לא מתכות, מיקומן בטבלה המחזורית יסודות כימיים D.I.Mendeleev, מבנה האטומים. ההבדל בין התכונות הפיזיקליות של לא מתכות ומתכות.

אינטראקציה של לא מתכות עם חומרים פשוטים.

תוכנית תגובה

1. המבנה של אטומים שאינם מתכת.
2. המבנה של חומרים פשוטים - לא מתכות.
3. תכונות פיזיקליות של לא-מתכות, הבדל ממתכות; הסיבות להבדלים.
4. תכונות כימיות של לא מתכות:

א) אינטראקציה עם חמצן,

ב) אינטראקציה עם מימן,

ג) אינטראקציה עם מתכות.

אי מתכתיות נקבעת על ידי היכולת של אטומים לקבל אלקטרונים. ככל שאתה צריך לקבל פחות אלקטרונים עד שמונה וככל שקל יותר להחזיק אותם, כך באות לידי ביטוי ברור יותר התכונות הלא מתכתיות של האטומים.

שולחן 1.

ליסודות שאינם מתכת יש מ 4 עד 8 אלקטרונים בשכבה האחרונה (בורון - 3 אלקטרונים). בטבלה המחזורית, היסודות שאינם מתכתיים ממוקמים בפינה הימנית העליונה מעל אלכסון אלומיניום-גרמניום-אנטימון-פולוניום. בתקופה עם הגדלת המטען של גרעין האטום, התכונות הלא מתכתיות עולות, מכיוון שמספר האלקטרונים בשכבה האחרונה גדל. בתת-הקבוצה, ככל שהמטען של הגרעין גדל, התכונות הלא מתכתיות נחלשות, מכיוון שרדיוס האטום גדל ומתקשה לשמור אלקטרונים. הלא-מתכת הפעילה ביותר היא פלואור.

הקשר הכימי בחומרים פשוטים, לא מתכות, הוא קוולנטי, לא קוטבי. סריג הגביש יכול להיות מולקולרי או אטומי. היא מגדירה תכונות גשמיותלא מתכות. הם יכולים להיות גזים, נוזליים או מוצקים, בעוד שמתכות הן כולן מוצקות (למעט כספית).

לא מתכות

1. H2 גזי, O2, N2, Cl2, F2.

2. נוזל BR 2

3. מוצקים S 8, P 4, I 2, C n.

ללא מתכות יש מגוון של צבעים: זרחן - אדום, גופרית - צהוב, פיח - שחור, ברום - אדום-חום; או חסר צבע: חנקן, חמצן, מימן. מתכות משתנות בגוון מאפור בהיר לאפור כהה (למעט זהב, נחושת). למתכות אין תכונות כמו גמישות, משיכות, אינן מוליכות חשמל או חום, ואין להן ברק מתכתי. הסיבה להבדל בתכונות הפיזיקליות של לא מתכות ומתכות היא המבנה השונה שלהם. לכל המתכות יש סריג גבישי, והנוכחות של "גז אלקטרונים" קובעת את התכונות הכלליות שלהן: גמישות, משיכות, מוליכות חשמלית ותרמית, צבע וברק.

במהלך אינטראקציות כימיות, מתכות לא מפגינות את התכונות של חומרי חמצון ומפחיתים כאחד. רוב הלא מתכות מגיבות עם חמצן ליצירת תחמוצות (1); O 2 – חומר מחמצן 2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q S + O 2 = SO 2 + Q C + O 2 = CO 2 + Q

4P + 5O 2 = 2P 2 O 5 + Q N 2 + O 2 = 2 NO – Q

מימן, גופרית, פחם, זרחן שורפים בחמצן, חנקן מגיב עם חמצן במהלך פריקה חשמלית.

בתנאים שונים, מתכות לא מגיבות עם מימן ליצירת תרכובות מימן נדיפות (2); H 2 – חומר מפחית H 2 + S == H 2 S (ב-t 0 עד 300 0) 3H 2 + N 2 == 2NH 3 (P, t 0, kat) H 2 + Cl 2 == 2HCl (בהיר)

בעת אינטראקציה עם מתכות, לא מתכות הן תמיד חומרי חמצון (3).

כאשר מגנזיום נשרף בחמצן, נוצרת תחמוצת מגנזיום: 2Mg + O 2 == 2MgO; כאשר ברזל מגיב עם גופרית, נוצר ברזל(II) גופרית Fe + S == FeS

Ca + Cl 2 == CaCl 2 - סידן כלורי 2Li + H 2 == 2LiH - ליתיום הידריד.

מיקומם של יסודות לא מתכתיים בטבלה המחזורית של יסודות כימיים. להיות בטבע. תכונות כימיות ופיזיקליות כלליות.

יש יחסית מעט יסודות לא מתכתיים בהשוואה ליסודות מתכתיים. מיקומם בטבלה המחזורית של היסודות הכימיים D.I. מנדלייב משתקף בטבלה מס' 1.

כפי שניתן לראות מטבלה מס' 1, יסודות לא מתכתיים נמצאים בעיקר בחלק הימני העליון של הטבלה המחזורית. מכיוון שבתקופות משמאל לימין גדלים המטענים הגרעיניים של אטומי היסודות והרדיוסים האטומיים יורדים, ובקבוצות מלמעלה למטה גם הרדיוס האטומי גדל, ברור מדוע אטומים שאינם מתכת מושכים אלקטרונים חיצוניים חזק יותר מאטומי מתכת. בהקשר זה, ללא מתכות יש תכונות חמצון דומיננטיות. תכונות חמצון חזקות במיוחד, כלומר. היכולת לצרף אלקטרונים מוצגת על ידי לא מתכות הממוקמות בתקופות ה-2 וה-3 של קבוצות VI-VII. חומר החמצון החזק ביותר הוא פלואור. בהתאם לערכים המספריים של אלקטרושליליות יחסיות, יכולות החמצון של לא-מתכות גדלות בסדר הבא: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F. כתוצאה מכך, פלואור מקיים אינטראקציה רבה ביותר אנרגטית עם מימן ומתכות:

H2 + F2 a 2HF

חמצן מגיב פחות בעוצמה:

2H2 +O2 ו-2H2O

פלואור הוא הלא מתכת האופיינית ביותר, שאין לה תכונות מפחיתות, כלומר. היכולת לתרום אלקטרונים בתגובות כימיות.

חמצן, אם לשפוט לפי התרכובות שלו עם פלואור, יכול גם להפגין מצב חמצון חיובי, כלומר. להיות משחזר.

כל שאר הלא מתכות מציגות תכונות מפחיתות. יתר על כן, תכונות אלו גדלות בהדרגה מחמצן לסיליקון: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. לדוגמא, כלור אינו מתחבר ישירות עם חמצן, אך בעקיפין ניתן לקבל את התחמוצות שלו (Cl2O, ClO2, Cl2O2), שבהן הכלור מפגין מצב חמצון חיובי. חנקן בשעה טמפרטורה גבוההמתחבר ישירות עם חמצן, ולכן, מציג תכונות מפחיתות. גופרית מגיבה ביתר קלות עם חמצן: היא גם מציגה תכונות חמצון.

הבה נעבור לשקול את המבנה של מולקולות שאינן מתכת. לא-מתכות יוצרות מולקולות חד-אטומיות וגם מולקולות דו-אטומיות.

מתכות לא מונוטומיות כוללות גזים אינרטיים שלמעשה אינם מגיבים אפילו עם החומרים הפעילים ביותר. הגזים האצילים נמצאים בקבוצה VIII של הטבלה המחזורית, והנוסחאות הכימיות של החומרים הפשוטים המתאימים הם כדלקמן: He, Ne, Ar, Kr, Xe ו-Rn.

חלק מהמתכות יוצרות מולקולות דו-אטומיות. אלה הם H2, F2, Cl2, Br2, I2 (יסודות מקבוצה VII של הטבלה המחזורית), כמו גם חמצן O2 וחנקן N2. הגז אוזון (O3) מורכב ממולקולות טריאטומיות.

עבור חומרים לא מתכתיים שנמצאים במצב מוצק, די קשה ליצור נוסחה כימית. אטומי הפחמן בגרפיט מחוברים זה לזה בדרכים שונות. קשה לבודד מולקולה בודדת במבנים הנתונים. כאשר כותבים נוסחאות כימיות לחומרים כאלה, כמו במקרה של מתכות, מובאת ההנחה שחומרים כאלה מורכבים רק מאטומים. נוסחאות כימיות, במקרה זה, נכתבות ללא מנויים - C, Si, S וכו'.

כגון חומרים פשוטים, כמו אוזון וחמצן, בעלי אותו הרכב איכותי (שניהם מורכבים מאותו יסוד - חמצן), אך שונים במספר האטומים במולקולה, בעלי תכונות שונות. לפיכך, לחמצן אין ריח, ואילו לאוזון יש ריח חריף שאנו מריחים בזמן סופת רעמים. המאפיינים של מתכות קשות, גרפיט ויהלום, שגם להם יש את אותו הרכב איכותי אך מבנים שונים, נבדלות בחדות (גרפיט שביר, יהלום קשה). לפיכך, תכונותיו של חומר נקבעות לא רק על ידי הרכבו האיכותי, אלא גם על ידי כמה אטומים כלולים במולקולה של החומר וכיצד הם מחוברים זה לזה.

לא מתכות בצורה גופים פשוטיםנמצאים במצב מוצק או גזי (למעט ברום - נוזל). אין להם את התכונות הפיזיקליות הגלומות במתכות. למתכות מוצקות אין את הברק המאפיין מתכות, הן לרוב שבירות, ואינן מוליכות חשמל או חום טוב (למעט גרפיט).

§2. נפוצים תכונות כימיותלא מתכות.

תחמוצות של לא מתכות מסווגות כתחמוצות חומציות, המקבילות לחומצות. לא מתכות יוצרות תרכובות גזיות עם מימן (לדוגמה, HCl, H2S, NH3). תמיסות מימיות של חלק מהם (לדוגמה, הלידים מימן) הן חומצות חזקות. עם מתכות, מתכות אופייניות יוצרות תרכובות עם קשרים יוניים (לדוגמה, NaCl). לא-מתכות יכולות, בתנאים מסוימים, להגיב זו עם זו וליצור תרכובות עם קשרים קוטביים קוולנטיים (H2O, HCl) ולא-קוטביים (CO2).

עם מימן, מתכות לא יוצרות תרכובות נדיפות, כגון מימן פלואוריד HF, מימן גופרתי H2S, אמוניה NH3, מתאן CH4. בהמסה במים, תרכובות מימן של הלוגנים, גופרית, סלניום וטלוריום יוצרות חומצות בנוסחה זהה לתרכובות המימן עצמן: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.

כאשר אמוניה מומסת במים, נוצרים מי אמוניה, המסומנים בדרך כלל בנוסחה NH4OH ונקראים אמוניום הידרוקסיד. זה מסומן גם בנוסחה NH3 H2O והוא נקרא אמוניה הידרט.

עם חמצן, מתכות לא יוצרות תחמוצות חומציות. בתחמוצות מסוימות הם מציגים מצב חמצון מרבי השווה למספר הקבוצה (לדוגמה, SO2, N2O5), בעוד שבאחרים הוא נמוך יותר (לדוגמה, SO2, N2O3). תחמוצות חומצה מתאימות לחומצות, ומבין שתי חומצות החמצן של מתכת אחת, זו שבה היא מציגה מצב חמצון גבוה יותר חזקה יותר. לדוגמה, חומצה חנקתית HNO3 חזקה יותר מחומצה חנקתית HNO2, וחומצה גופרתית H2SO4 חזקה יותר מחומצה גופרתית H2SO3.

§3. מבנה ותכונות של חומרים פשוטים - לא מתכות.

לא-מתכות האופייניות ביותר יש מבנה מולקולרי, בעוד שלפחות אופייניות יש מבנה לא מולקולרי. זה מסביר את ההבדל בתכונות שלהם. זה בא לידי ביטוי בבירור בתרשים מס' 2.

לבורון B גבישי (כמו סיליקון גבישי) יש נקודת התכה גבוהה מאוד (2075 מעלות צלזיוס) וקשיות גבוהה. המוליכות החשמלית של בורון עולה מאוד עם עליית הטמפרטורה, מה שמאפשר להשתמש בו באופן נרחב בטכנולוגיית מוליכים למחצה. הוספת בורון לפלדה וסגסוגות של אלומיניום, נחושת, ניקל וכו' משפרת את תכונותיהם המכניות.

בורידים (תרכובות של בורון עם מתכות מסוימות, למשל טיטניום: TiB, TiB2) נחוצים בייצור חלקי מנועי סילון ולהבי טורבינת גז.

כפי שניתן לראות מתרשים מס' 2, לפחמן C, סיליקון סי, בורון B יש מבנה דומה ויש להם כמה מאפיינים כלליים. כחומרים פשוטים, הם נמצאים בשתי צורות - גבישי ואמורפי. הצורות הגבישיות של יסודות אלה קשות מאוד, עם נקודות התכה גבוהות. לסיליקון גבישי יש תכונות מוליכות למחצה.

כל היסודות הללו יוצרים תרכובות עם מתכות - קרבידים, סיליקידים ובורידים (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). לחלקם יש קשיות גדולה יותר, למשל Fe3C, TiB. סידן קרביד משמש לייצור אצטילן.

אם נשווה את סידור האלקטרונים באורביטלים באטומים של פלואור, כלור והלוגנים אחרים, אז נוכל לשפוט את תכונותיהם הייחודיות. לאטום הפלואור אין אורביטלים חופשיים. לכן, אטומי פלואור יכולים להפגין רק ערכיות I ומצב חמצון - 1. באטומים של הלוגנים אחרים, למשל באטום הכלור, ישנם ד-אורביטלים חופשיים באותה רמת אנרגיה. הודות לכך, זיווג אלקטרונים יכול להתרחש בשלוש דרכים שונות.

במקרה הראשון, כלור יכול להפגין מצב חמצון של +3 וליצור חומצה כלורית HClO2, המקבילה למלחים - כלוריטים, למשל אשלגן כלוריט KClO2.

במקרה השני, כלור יכול ליצור תרכובות שבהן מצב החמצון של הכלור הוא +5. תרכובות כאלה כוללות חומצה כלורונית HClO3 ומלחיה - כלורטים, למשל אשלגן כלורט KClO3 (מלח ברטהולט).

במקרה השלישי, כלור מפגין מצב חמצון של +7, למשל בחומצה פרכלורית HClO4 ובמלחים שלה - פרכלורטים, למשל באשלגן פרכלורט KClO4.

§4. תרכובות חמצן ומימן של לא מתכות. תיאור קצר של המאפיינים שלהם.

עם חמצן, מתכות לא יוצרות תחמוצות חומציות. בתחמוצות מסוימות הם מציגים מצב חמצון מרבי השווה למספר הקבוצה (לדוגמה, SO2, N2O5), בעוד שבאחרים הוא נמוך יותר (לדוגמה, SO2, N2O3). תחמוצות חומצה מתאימות לחומצות, ומבין שתי חומצות החמצן של מתכת אחת, זו שבה היא מציגה מצב חמצון גבוה יותר חזקה יותר. לדוגמה, חומצה חנקתית HNO3 חזקה יותר מחומצה חנקתית HNO2, וחומצה גופרתית H2SO4 חזקה יותר מחומצה גופרתית H2SO3.

מאפיינים של תרכובות חמצן של לא מתכות:

נכסים תחמוצות גבוהות יותר(כלומר, תחמוצות המכילות יסוד מקבוצה נתונה עם מצב החמצון הגבוה ביותר) משתנות בהדרגה מבסיסי לחומצי בתקופות משמאל לימין.

בקבוצות מלמעלה למטה, התכונות החומציות של תחמוצות גבוהות יותר נחלשות בהדרגה. ניתן לשפוט זאת לפי תכונות החומצות המתאימות לתחמוצות אלו.

העלייה בתכונות החומציות של תחמוצות גבוהות יותר של היסודות המקבילים בתקופות משמאל לימין מוסברת על ידי עלייה הדרגתית במטען החיובי של יונים של יסודות אלה.

בתתי הקבוצות העיקריות של המערכת המחזורית של יסודות כימיים, התכונות החומציות של תחמוצות גבוהות יותר שאינן מתכת יורדות מלמעלה למטה.

נוסחאות כלליות של תרכובות מימן לפי קבוצות של המערכת המחזורית של יסודות כימיים ניתנות בטבלה מס' 3.

עם מתכות, מימן יוצר (למעט כמה יוצאי דופן) תרכובות לא נדיפות, שהן מוצקים בעלי מבנה לא מולקולרי. לכן, נקודות ההיתוך שלהם גבוהות יחסית.

עם לא-מתכות, מימן יוצר תרכובות נדיפות בעלות מבנה מולקולרי. בתנאים רגילים מדובר בגזים או נוזלים נדיפים.

בתקופות משמאל לימין, התכונות החומציות של תרכובות מימן נדיפות של לא-מתכות בתמיסות מימיות עולות. זה מוסבר על ידי העובדה שליוני חמצן יש זוגות אלקטרונים חופשיים, וליוני מימן יש מסלול חופשי, ואז מתרחש תהליך שנראה כך:

H2O + HF ו-H3O + F

מימן פלואוריד בתמיסה מימית מסיר יוני מימן חיוביים, כלומר. מפגין תכונות חומציות. תהליך זה מקל גם על ידי נסיבות אחרות: ליון החמצן יש זוג אלקטרונים בודד, וליון המימן יש אורביטל חופשי, שבגללו נוצר קשר תורם-מקבל.

כאשר אמוניה מומסת במים, מתרחש תהליך הפוך. ומכיוון שליוני חנקן יש זוג אלקטרונים בודד, וליוני מימן יש אורביטל חופשי, נוצר קשר נוסף ונוצרים יוני אמוניום NH4+ ויוני הידרוקסיד OH-. כתוצאה מכך, הפתרון רוכש תכונות בסיסיות. תהליך זה יכול לבוא לידי ביטוי בנוסחה:

H2O + NH3 ו-NH4 + OH

מולקולות אמוניה בתמיסה מימית מצמידות יוני מימן חיוביים, כלומר. אמוניה מציגה תכונות בסיסיות.

כעת נסתכל מדוע תרכובת המימן של הפלואור - מימן פלואוריד HF - בתמיסה מימית היא חומצה, אך חלשה יותר מחומצה הידרוכלורית. זה מוסבר על ידי העובדה שרדיוסים של יוני פלואור קטנים בהרבה מאלה של יוני כלור. לכן, יוני פלואור מושכים יוני מימן בצורה חזקה הרבה יותר מאשר יוני כלור. בהקשר זה, מידת הניתוק של חומצה הידרופלואורית קטנה בהרבה מזו של חומצה הידרוכלורית, כלומר. חומצה הידרוכלורית חלשה יותר מחומצה הידרוכלורית.

מהדוגמאות שניתנו ניתן להסיק את הדברים הבאים: מסקנות כלליות:

בתקופות משמאל לימין, המטען החיובי של יוני היסוד עולה. בהקשר זה, התכונות החומציות של תרכובות מימן נדיפות של יסודות בתמיסות מימיות משופרות.

בקבוצות מלמעלה למטה, אניונים בעלי מטען שלילי מושכים פחות ופחות יוני מימן בעלי מטען חיובי H+. בהקשר זה, תהליך סילוק יוני המימן H+ מקל ותכונות החומציות של תרכובות מימן מתגברות.

תרכובות מימן של לא מתכות, בעלות תכונות חומציות בתמיסות מימיות, מגיבות עם אלקליות. תרכובות מימן של לא מתכות, בעלות תכונות בסיסיות בתמיסות מימיות, מגיבות עם חומצות.

פעילות החמצון של תרכובות מימן של לא מתכות בקבוצות מלמעלה למטה עולה מאוד. כך למשל, אי אפשר לחמצן את הפלואור מתרכובת המימן HF בצורה כימית, אך ניתן לחמצן כלור מתרכובת המימן HCl באמצעות חומרי חמצון שונים. זה מוסבר על ידי העובדה שבקבוצות מלמעלה למטה הרדיוסים האטומיים גדלים בחדות, ולכן העברת האלקטרונים הופכת קלה יותר.