Сначала изучите: Периодический закон и система
Неметаллы расположены в правом верхнем углу периодической системы — выше и правее диагонали бор–астат; это 22 элемента (вместе с благородными газами). Хотя их мало, неметаллы составляют основу природы: атмосферы (N₂, O₂, Ar), воды (H, O), живых организмов (C, H, O, N, P, S — элементы-органогены), земной коры (O, Si). В отличие от металлов, они склонны принимать электроны и поэтому чаще всего выступают окислителями. В этой теме рассматриваются общие закономерности неметаллов, водород и благородные газы; галогены, кислород и сера, азот и фосфор, углерод и кремний разобраны в отдельных темах.
Простые вещества чаще всего имеют молекулярное строение (H₂, N₂, O₂, Cl₂, P₄, S₈), поэтому легкоплавки и летучи; некоторые имеют атомную решётку (алмаз, кремний, бор) и очень твёрды. При обычных условиях среди неметаллов есть газы (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, благородные газы), одна жидкость (бром) и твёрдые вещества (C, Si, P, S, I₂). Большинство не проводят электрический ток (исключение — графит). Многим неметаллам свойственна аллотропия: кислород и озон, алмаз и графит, белый и красный фосфор.
Водород — самый лёгкий и самый распространённый во Вселенной элемент (основная часть массы звёзд). Электронная формула 1s¹: отдав один электрон, он становится H⁺ (как элементы I группы), приняв один — H⁻ (как элементы VII группы), поэтому его положение в периодической системе двойственно. Изотопы: протий ¹H, дейтерий ²H (D), тритий ³H (T, радиоактивен).
Получение:
В лаборатории: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ (аппарат Киппа)
В промышленности: CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (паровая конверсия), электролиз воды 2H₂O → 2H₂ + O₂
Водород — бесцветный газ без запаха, практически нерастворим в воде; M(H₂) = 2, он легче воздуха в 29/2 = 14,5 раза, поэтому его собирают в пробирку, перевёрнутую вверх дном.
Смесь водорода с воздухом или кислородом («гремучий газ») при поджигании сильно взрывается, поэтому перед поджиганием водород проверяют на чистоту. Водород считается экологически чистым топливом: при его горении образуется только вода.
Сколько литров водорода (н.у.) нужно для полного восстановления 23,2 г Fe₃O₄ и сколько граммов железа получится?
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn — VIIIA группа. Внешний уровень заполнен (ns² np⁶, у гелия 1s²), поэтому химически они очень инертны, молекулы одноатомны. Лишь с 1962 года получены соединения ксенона и криптона со фтором (XeF₂, XeF₄, KrF₂). Аргон составляет 0,93 % воздуха по объёму. Применение: гелий — в воздушных шарах и дирижаблях (не горит), жидкий гелий — для получения сверхнизких температур; неон — красный свет рекламных ламп; аргон — инертная среда при сварке и в лампах накаливания.
По периоду кислотность растёт: CH₄ (нейтрален) → NH₃ (основание) → H₂O (амфотерна) → HF (кислота)
По группе сила кислот растёт: HF < HCl < HBr < HI; в том же порядке растут восстановительные свойства
Вниз по группе связь элемент–водород удлиняется и ослабевает, поэтому протон отщепляется легче: H₂S — более сильная кислота, чем вода, а HI — чем HF. Основность же аммиака объясняется тем, что неподелённая электронная пара азота присоединяет протон.
В кислородсодержащих кислотах одного элемента с ростом его степени окисления сила кислоты растёт: HClO < HClO₂ < HClO₃ < HClO₄; H₂SO₃ < H₂SO₄; HNO₂ < HNO₃. Гидраты высших оксидов усиливаются по периоду: H₂SiO₃ < H₃PO₄ < H₂SO₄ < HClO₄.
4,96 г простого вещества X полностью прореагировали с 6,4 г O₂, образовав оксид XₐOᵦ. Найдите элемент.
C + 2H₂SO₄(конц.) → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O и P + 5HNO₃(конц.) → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O. Всего образовалось 18 г воды, количество H₃PO₄ равно количеству газов первой реакции. Найдите массу неметаллов.