Phi kim (phi kim hoạt động)

Vị trí của phi kim

Trừ hiđro nằm ở đầu nhóm 1, các phi kim hoạt động nằm ở phía trên bên phải của bảng tuần hoàn: cacbon ở nhóm 14, nitơ và photpho ở nhóm 15, và oxi, lưu huỳnh, selen ở nhóm 16. Chúng có từ bốn đến sáu electron ngoài cùng, như ở oxi ([He] 2s² 2p⁴), còn hiđro chỉ có một (1s¹). Năng lượng ion hóa và độ âm điện cao khiến chúng có xu hướng nhận hoặc dùng chung electron thay vì mất chúng.

Tính chất vật lí

Ở nhiệt độ phòng, hiđro, nitơ và oxi là những chất khí không màu gồm các phân tử hai nguyên tử (H₂, N₂ và O₂), còn cacbon, photpho, lưu huỳnh và selen là chất rắn. Hầu hết phi kim có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp và dẫn nhiệt, dẫn điện kém. Cacbon là ngoại lệ lớn: kim cương là vật liệu tự nhiên cứng nhất và than chì dẫn điện.

Một số phi kim tồn tại dưới dạng thù hình, những dạng khác nhau của cùng một nguyên tố, như kim cương và than chì, oxi (O₂) và ozon (O₃), photpho trắng và photpho đỏ.

Hành vi hóa học và xu hướng

Với kim loại, phi kim nhận electron để tạo thành các ion âm như O²⁻, S²⁻ và N³⁻. Với nhau, chúng dùng chung electron trong liên kết cộng hóa trị, tạo thành các phân tử như nước (H₂O), cacbon đioxit (CO₂), metan (CH₄) và amoniac (NH₃). Khí nitơ rất kém hoạt động vì liên kết ba bền trong N₂.

Oxi duy trì sự cháy: metan cháy theo phương trình CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, và lưu huỳnh cháy thành lưu huỳnh đioxit, S + O₂ → SO₂. Oxit phi kim thường có tính axit, đó là lí do lưu huỳnh đioxit và các oxit nitơ gây ra mưa axit. Tính phi kim tăng khi đi ngang qua một chu kì và giảm khi đi xuống trong một nhóm, nên selen xám đã là chất bán dẫn.

Phi kim trong đời sống và công nghiệp

Oxi, cacbon, hiđro và nitơ chiếm khoảng 96% khối lượng cơ thể người, còn photpho và lưu huỳnh là thành phần thiết yếu của DNA và protein. Selen là chất dinh dưỡng vi lượng nhưng độc ở liều lớn hơn. Hiđro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, và không khí chứa khoảng 78% nitơ và 21% oxi.

Nitơ và hiđro được kết hợp trong quá trình Haber để tạo ra amoniac làm phân bón (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃). Oxi được dùng trong bệnh viện và luyện thép, lưu huỳnh được chuyển thành axit sunfuric, hóa chất công nghiệp được sản xuất nhiều nhất, và cacbon là nền tảng của nhiên liệu, chất dẻo và thép.