Химия, полный курс для 11 класса

Неметаллы: общая характеристика и окислительные свойства

1. Положение неметаллов в Периодической системе и особенности строения их атомов

Неметаллы – это химические элементы, атомы которых обладают способностью принимать электроны для завершения своего внешнего энергетического уровня. В Периодической системе Д.И. Менделеева они расположены в главных подгруппах в правой верхней части, образуя своеобразный «треугольник», вершиной которого является фтор.

К неметаллам относят 22 элемента:

• Водород и гелий.

• Элементы IIIА группы: бор.

• Элементы IVА группы: углерод, кремний.

• Элементы VА группы: азот, фосфор, мышьяк.

• Элементы VIА группы: кислород, сера, селен, теллур.

• Элементы VIIА группы (галогены): фтор, хлор, бром, йод, астат.

• Элементы VIIIА группы (благородные газы): гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Главная особенность строения атомов неметаллов – наличие на внешнем энергетическом уровне от четырех до восьми электронов. Именно это определяет их химическое поведение.

• Атомы фтора, хлора, кислорода имеют 7 и 6 электронов на внешнем уровне соответственно и стремятся принять недостающие электроны.

• Атомы углерода и кремния имеют по 4 электрона и также могут принимать электроны, хотя и в меньшей степени.

Эта тенденция «принимать» электроны для завершения внешнего уровня и объясняет их способность проявлять окислительные свойства.

Окислитель – это атом или ион, который в процессе реакции принимает электроны. Сам окислитель при этом восстанавливается.

2. Окислительные свойства неметаллов

Окислительные свойства – главный признак, объединяющий неметаллы. Они проявляются в реакциях с металлами, водородом и с менее активными неметаллами.

а) Взаимодействие с металлами
В этих реакциях неметаллы всегда являются окислителями. Продуктами таких реакций являются бинарные соединения – оксиды, сульфиды, хлориды, нитриды и т.д.

• Взаимодействие серы с железом: При нагревании смеси железа и серы происходит реакция с выделением тепла и света. Образуется сульфид железа(II):

  2Fe + S = FeS

  Железо отдает электроны (восстановитель), сера принимает их (окислитель).

• Взаимодействие хлора с медью: Раскаленная медная проволока ярко горит в атмосфере хлора, образуя хлорид меди(II):

  Cu + Cl₂ = CuCl₂

б) Взаимодействие с водородом
Многие неметаллы реагируют с водородом, образуя летучие водородные соединения. В этих реакциях неметаллы также выступают в роли окислителей.

• Образование хлороводорода: Смесь водорода и хлора взрывается на свету или от искры:

  H₂ + Cl₂ = 2HCl

  Молекула водорода окисляется, а молекула хлора восстанавливается.

• Другие примеры:

  H₂ + S ⇄ H₂S (сероводород)

  3H₂ + N₂ ⇄ 2NH₃ (аммиак)

в) Взаимодействие с менее активными неметаллами
Более электроотрицательный неметалл (более сильный окислитель) может окислить менее электроотрицательный неметалл.

• Горение серы в кислороде: Сера горит в кислороде голубым пламенем с образованием оксида серы(IV):

  S + O₂ = SO₂

  Кислород (более сильный окислитель) окисляет серу.

• Горение фосфора в хлоре: Фосфор самовоспламеняется в атмосфере хлора:

  2P + 5Cl₂ = 2PCl₅

  Хлор (более сильный окислитель) окисляет фосфор.

3. Восстановительные свойства неметаллов

Несмотря на преобладание окислительной функции, неметаллы могут проявлять и восстановительные свойства, то есть отдавать электроны. Это происходит, когда они взаимодействуют с более сильными окислителями, например, с кислородом или фтором.

Восстановитель – это атом или ион, который в процессе реакции отдает электроны. Сам восстановитель при этом окисляется.

• Горение угля: Углерод сгорает в кислороде с образованием углекислого газа. Здесь углерод – восстановитель, а кислород – окислитель.

  C + O₂ = CO₂

• Горение серы: Как мы видели выше, в реакции с кислородом сера является восстановителем.

  S + O₂ = SO₂

• Окисление фосфора: Фосфор горит в кислороде, проявляя восстановительные свойства.

  4P + 5O₂ = 2P₂O₅

Таким образом, один и тот же неметалл в разных условиях может быть как окислителем, так и восстановителем. Его роль зависит от электроотрицательности элемента-партнера по реакции.

4. Кислород и сера как представители неметаллов

Кислород (O)

• Положение в ПСХЭ: VIА группа, 2-й период.

• Строение атома: Заряд ядра +8. Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁴. На внешнем уровне 6 электронов.

• Степени окисления: -2 (в оксидах), -1 (в пероксидах, например, H₂O₂).

• Химические свойства: Сильнейший окислитель. Реагирует почти со всеми простыми веществами (кроме золота, платины и благородных газов), а также со многими сложными веществами. Реакции часто идут с выделением тепла и света – горение.

  2Mg + O₂ = 2MgO

  4P + 5O₂ = 2P₂O₅

  CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

Сера (S)

• Положение в ПСХЭ: VIА группа, 3-й период.

• Строение атома: Заряд ядра +16. Электронная конфигурация: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. На внешнем уровне 6 электронов.

• Степени окисления: -2, 0, +4, +6.

• Химические свойства: По сравнению с кислородом, сера – более слабый окислитель, но может проявлять и восстановительные свойства.

  • Как окислитель (степень окисления понижается от 0 до -2):

    Fe + S = FeS (с металлами)

    H₂ + S = H₂S (с водородом)

  • Как восстановитель (степень окисления повышается от 0 до +4 или +6):

    S + O₂ = SO₂ (с более сильным окислителем – кислородом)

Выводы:

1. Неметаллы расположены в правой верхней части ПСХЭ и имеют на внешнем уровне от 4 до 8 электронов.

2. Их ключевое свойство – способность принимать электроны, то есть быть окислителями.

3. Окислительные свойства проявляются в реакциях с металлами, водородом и менее активными неметаллами.

4. При взаимодействии с более сильными окислителями (кислород, фтор) неметаллы могут проявлять восстановительные свойства.

5. Кислород – типичный и очень сильный окислитель. Сера – менее сильный окислитель, который легко переходит в роль восстановителя.