Niemetale (reaktywne niemetale)

Gdzie leżą niemetale

Poza wodorem, który leży na szczycie grupy 1, reaktywne niemetale znajdują się w prawej górnej części układu okresowego: węgiel w grupie 14, azot i fosfor w grupie 15 oraz tlen, siarka i selen w grupie 16. Mają od czterech do sześciu elektronów zewnętrznych, jak tlen ([He] 2s² 2p⁴), podczas gdy wodór ma tylko jeden (1s¹). Ich wysokie energie jonizacji i elektroujemności sprawiają, że chętniej przyjmują lub uwspólniają elektrony, niż je tracą.

Właściwości fizyczne

W temperaturze pokojowej wodór, azot i tlen są bezbarwnymi gazami zbudowanymi z dwuatomowych cząsteczek (H₂, N₂ i O₂), a węgiel, fosfor, siarka i selen są ciałami stałymi. Większość niemetali ma niskie temperatury topnienia i wrzenia oraz słabo przewodzi ciepło i prąd. Wielkim wyjątkiem jest węgiel: diament jest najtwardszym naturalnym materiałem, a grafit przewodzi prąd.

Kilka niemetali występuje w odmianach alotropowych, czyli różnych postaciach tego samego pierwiastka, takich jak diament i grafit, tlen (O₂) i ozon (O₃) oraz fosfor biały i czerwony.

Zachowanie chemiczne i tendencje

Z metalami niemetale przyjmują elektrony, tworząc jony ujemne, takie jak O²⁻, S²⁻ i N³⁻. Ze sobą uwspólniają elektrony w wiązaniach kowalencyjnych, tworząc cząsteczki takie jak woda (H₂O), dwutlenek węgla (CO₂), metan (CH₄) i amoniak (NH₃). Gazowy azot jest bardzo mało reaktywny z powodu silnego wiązania potrójnego w N₂.

Tlen podtrzymuje spalanie: metan spala się według równania CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, a siarka spala się do dwutlenku siarki, S + O₂ → SO₂. Tlenki niemetali są zwykle kwasowe, dlatego dwutlenek siarki i tlenki azotu powodują kwaśne deszcze. Charakter niemetaliczny rośnie wzdłuż okresu i maleje w dół grupy, więc szary selen jest już półprzewodnikiem.

Niemetale w życiu i przemyśle

Tlen, węgiel, wodór i azot stanowią około 96% masy ludzkiego ciała, a fosfor i siarka są niezbędnymi składnikami DNA i białek. Selen jest śladowym składnikiem odżywczym, ale w większych dawkach toksycznym. Wodór jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, a powietrze to około 78% azotu i 21% tlenu.

Azot i wodór łączy się w procesie Habera, aby otrzymać amoniak do nawozów (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃). Tlen stosuje się w szpitalach i hutnictwie stali, siarkę przerabia się na kwas siarkowy, najczęściej produkowaną substancję chemiczną w przemyśle, a węgiel jest podstawą paliw, tworzyw sztucznych i stali.