Неметаллы (реакционноспособные неметаллы)

Где находятся неметаллы

Кроме водорода, находящегося наверху 1-й группы, реакционноспособные неметаллы расположены в верхнем правом углу периодической таблицы: углерод в 14-й группе, азот и фосфор в 15-й, а кислород, сера и селен в 16-й. У них от четырёх до шести внешних электронов, как у кислорода ([He] 2s² 2p⁴), тогда как у водорода всего один (1s¹). Их высокие энергии ионизации и электроотрицательности означают, что они склонны присоединять или обобществлять электроны, а не терять их.

Физические свойства

При комнатной температуре водород, азот и кислород — бесцветные газы, состоящие из двухатомных молекул (H₂, N₂ и O₂), а углерод, фосфор, сера и селен — твёрдые вещества. У большинства неметаллов низкие температуры плавления и кипения, и они плохо проводят тепло и электричество. Углерод — большое исключение: алмаз — самый твёрдый природный материал, а графит проводит электричество.

Некоторые неметаллы существуют в виде аллотропных модификаций — разных форм одного и того же элемента, таких как алмаз и графит, кислород (O₂) и озон (O₃), белый и красный фосфор.

Химическое поведение и закономерности

С металлами неметаллы присоединяют электроны, образуя отрицательные ионы, такие как O²⁻, S²⁻ и N³⁻. Друг с другом они обобществляют электроны в ковалентных связях, образуя молекулы, такие как вода (H₂O), углекислый газ (CO₂), метан (CH₄) и аммиак (NH₃). Газообразный азот очень инертен из-за прочной тройной связи в N₂.

Кислород поддерживает горение: метан горит по уравнению CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, а сера сгорает до диоксида серы, S + O₂ → SO₂. Оксиды неметаллов обычно кислотные, поэтому диоксид серы и оксиды азота вызывают кислотные дожди. Неметаллический характер усиливается вдоль периода и ослабевает вниз по группе, поэтому серый селен уже является полупроводником.

Неметаллы в жизни и промышленности

Кислород, углерод, водород и азот составляют около 96 % массы человеческого тела, а фосфор и сера — важные части ДНК и белков. Селен — микроэлемент, необходимый в малых дозах, но токсичный в больших. Водород — самый распространённый элемент во Вселенной, а воздух состоит примерно на 78 % из азота и на 21 % из кислорода.

Азот и водород соединяют в процессе Габера для получения аммиака для удобрений (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃). Кислород используют в больницах и в сталеплавильном производстве, серу превращают в серную кислоту — самое производимое промышленное химическое вещество, а углерод — основа топлива, пластмасс и стали.