiivsete) ja mittemetallide oksiidid lihtsateks aineteks:
CuO + H2 = Cu + H2O 2NO + 2H2 = N2 + 2H2O
SiO2 + H2 = Si + H2O
5. KOOSTAMINE HAPPETEGA
Ei reageeri hapetega
6. KOOSTAMINE LEELISEGA
Ei reageeri leelistega
7. KOOSTAMINE SOOLAGA
Taastab madala aktiivsusega metallid sooladest
CuCl2 + H2 = Cu + 2HCl
HAPNIKU KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGA
Normaalsetes tingimustes leelismetallidega - oksiidid ja peroksiidid (liitiumoksiid, naatriumperoksiid, kaalium, tseesium, rubiidium - superoksiid
4Li + O2 = 2Li2O (oksiid)
2Na + O2 = Na2O2 (peroksiid)
K+O2=KO2 (superoksiid)
Põhiliste alarühmade teiste metallidega moodustab see normaalsetes tingimustes oksiide, mille oksüdatsiooniaste on võrdne rühma numbriga
2 KOOSa+O2=2KOOSaO
4Al + O2 = 2Al2O3
1. KOOSTAMINE METALLIDEGA
Sekundaarsete alarühmade metallidega moodustab see normaalsetes tingimustes ja kuumutamisel erineva oksüdatsiooniastmega oksiide ning raua raua katlakivigaFe3 O4 ( FeO∙ Fe2 O3)
3Fe + 2O2 = Fe3O4 4Cu + O2 = 2Cu₂⁺¹O (punane);
2Cu + O₂ = 2Cu⁺²O (must); 2Zn + O₂ = ZnO
4Cr + 3O2 = 2Cr2⁺³O3
moodustab oksiide – sageli keskmise oksüdatsiooniastmega
C + O₂(izb)=CO₂; C+ O₂ (nädal) =CO
S + O2 = SO2N2 + O2 = 2NO - Q
3. KOOSTAMINE VEEGA
Ei reageeri veega
4. KOOSTAMINE OKSIIDIDEGA
Oksüdeerib madalamad oksiidid kõrgema oksüdatsiooniastmega oksiidideks
Fe⁺²O + O2 = Fe2⁺³O3; C⁺2O + O2 = C⁺4O2
5. KOOSTAMINE HAPPETEGA
Veevabad hapnikuvabad happed (binaarsed ühendid) põlevad hapniku atmosfääris
2H2S + O2 = 2S + 2H2O 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O
Hapnikku sisaldavates ühendites suurendab see mittemetalli oksüdatsiooniastet.
2HN⁺3O2 + O2 = 2HN⁺⁵03
6.KOOSTOIMIMINE ALUSTEGA
Oksüdeerib ebastabiilsed hüdroksiidid vesilahused kõrgemale oksüdatsiooniastmele
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
7. KOOSTAMINE SOOLA JA BINAARÜHENDITEGA
Osaleb põlemisreaktsioonides.
4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
Katalüütiline oksüdatsioon
NH3 + O2 = NO + H2O
HALOGEENIDE KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGA
Normaalsetes tingimustes aluselise, koosF, Cl, Brsüüdata:
2 Na + Cl2 = 2 NaCl(kloriid)
Leelismuldmetallid ja alumiinium reageerivad normaalsetes tingimustes:
KOOSa+Cl2=KOOSaCl2 2Al+3Cl2 = 2AlCl3
Sekundaarsete alarühmade metallid kõrgendatud temperatuuridel
Cu + Cl2 = Cu+2Cl2
2Cu + I₂ = 2Cu⁺¹I (vask(II)jodiidi pole!)
2Fe + 3С12 = 2Fe⁺³Cl3 raud(III)kloriid
Fluor reageerib metallidega (sageli plahvatuslikult), sealhulgas kulla ja plaatinaga.
2Au + 3F₂ = 2AuF
2. KOOSTAMINE MITTEMETALLIDEGA
Nad ei interakteeru otseselt hapnikuga (välja arvatud F₂), kuid reageerivad väävli, fosfori ja räniga. Broomi ja joodi keemiline aktiivsus on vähem väljendunud kui fluoril ja klooril:
H2+F2 = 2HF ; Si + 2 F2 = SiF4.; 2 P + 3 Cl2 = 2 P⁺³ Cl3; 2 P + 5 Cl2 = 2 P⁺⁵ Cl5; S + 3 F2 = S⁺⁶ F6;
S + Cl2 = S⁺²Cl2
F₂
Reageerib hapnikuga:F2 + O2 = O⁺² F2
Reageerib teiste halogeenidega:Cl₂ + F₂ = 2 Cl⁺¹ F¯¹
Reageerib isegi inertgaasidega 2F₂ + Xe= Xe⁺⁸ F₄¯¹.
3. KOOSTAMINE VEEGA
Fluor moodustab normaalsetes tingimustes vesinikfluoriidhappe + + O₂
2F2 + 2H2O → 4НF + О2
Kui temperatuur tõuseb, moodustub kloor vesinikkloriidhape + O2,
2Сl2 + 2H2O → 4HCl + O2
nr. - "kloorivesi"
Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO (vesinikkloriid- ja hüpokloorhapped)
Broom moodustab normaalsetes tingimustes "broomivee"
Br2 + H2O ↔ HBr + HBrO (vesinikbromiid- ja hüpobromhapped
Jood →reaktsioon ei toimu
I2 + H2O ≠
5. KOOSTAMINE OKSIIDIDEGA
Reageerib ainult fluor F₂, tõrjudes oksiidist välja hapniku, moodustades fluoriide
SiO2‾² + 2F2⁰ = SiF4‾¹ + O2⁰
6. KOOSTAMINE HAPPETEGA.
reageerivad hapnikuvabade hapetega, tõrjudes välja vähemaktiivsed mittemetallid.
H2S‾² + I2⁰ → S⁰↓+ 2HI‾
7. KOOSTAMINE LEELISEGA
FLUOR moodustab fluoriidi + hapniku ja vee
2F2 + 4NaOH = 4NaF¯¹ + O2 + 2H2O
KLOOR moodustab kuumutamisel kloriidi, kloraati ja vett
3 Cl₂ + 6 KOH = 5 KCl¯¹ + KCl⁺⁵ O3 + 3 H2 O
Külmas kloriid, hüpokloraat ja vesi, kaltsiumhüdroksiidi, valgendi ja veega
Cl2 + 2KOH (külm) = KCl¯¹ + KCl⁺¹O + H2O
Cl2 + Ca(OH) 2 = CaOCl2 (valgendi – kloriidi, hüpokloriti ja hüdroksiidi segu) + H2O
Broom kuumutamisel → bromiid, bromaat ja vesi
3Br2 + 6KOH = 5KBr¯¹ + KBr⁺⁵O3 + 3H2O
Jood kuumutamisel → jodiid, jodaat ja vesi
3I2 + 6NaOH = 5NaI¯¹ + NaI⁺⁵O3 + 3H2O
9. KOOSTAMINE SOOLAGA
Vähemaktiivsete halogeenide väljatõrjumine sooladest
2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2
2KCl + Br2 ≠
2KCl + F2 → 2KF + Cl2
2KBr + J2≠
Oksüdeerige mittemetallid soolades kõrgema oksüdatsiooniastmeni
2Fe⁺²Cl2 + Cl2⁰ → 2Fe⁺³Cl 3 ‾¹
Na2S⁺⁴O3 + Br2⁰ + 2H2O → Na2S⁺⁶O4 + 2HBr‾
VÄÄVLI KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGAreageerib kuumutamisel isegi leelismetallidega, normaalsetes tingimustes elavhõbedaga: väävliga - sulfiidid:
2K + S = K2S
2Cr + 3S = Cr2⁺³S3 Fe + S = Fe⁺²S
2. KOOSTAMINE MITTEMETALLIDEGA
Vesinikuga kuumutamiselchapnik (vääveldioksiid)chalogeenid (va jood), süsiniku, lämmastiku ja räniga ning ei reageeri
S + Cl2 = S+2Cl2; S + O2 = S+4O2
H₂ + S = H2S¯²; 2P + 3S = P₂S₃¯²
KOOS+ 3S = CS₂¯²
VEE, OKSIIDIDE, SOOLADEGA
EI REAGEERI
3. KOOSTAMINE HAPPETEGA
Oksüdeerub väävelhappega kuumutamisel vääveldioksiidiks ja veeks
2H2SO4 (konts.) = 2H2O + 3S+402
Lämmastikhape kuumutamisel väävelhappeks, lämmastikoksiidiks (+4) ja veeks
S+6HNO3(konts.) =H2SO4 + 6N+4O2 + 2H2O
4. KOOSTAMINE LEELISEGA
Kuumutamisel moodustub sulfit, sulfiid + vesi
3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S + 3H2O
LÄMMASKU KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGAKuumutamisel tekivad reaktsioonid (erand: liitium koos lämmastikuga tavatingimustes):
Lämmastikuga - nitriidid
6Li + N2 = 3Li2N (liitiumnitriid) (n.s.) 3Mg + N2 =Mg3N2 (magneesiumnitriid) 2Cr + N2 = 2CrN
Nendes ühendites sisalduva raua oksüdatsiooniaste on +2
2. KOOSTAMINE MITTEMETALLIDEGA
(kolmiksideme tõttu on lämmastik väga passiivne). Normaalsetes tingimustes see hapnikuga ei reageeri. Reageerib hapnikuga ainult siis, kui kõrge temperatuur(elektrikaar), looduses - äikese ajal
N2+O2=2NO (el. kaar, 3000 0C)
Vesinikuga kõrgel rõhul, kõrgel temperatuuril ja katalüsaatori juuresolekul:
t,p,kat
3N2+3H2 ↔ 2NH3
VEE, OKSIIDIDE, HAPETE, LEELISE JA SOOLADEGA
EI REAGEERI
FOSFORI KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGA
reaktsioonid tekivad kuumutamisel fosforiga – fosfiidid
3Ca + 2P =K3P2, nendes ühendites sisalduva raua oksüdatsiooniaste on +2
2. KOOSTAMINE MITTEMETALLIDEGA
Põlemine hapnikus
4P + 5O₂ = 2P2⁺⁵O5 4P + 3O2 = 2P2⁺3O3
Kuumutamisel halogeenide ja väävliga
2P + 3Cl2 = 2P+3Cl3 2P + 5Cl2 = 2P+5Cl5; 2P + 5S = P2+⁵S5
Ei suhtle otseselt vesiniku, süsiniku, räniga
VEE JA OKSIIDIDEGA
EI REAGEERI
3. KOOSTAMINE HAPPETEGA
Kontsentreeritud lämmastikhappega, lämmastikoksiidiga (+4), lahjendatud lämmastikoksiidiga (+2) ja fosforhappega
3P + 5HNO3 (konts.) =3H3PO4 + 5N⁺⁴O2
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5N⁺²O
Kontsentreeritud väävelhappega moodustub fosforhape, vääveloksiid (+4) ja vesi
3P + 5H2SO4 (konts.) =3H3PO4 + 5S⁺4O2+ 2H2O
4. KOOSTAMINE LEELISEGA
Moodustab leeliselahustega fosfiini ja hüpofosfiti
4P⁰ + 3NaOH + 3H2O = P¯³H 3 + 3 NaH 2 P ⁺1O 2
5. KOOSTAMINE SOOLAGA
5. KOOSTAMINE SOOLAGA
Tugevate oksüdeerivate ainetega, millel on redutseerivad omadused
3P⁰ + 5NaN⁺⁵O3 = 5NaN⁺³O2 + P2⁺⁵O5
SÜSINIKU KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGA
Kuumutamisel tekivad reaktsioonid
Metallid - d-elemendid moodustavad süsinikuga mittestöhhiomeetrilise koostisega ühendeid, näiteks tahkeid lahuseid: WC, ZnC, TiC - kasutatakse ülikõvade teraste tootmiseks
süsinikkarbiididega 2Li + 2C = Li2C2,
Ca + 2C = CaC2
2. KOOSTAMINE MITTEMETALLIDEGA
Halogeenidest reageerib see otseselt ainult fluoriga, ülejäänuga kuumutamisel.
C + 2F2 = CF4.
Koostoime hapnikuga:
2С + О₂ (ebapiisav) = 2С⁺²О (süsinikmonooksiid),
C + O2(g) = C+4O2 (süsinikdioksiid).
Koostoimed teiste mittemetallidega kõrgel temperatuuril, ei suhtle fosforiga
C + Si = SiC¯4; C + N2 = C2+4N2;
C + 2H2 = C14H4; C + 2S = C+4S2;
3. KOOSTAMINE VEEGA
Veeauru läbimisel kuumast kivisöest tekib süsinikmonooksiid ja vesinik (sünteesgaas)
C + H2O = CO + H2
4. KOOSTAMINE OKSIIDIDEGA
SÜSI TAASTAB METALLID JA MITTEMETALLID OKSIIDIDEST KUUMETAMISEL LIHTAINEKS (CARBOHERMY), süsinikdioksiidis vähendab oksüdatsiooniastet
2ZnO + C = 2Zn + CO; 4KOOS+ Fe₃O4 = 3Fe + 4CO ;
P2O5 + C = 2P + 5CO; 2KOOS+ SiO₂ = Si + 2CO;
KOOS+ C⁺4O2 = 2C⁺2O
5. KOOSTAMINE HAPPETEGA
Oksüdeeritakse kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappega süsinikdioksiidiks
C +2H2SO4 (konts.)=C+4O2+ 2S+402+ 2H2O; C+4HNO3 (konts.) = C+4O2 + 4N+402 + 2H2O.
LEELISE JA SOOLAGA
EI REAGEERI
RÄNI KEEMILISED OMADUSED
1. KOOSTAMINE METALLIDEGA
Kuumutamisel tekivad reaktsioonid: aktiivsed metallid - silitsiidid - reageerivad räniga
4Cs + Si = Cs4Si,
1. KOOSTAMINE MITTEMETALLIDEGA
Halogeenidest otse ainult fluoriga.
Reageerib kuumutamisel klooriga
Si + 2F2 = SiF4; Si + 2Cl2 = SiCl4;
Si + O2 = SiO2; Si + C = SiC; 3Si + 2N2 = Si3N;
Ei suhtle vesinikuga
3. KOOSTAMINE HAPPETEGA
reageerib ainult vesinikfluoriid- ja lämmastikhappe seguga, moodustades heksafluorränihappe
3Si + 4HNO₃ + 18HF = 3H₂ + 4NO + 8H2O
Koostoime vesinikhalogeniididega (need ei ole happed) - tõrjub vesinikku välja, moodustades ränihalogeniide ja vesinikku
Reageerib normaalsetes tingimustes vesinikfluoriidiga.
Si + 4HF = SiF4 + 2H2
4. KOOSTAMINE LEELISEGA
Lahustub leelistes kuumutamisel, moodustades silikaati ja vesinikku:
Si +2NaOH +H2O = Na2SiO3 + 2H2
24. loeng
Mittemetallid.
Loengu ülevaade:
Mittemetallid on lihtsad ained
Mittemetallide asukoht perioodilisustabelis
Mittemetalliliste elementide arv on oluliselt väiksem kui metallilistel.Kümme tüüpilist mittemetallilist omadust on keemilised elemendid(H, C, N, P, O, S, F, Cl, Br, I). Kuuel elemendil, mida tavaliselt liigitatakse mittemetallideks, on kahesugused (nii metallilised kui ka mittemetallilised) omadused (B, Si, As, Se, Te, At). Ja veel 6 elementi Hiljuti hakati arvama mittemetallide nimekirja. Need on nn vääris- (või inertsed) gaasid (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Seega klassifitseeritakse 22 teadaolevatest keemilistest elementidest tavaliselt mittemetallideks.
Mittemetalliliste omadustega elemendid perioodilisustabelis asuvad boor-astatiini diagonaali kohal (joonis 26).
Enamiku mittemetallide aatomitel on erinevalt metalliaatomitest välises elektroonilises kihis suur hulk elektrone – 4 kuni 8. Erandiks on vesiniku, heeliumi, boori aatomid, mille välimises kihis on 1, 2 ja 3 elektroni. vastavalt tasemele.
Mittemetallidest kuuluvad s-perekonda ainult kaks elementi - vesinik (1s 1) ja heelium (1s 2), kõik teised R- perekond .
Tüüpiliste mittemetallide (A) aatomeid iseloomustab kõrge elektronegatiivsus ja kõrge elektronafiinsus, mis määrab nende võime moodustada negatiivselt laetud ioone vastavate väärisgaaside elektronkonfiguratsioonidega:
A 0 + nê → A n -
Need ioonid on osa mittemetallide ioonsetest ühenditest tüüpiliste metallidega. Mittemetallidel on negatiivne oksüdatsiooniaste ka kovalentsetes ühendites koos teiste vähem elektronegatiivsete mittemetallidega (eriti vesinikuga).
Mittemetallide aatomitel kovalentsetes ühendites koos rohkemate elektronegatiivsete mittemetallidega (eriti hapnikuga) on positiivne oksüdatsiooniaste. Mittemetalli kõrgeim positiivne oksüdatsiooniaste, tavaliselt, võrdne rühma numbriga, kus ta asub.
Mittemetallid on lihtsad ained
Vaatamata mitte suur number mittemetallist elemente, nende roll ja tähtsus nii Maal kui ka kosmoses on tohutu. 99% Päikese ja teiste tähtede massist koosneb mittemetallidest vesinikust ja heeliumist. Õhuümbris Maa koosneb mittemetallide aatomitest – lämmastikust, hapnikust ja väärisgaasidest. Maa hüdrosfääri moodustab üks elu jaoks olulisimaid aineid – vesi, mille molekulid koosnevad mittemetallidest vesinikust ja hapnikust. Elusaines domineerib 6 mittemetalli – süsinik, hapnik, vesinik, lämmastik, fosfor, väävel.
Tavatingimustes eksisteerivad mittemetallilised ained erineval kujul agregatsiooniseisundid:
1) gaasid: vesinik H2, hapnik O2, lämmastik N2, fluor F2, kloor C12, inertgaasid: He, Ne, Ar, Kg, Xe, Rn
2) vedelikud: broom Br 2
3) tahked ained jood I 2, süsinik C, räni Si, väävel S, fosfor P jne.
Seitse mittemetallist elementi moodustavad lihtsaid aineid, mis eksisteerivad kaheaatomiliste molekulide E 2 kujul (vesinik H 2, hapnik O 2, lämmastik N 2, fluor F 2, kloor C1 2, broom Br 2, jood I 2).
Kuna mittemetallide kristallvõres pole aatomite vahel vabu elektrone, erinevad need füüsikaliste omaduste poolest metallidest:
¾ pole sära;
¾ rabedad, erineva kõvadusega;
¾ on halvad soojus- ja elektrijuhid.
Mittemetallilised tahked ained on vees praktiliselt lahustumatud; gaasilised O 2, N 2, H 2 ja halogeenid lahustuvad vees väga halvasti.
Mitmeid mittemetalle iseloomustavad allotroopia- ühe elemendi olemasolu nähtus mitme lihtaine kujul. Allotroopsed modifikatsioonid tuntud hapniku (hapnik O 2 ja osoon O 3), väävli (ortorombiline, monokliiniline ja plastiline), fosfori (valge, punane ja must), süsiniku (grafiit, teemant ja karabiin jne), räni (kristalliline ja amorfne) poolest.
Mittemetallide keemilised omadused
Mittemetallid erinevad oluliselt oma keemilise aktiivsuse poolest. Seega astuvad lämmastik ja väärisgaasid keemilistesse reaktsioonidesse ainult väga rasketes tingimustes ( kõrgsurve ja temperatuur, katalüsaatori olemasolu).
Kõige reaktiivsemad mittemetallid on halogeenid, vesinik ja hapnik. Väävel, fosfor ja eriti süsinik ja räni reageerivad ainult kõrgendatud temperatuuridel.
Mittemetallid sisse keemilised reaktsioonid omavad nii oksüdeerivaid kui redutseerivaid omadusi. Suurim oksüdatsioonivõime on iseloomulik halogeenidele ja hapnikule. Mittemetallidel, nagu vesinik, süsinik, räni, on ülekaalus redutseerivad omadused.
I. Mittemetallide oksüdeerivad omadused:
1. Koostoime metallidega. Sel juhul moodustuvad binaarsed ühendid: hapnikuga - oksiidid, vesinikuga - hüdriidid, lämmastikuga - nitriidid, halogeenidega - halogeniidid jne:
2Cu + O2 → 2CuO
2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3
2. Koostoime vesinikuga. Mittemetallid toimivad reaktsioonides vesinikuga ka oksüdeerivate ainetena, moodustades lenduvaid vesinikuühendeid:
H2 + C12 → 2HC1
N 2 + 3H 2 → t, p, kat. 2NH3
3. Koostoime mittemetallidega. Mittemetallidel on ka oksüdeerivad omadused reaktsioonides vähem elektronegatiivsete mittemetallidega:
2Р + 5С1 2 → 2РС1 5 ;
C + 2S → CS 2.
4. Koostoime keeruliste ainetega. Mittemetallide oksüdeerivad omadused võivad avalduda ka reaktsioonides keeruliste ainetega. Näiteks vesi põleb fluoriatmosfääris:
2F 2 + 2H 2 O → 4HF + O 2.
II. Mittemetallide omaduste vähendamine
1. Koostoime mittemetallidega. Mittemetallidel võivad olla redutseerivad omadused võrreldes suurema elektronegatiivsusega mittemetallidega ning eelkõige fluori ja hapniku suhtes:
4P + 5O2 → 2P2O5;
N2 + O2 → 2NO
2. Koostoime keeruliste ainetega. Mõned mittemetallid võivad olla redutseerivad ained, mis võimaldab neid kasutada metallurgilises tootmises:
C + ZnO → Zn + CO;
5H 2 + V 2 O 5 → 2 V + 5 H 2 O.
SiO 2 + 2C → Si + 2CO.
Mittemetallidel on taandavaid omadusi, kui nad suhtlevad keerukate ainetega - tugevate oksüdeerivate ainetega, näiteks:
3S + 2KClO3 → 3SO2 + 2KC1;
6P + 5KSlO 3 → ZR 2 O 5 + 5KS1.
C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2H20;
3P + 5HNO3 + 2H2O → ZN3PO4 + 5NO.
Üldised meetodid mittemetallide saamiseks
Osa mittemetalle leidub looduses vabas olekus: väävel, hapnik, lämmastik, väärisgaasid. Esiteks on lihtsad ained – mittemetallid – osa õhust.
Suures koguses hapniku- ja lämmastikgaase saadakse õhu rektifikatsioonil (eraldamisel).
Kõige aktiivsemad mittemetallid – halogeenid – saadakse ühendite sulandite või lahuste elektrolüüsil. Tööstuses saadakse elektrolüüsi abil suures koguses korraga kolm olulist toodet: fluori lähim analoog - kloor, vesinik ja naatriumhüdroksiid. Elektrolüüdina kasutatakse ülalt elektrolüsaatorisse juhitavat naatriumkloriidi lahust.
Mittemetallide valmistamise meetoditest tuleb täpsemalt juttu hiljem vastavates loengutes.
Kui D.I. Mendelejevi elementide perioodilises tabelis joonistame diagonaali berülliumist astatiinile, siis vasakpoolses alumises servas on piki diagonaali metallelemendid (nende hulka kuuluvad ka külgmiste alamrühmade elemendid, mis on esile tõstetud sinisega) ja paremas ülanurgas - mittemetallist elemendid (esile tõstetud kollane). Diagonaali lähedal asuvad elemendid - poolmetallid või metalloidid (B, Si, Ge, Sb jne) on kahekordse märgiga (esile tõstetud roosaga).
Nagu jooniselt näha, on valdav enamus elementidest metallid.
Omal moel keemiline olemus metallid on keemilised elemendid, mille aatomid loovutavad elektrone väliselt või eelväliselt energiatasemelt, moodustades positiivselt laetud ioone.
Peaaegu kõigil metallidel on välisenergia tasemel suhteliselt suured raadiused ja väike arv elektrone (1 kuni 3). Metalle iseloomustavad madalad elektronegatiivsuse väärtused ja redutseerivad omadused.
Kõige tüüpilisemad metallid paiknevad perioodide alguses (alates teisest), siis vasakult paremale metallilised omadused nõrgenevad. Ülevalt alla rühmas metallilised omadused suurenevad aatomite raadiuse suurenedes (energiatasemete arvu suurenemise tõttu). See viib elementide elektronegatiivsuse (võime elektrone meelitada) vähenemiseni ja redutseerivate omaduste suurenemiseni (võime annetada keemilistes reaktsioonides elektrone teistele aatomitele).
Tüüpiline metallid on s-elemendid (IA rühma elemendid Li-st Fr-ni. PA-rühma elemendid Mg-st Ra-ni). Nende aatomite üldine elektrooniline valem on ns 1-2. Neid iseloomustavad vastavalt oksüdatsiooniastmed + I ja + II.
Väike elektronide arv (1–2) tüüpiliste metalliaatomite välisenergia tasemes tähendab, et need elektronid lähevad kergesti kaduma ja neil on tugevad redutseerivad omadused, mida peegeldavad madalad elektronegatiivsuse väärtused. See tähendab tüüpiliste metallide piiratud keemilisi omadusi ja meetodeid.
Tüüpiliste metallide iseloomulik tunnus on nende aatomite kalduvus moodustada katioone ja ioonseid keemilisi sidemeid mittemetallide aatomitega. Tüüpiliste metallide ühendid mittemetallidega on "mittemetallide metallide" ioonkristallid, näiteks K + Br -, Ca 2+ O 2-. Tüüpiliste metallide katioone sisaldavad ka kompleksanioonidega ühendid – hüdroksiidid ja soolad, näiteks Mg 2+ (OH -) 2, (Li +)2CO 3 2-.
A-rühma metallid, mis moodustavad perioodilisuse tabelis amfoteerse diagonaali Be-Al-Ge-Sb-Po, samuti nendega külgnevad metallid (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) ei oma tüüpilist metalli. omadused. Nende aatomite elektrooniline üldvalem ns 2 n.p. 0-4 tähendab suuremat mitmekesisust oksüdatsiooniolekutes, suuremat võimet säilitada oma elektrone, nende redutseerimisvõime järkjärgulist vähenemist ja oksüdatsioonivõime ilmnemist, eriti kõrgete oksüdatsiooniastmete korral ( tüüpilised näited- ühendid Tl III, Pb IV, Bi v). Sarnane keemiline käitumine on iseloomulik enamikule (d-elemendid, s.o. perioodilisuse tabeli B-rühmade elemendid (tüüpilisteks näideteks on amfoteersed elemendid Cr ja Zn).
See duaalsuse (amfoteersed) omadused, nii metallilised (aluselised) kui ka mittemetallilised, on tingitud keemilise sideme olemusest. Tahkes olekus sisaldavad ebatüüpiliste metallide ühendid mittemetallidega valdavalt kovalentseid sidemeid (kuid vähem tugevad kui sidemed mittemetallide vahel). Lahuses need sidemed purunevad kergesti ja ühendid dissotsieeruvad ioonideks (täielikult või osaliselt). Näiteks metallgallium koosneb Ga 2 molekulidest, tahkes olekus sisaldavad alumiiniumi ja elavhõbeda kloriidid (II) AlCl 3 ja HgCl 2 tugevalt kovalentseid sidemeid, kuid lahuses dissotsieerub AlCl 3 peaaegu täielikult ja HgCl 2 - kuni väga vähesel määral (ja seejärel HgCl + ja Cl - ioonideks).
Metallide üldised füüsikalised omadused
Vabade elektronide ("elektrongaasi") olemasolu tõttu kristallvõres on kõigil metallidel järgmised iseloomulikud üldised omadused:
1) Plastikust- võimalus lihtsalt kuju muuta, traadiks venitada ja õhukesteks lehtedeks rullida.
2) Metalliline sära ja läbipaistmatus. See on tingitud vabade elektronide vastasmõjust metallile langeva valgusega.
3) Elektrijuhtivus. Seda seletatakse vabade elektronide suunalise liikumisega negatiivselt pooluselt positiivsele väikese potentsiaalide erinevuse mõjul. Kuumutamisel elektrijuhtivus väheneb, sest temperatuuri tõustes suurenevad aatomite ja ioonide vibratsioonid sõlmedes kristallvõre, mis muudab "elektrongaasi" suunalise liikumise keeruliseks.
4) Soojusjuhtivus. Seda põhjustab vabade elektronide suur liikuvus, mille tõttu temperatuur ühtlustub kiiresti metalli massiga. Suurim soojusjuhtivus on vismutil ja elavhõbedas.
5) Kõvadus. Kõige kõvem on kroom (lõikab klaasi); pehmeimad leelismetallid - kaalium, naatrium, rubiidium ja tseesium - lõigatakse noaga.
6) Tihedus. Mida väiksem see on, seda väiksem see on aatommass metall ja suurem aatomiraadius. Kergeim on liitium (ρ=0,53 g/cm3); kõige raskem on osmium (ρ=22,6 g/cm3). Metalle, mille tihedus on alla 5 g/cm3, loetakse “kergmetallideks”.
7) Sulamis- ja keemistemperatuurid. Kõige sulavam metall on elavhõbe (mp = -39°C), kõige tulekindlam metall on volfram (mp = 3390°C). Sulamistemperatuuriga metallid üle 1000°C loetakse tulekindlaks, alla – madala sulamistemperatuuriga.
Metallide üldised keemilised omadused
Tugevad redutseerijad: Me 0 – nē → Me n +
Mitmed pinged iseloomustavad metallide võrdlevat aktiivsust redoksreaktsioonides vesilahustes. 
I. Metallide reaktsioonid mittemetallidega
1) hapnikuga:
2Mg + O2 → 2MgO
2) Väävliga:
Hg + S → HgS
3) Halogeenidega:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2
4) Lämmastikuga:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3N 2
5) Fosforiga:
3Ca + 2P – t° → Ca 3P 2
6) Vesinikuga (reageerivad ainult leelis- ja leelismuldmetallid):
2Li + H2 → 2LiH
Ca + H2 → CaH2
II. Metallide reaktsioonid hapetega
1) Metallid elektrokeemilises pingereas kuni H redutseerivad mitteoksüdeerivad happed vesinikuks:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
2Al+ 6HCl → 2AlCl3 + 3H 2
6Na + 2H3PO4 → 2Na3PO4 + 3H2
2) Oksüdeerivate hapetega:
Kui mis tahes kontsentratsiooniga lämmastikhape ja kontsentreeritud väävelhape interakteeruvad metallidega Vesinik ei eraldu kunagi! 
Zn + 2H 2SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
4Zn + 5H2SO4(K) → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
3Zn + 4H2SO4(K) → 3ZnSO4 + S + 4H2O
2H 2SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO3 + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
III. Metallide koostoime veega
1) Aktiivsed (leelis- ja leelismuldmetallid) moodustavad lahustuva aluse (leelis) ja vesiniku:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Ca+ 2H 2O → Ca(OH)2 + H2
2) Keskmise aktiivsusega metallid oksüdeeritakse oksiidiks kuumutamisel vee toimel:
Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2
3) Mitteaktiivne (Au, Ag, Pt) – ei reageeri.
IV. Vähemaktiivsete metallide väljatõrjumine aktiivsemate metallide poolt nende soolade lahustest:
Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2
Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4
Tööstuses ei kasutata sageli mitte puhtaid metalle, vaid nende segusid - sulamid, milles ühe metalli kasulikke omadusi täiendavad teise metalli kasulikud omadused. Seega on vasel madal kõvadus ja see ei sobi masinaosade valmistamiseks, samas kui vase ja tsingi sulamid ( messing) on juba üsna kõvad ja neid kasutatakse laialdaselt masinaehituses. Alumiiniumil on kõrge elastsus ja piisav kergus (madal tihedus), kuid see on liiga pehme. Selle põhjal valmistatakse magneesiumi, vase ja mangaaniga sulam - duralumiinium (duralumiinium), mis kaotamata kasulikud omadused alumiiniumist, omandab kõrge kõvaduse ja muutub sobivaks lennukiehituseks. Raua sulamid süsinikuga (ja muude metallide lisandid) on laialt tuntud Malm Ja terasest.
Vabad metallid on restauraatorid. Mõnel metallil on aga madal reaktsioonivõime, kuna need on kaetud pinna oksiidkile, erineval määral, vastupidav keemilistele reagentidele, nagu vesi, hapete ja leeliste lahused.
Näiteks plii on alati kaetud oksiidkilega, selle lahustumiseks ei ole vaja ainult kokkupuudet reagendiga (näiteks lahjendatud lämmastikhape), vaid ka kuumutamist. Alumiiniumil olev oksiidkile takistab selle reaktsiooni veega, kuid happed ja leelised hävitavad selle. Lahtine oksiidkile (rooste), moodustub raua pinnal niiskes õhus, ei sega raua edasist oksüdeerumist.
Mõju all keskendunud happed tekivad metallidel jätkusuutlik oksiidkile. Seda nähtust nimetatakse passiveerimine. Niisiis, kontsentreeritult väävelhape metallid nagu Be, Bi, Co, Fe, Mg ja Nb passiveeritakse (ja seejärel ei reageeri happega) ning kontsentreeritud lämmastikhappes - metallid A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th ja U.
Happelistes lahustes oksüdeerivate ainetega suheldes muundub enamik metalle katioonideks, mille laengu määrab antud elemendi stabiilne oksüdatsiooniaste ühendites (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ ja Fe 3). +)
Metallide redutseeriv aktiivsus happelises lahuses kandub edasi pingete jadaga. Enamik metalle viiakse lahusesse vesinikkloriid- ja lahjendatud väävelhappega, kuid Cu, Ag ja Hg - ainult väävel- (kontsentreeritud) ja lämmastikhappega ning Pt ja Au - "regia viinaga".
Metalli korrosioon
Soovimatu keemiline omadus metallid on nende aktiivne hävitamine (oksüdatsioon) kokkupuutel veega ja selles lahustunud hapniku mõjul (hapnikukorrosioon). Näiteks on laialt tuntud rauatoodete korrosioon vees, mille tagajärjel tekib rooste ja tooted murenevad pulbriks.
Metallide korrosioon toimub ka vees lahustunud gaaside CO 2 ja SO 2 olemasolu tõttu; tekib happeline keskkond ja H + katioonid tõrjutakse välja aktiivsete metallide poolt vesiniku kujul H 2 ( vesiniku korrosioon).
Kahe erineva metalli kokkupuuteala võib olla eriti söövitav ( kontaktkorrosioon). Galvaaniline paar tekib ühe metalli, näiteks Fe, ja teise metalli, näiteks Sn või Cu, vahel, mis asetatakse vette. Elektronide voog läheb pingereas vasakul olevast aktiivsemast metallist (Re) vähemaktiivse metalli (Sn, Cu) poole ja aktiivsem metall hävib (korrodeerub).
Just seetõttu roostetab purkide (tinaga kaetud rauaga kaetud) tinatatud pind niiskes keskkonnas hoidmisel ja hooletul ümberkäimisel (raud vajub juba väikese kriimu peale kiiresti kokku, lastes triikrauda niiskusega kokku puutuda). Vastupidi, rauast kopa tsingitud pind ei roosteta kaua, sest isegi kriimustuste korral ei roosteta mitte raud, vaid tsink (aktiivsem metall kui raud).
Antud metalli korrosioonikindlus suureneb, kui see kaetakse aktiivsema metalliga või kui need on sulatatud; Seega välistab raua kroomiga katmine või raua ja kroomi sulami valmistamine raua korrosiooni. Kroomitud raud ja kroomi sisaldav teras ( roostevaba teras), on kõrge korrosioonikindlusega.
elektrometallurgia st metallide saamine sulandite (kõige aktiivsemate metallide puhul) või soolalahuste elektrolüüsi teel;
pürometallurgia, st metallide taaskasutamine maakidest kõrgel temperatuuril (näiteks raua tootmine kõrgahjuprotsessis);
hüdrometallurgia st metallide eraldamine nende soolade lahustest aktiivsemate metallide abil (näiteks vase tootmine CuSO4 lahusest tsingi, raua või alumiiniumi toimel).
Looduslikke metalle leidub mõnikord looduses (tüüpilised näited on Ag, Au, Pt, Hg), kuid sagedamini leidub metalle ühendite kujul ( metallimaagid ). Levimuse järgi aastal maakoor metallid on erinevad: kõige tavalisematest - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) kuni kõige haruldasemateni - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.
Mittemetallide keemilised omadused
Vastavalt suhteliste elektronegatiivsuste arvväärtustele mittemetallide oksüdatsioonivõime suureneb järgmises järjekorras: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Mittemetallid oksüdeerivate ainetena
Mittemetallide oksüdeerivad omadused avalduvad nende koostoimel:
· metallidega: 2Na + Cl 2 = 2NaCl;
· vesinikuga: H2 + F2 = 2HF;
· madala elektronegatiivsusega mittemetallidega: 2P + 5S = P 2 S 5 ;
· mõne kompleksse ainega: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,
2FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3.
Mittemetallid redutseerivate ainetena1. Kõigil mittemetallidel (välja arvatud fluor) on hapnikuga suhtlemisel redutseerivad omadused:
S + O 2 = SO 2, 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.
Hapnik kombinatsioonis fluoriga võib samuti avaldada positiivset oksüdatsiooniastet, st olla redutseerija. Kõigil muudel mittemetallidel on redutseerivad omadused. Näiteks kloor ei ühine hapnikuga otseselt, kuid kaudselt on võimalik saada selle oksiide (Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 2), milles kloor on positiivse oksüdatsiooniastmega. Kõrgetel temperatuuridel ühineb lämmastik otseselt hapnikuga ja sellel on redutseerivad omadused. Väävel reageerib hapnikuga veelgi kergemini.
2. Paljudel mittemetallidel on komplekssete ainetega suhtlemisel redutseerivad omadused:
ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO 3 konts = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O.
3. On ka reaktsioone, milles sama mittemetall on nii oksüdeerija kui ka redutseerija:
Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO.
4. Fluor on kõige tüüpilisem mittemetall, mida ei iseloomusta redutseerivad omadused, st võime keemilistes reaktsioonides elektrone loovutada.
MittemetalliühendidMittemetallid võivad moodustada ühendeid erinevate molekulisiseste sidemetega.
Mittemetalliühendite tüübid
Vesinikühendite üldvalemid vastavalt keemiliste elementide perioodilise süsteemi rühmadele on toodud tabelis:
|
RH 2 |
RH 3 |
RH 4 |
RH 3 |
H2R |
||
|
Mittelenduvad vesinikuühendid |
Lenduvad vesinikuühendid |
|||||
Hapnikuga moodustavad mittemetallid happelisi oksiide. Mõnes oksiidis on nende maksimaalne oksüdatsiooniaste, mis on võrdne rühma arvuga (näiteks SO 2, N 2 O 5), samas kui teistes on see madalam (näiteks SO 2, N 2 O 3). Happelised oksiidid vastavad hapetele ja ühe mittemetalli kahest hapnikuhappest on tugevam see, mille oksüdatsiooniaste on kõrgem. Näiteks lämmastikhape HNO 3 on tugevam kui lämmastikhape HNO 2 ja väävelhape H2SO4 on tugevam kui väävliline H2SO3.
Mittemetallide hapnikuühendite omadused
1. Kõrgemate oksiidide omadused (st oksiidid, mis sisaldavad selle rühma elemente kõrgeim aste oksüdatsioon) muutuvad perioodidel vasakult paremale aluselisest happeliseks.
2. Rühmades ülevalt alla nõrgenevad järk-järgult kõrgemate oksiidide happelised omadused. Seda saab hinnata nendele oksiididele vastavate hapete omaduste järgi.
3. Vastavate elementide kõrgemate oksiidide happeliste omaduste suurenemine perioodidel vasakult paremale on seletatav nende elementide ioonide positiivse laengu järkjärgulise suurenemisega.
4. Keemiliste elementide perioodilise süsteemi peamistes alarühmades vähenevad kõrgemate mittemetallide oksiidide happelised omadused ülalt alla.