Способы получения простых веществ неметаллов

§ 13. Простые вещества-неметаллы, их состав, строение, общие свойства и способы получения

Какие вещества называются простыми, а какие сложными?
С помощью какого типа химической связи образуются простые вещества-неметаллы?
В какие реакции вступают простые вещества-неметаллы?

Состав и агрегатное состояние неметаллов. Вы уже знакомы со многими простыми веществами-неметаллами: кислородом, водородом, галогенами. Это вещества, в молекулах которых атомы одного и того же химического элемента связаны между собой ковалентной неполярной связью. С помощью этой связи образуются разные по составу и строению простые вещества-неметаллы. Одни из них в обычных условиях существуют в виде двухатомных молекул (Н₂, Сl₂, O₂, N₂ и др.), другие образуют более сложные по составу молекулы (так, у фосфора они состоят из четырех атомов, а у ромбической серы — из восьми и т. д.), а также есть простые вещества, представляющие собой атомные агрегаты (кремний, углерод в виде алмаза и графита и др.).

В обычных условиях неметаллы существуют в различных агрегатных состояниях: в виде газов, состоящих из одноатомных (инертные газы), двухатомных (кислород, водород, фтор, хлор, азот и др.), трехатомных молекул (озон), и в виде жидкости — бром; в виде твердых кристаллических и аморфных веществ (кремний, углерод и др.).

Строение твердых неметаллов также различно: одни имеют молекулярное, другие немолекулярное строение. Многие простые вещества-неметаллы в твердом состоянии имеют молекулярный тип кристаллической решетки. Из известных вам неметаллов углерод и кремний имеют атомный тип кристаллической решетки, в которой атомы связаны между собой прочной ковалентной связью, имеющей высокую энергию, например алмаз. Поэтому вещества с атомной кристаллической решеткой имеют высокие температуры плавления и кипения. Для молекулярных веществ характерен молекулярный тип кристаллической решетки, где связь между составляющими ее частицами (молекулами) осуществляется сравнительно слабыми межмолекулярными взаимодействиями, которые обусловливают их некоторые физические свойства: малую прочность, сравнительно низкую температуру плавления и кипения, а следовательно, и высокую летучесть.

Молекулярные вещества находятся при обычных условиях в газообразном (кислород, азот и др.) и твердом состоянии (фосфор, сера и др.).

Вспомните свойства кристаллического иода.

Иод — твердое темно-серое кристаллическое вещество со слабым металлическим блеском. При нагревании легко возгоняется, образуя фиолетовые пары. При быстром повышении температуры он плавится [t_пл = 114°С)икипит (t_кип = 184°С).

Некоторые неметаллы в твердом виде существуют не только в кристаллическом, но и в аморфном состоянии. Аморфные вещества представляют собой агрегаты частиц, расположенных более беспорядочно, чем в кристалле. В отличие от кристаллических веществ, имеющих определенную температуру плавления и кипения, аморфные вещества плавятся в интервале температур. В зависимости от условий, при которых происходит переход из расплавленного состояния в твердое, одно и то же вещество можно получить как в кристаллическом, так и в аморфном виде. Так, например, при прокаливании диоксида кремния SiO₂ с магнием можно получить бурый порошок аморфного кремния. Вещества в аморфном состоянии отличает более высокая химическая активность по сравнению с веществами в кристаллическом состоянии.

Задание. Приведите примеры простых веществ, образованных атомами одного и того же химического элемента.

Некоторые неметаллы способны существовать в виде нескольких простых веществ. Примером может служить элемент углерод и его простые вещества: алмаз, графит и др. Способность атомов одного и того же элемента образовывать несколько простых веществ называется аллотропией.

Свойства аллотропных видоизменений элемента зависят от того, как и в каком количестве связываются между собой атомы в данном веществе (кислород O₂, озон О₃) и как они расположены в пространстве (алмаз и графит).

Явление аллотропии широко распространено у неметаллов. В дальнейшем вы узнаете, что все элементы VIA-группы образуют несколько аллотропных форм.

Простые вещества-неметаллы отличаются по своему составу, строению и агрегатному состоянию, характеризуются широким диапазоном физических свойств и способностью к аллотропии.

Химические свойства и получение неметаллов

Задание. Приведите примеры химических реакций неметаллов. Почему они являются окислительно-восстановительными?

В процессе изучения химии вы уже познакомились со многими химическими реакциями неметаллов, в которых проявляются их химические свойства.

Все реакции неметаллов (кроме аллотропных превращений) относятся к окислительно-восстановительным.

Убедимся в этом, рассмотрев, какие функции выполняют в окислительно-восстановительных реакциях неметаллы, с какими веществами они взаимодействуют.

1. Взаимодействие неметаллов с металлами. Вы уже знаете, что многие металлы горят в кислороде и хлоре.

Задание. Опишите реакции кислорода, серы, хлора и других неметаллов с металлами. Составьте уравнения этих реакций методом электронного баланса (см. учебник химии для 8 класса). Назовите продукты этих реакций. Например:

Источник

Простые вещества-неметаллы, их состав, строение, общие свойства и способы получения

2. Взаимодействие неметаллов с водородом. Неметаллы взаимодействуют с водородом. Эти реакции — окислительно-восстановительные (водород является восстановителем), экзотермические. Но характер их протекания зависит от условий. Так, например, кислород и хлор могут спокойно реагировать с водородом, а могут и со взрывом (см. учебник химии для 8 класса).

С водородом реагируют и другие неметаллы, например сера:

Поскольку в школьных условиях демонстрация этих реакций небезопасна, дадим их описание.

Демонстрационный опыт. Горение водорода в кислороде и в хлоре.

Если проверенный на чистоту водород поджечь у конца газоотводной трубки от прибора, в котором его получают, и внести пламя в сосуды (рис. 13), наполненные один кислородом, а другой хлором, то водород продолжает гореть в этих газах с изменением характера пламени. Если же поджечь смесь водорода и кислорода («гремучий газ») или смесь водорода и хлора, то их реакция происходит со взрывом (цепная реакция). В данном случае изменение условий повлекло за собой изменение характера взаимодействия, но продукты реакции в обоих случаях будут те же самые. В реакции с кислородом это вода, а с хлором образуется «туман», состоящий из капелек соляной кислоты:

3. Взаимодействие неметаллов с другими неметаллами. В этом случае неметаллы могут выступать в качестве как окислителей, так и восстановителей. Например, при взаимодействии с водородом сера — окислитель (см. свойство 2), а в реакции с хлором она — восстановитель:

Задание. Вы наблюдали, как сгорают в кислороде уголь и фосфор. Охарактеризуйте эти реакции и напишите их уравнения.

4. Взаимодействия неметаллов со сложными веществами. Со многими реакциями этого вида вы встречались при изучении процессов горения, химических свойств галогенов, серы и др. Приведем примеры:

Неметаллы как простые вещества взаимодействуют с металлами, с неметаллами и со сложными веществами. Эти реакции являются окислительно-восстановительными.

Общие способы получения неметаллов.

Неметаллы как простые вещества можно получить различными способами:

а) разложением сложных веществ:

б) вытеснением их из сложных веществ (реакция замещения):

Простые вещества-неметаллы • Состав и структура неметаллов • Аллотропия неметаллов • Химические свойства и способы получения неметаллов

Вопросы и задания

1. Приведите примеры простых веществ-неметаллов. Какое строение имеют их кристаллические решетки?

2. Что такое аллотропия? Приведите примеры аллотропии некоторых неметаллов.

3. Какого типа кристаллические решетки у неметаллов в твердом состоянии? Приведите примеры веществ с разными типами решеток, дайте сравнительную характеристику их физических свойств.

4. Перечислите основные химические свойства неметаллов. Какие общие признаки в их проявлении вы можете указать?

5. Предложите схему, обобщающую физические и химические свойства неметаллов и их связь со строением этих веществ.

Источник

Неметаллы — общая характеристика. Свойства, получение и применение.

Неметаллы – это химические элементы, которые образуют в свободном состоянии простые вещества, не обладающие физическими и химическими свойствам металлов.

Это 22 элемента Переодической системы: бор B, углерод C, кремний Si, азот N, фосфор P, мышьяк As, кислород O, сера S, селен Se, теллур Te, водород H, фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At; а так же благородные газы: гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn.

Физические свойства
Элементы-неметаллы образуют простые вещества, которые при обычных условиях существуют в разных агрегатных состояниях:

газы (благородные газы: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn;водород H2, кислород O2, азот N2, фтор F2, хлор Cl2.),

жидкость (бром Br2) ,

твердые вещества ( йод I2, углерод C, кремний Si, сера S, фосфор P и др. ) .

Атомы неметаллов образуют менее плотно упакованную структуру чем металлы, в которой между атомами существуют ковалентные связи. В кристаллической решетке неметаллов, как правило, нет свободных электронов. В связи с этим твердые вещества-неметаллы в отличие от металлов плохо проводят тепло и электричество, не обладают пластичностью.
Получение неметаллов

Способы получения неметаллов отличаются многообразием и специфичностью, общих подходов не существует. Рассмотрим основные способы получения некоторых неметаллов.

Получение галогенов. Самые активные галогены – фтор и хлор – получают электролизом. Фтор – электролизом расплава KHF ₂ , хлор – электролизом расплава или раствора хлорида натрия:

2Г — — 2 = Г ₂ .

Другие галогены можно также получить электролизом или вытеснением из их солей в растворе с помощью более активного галогена:

Получение водорода. Основной промышленный способ получения водорода – конверсия метана (каталитический процесс):

Получение кремния. Кремний получают восстановлением коксом из кремнезема:

SiO ₂ + 2C = Si + 2CO.

Получение фосфора. Фосфор получают восстановлением из фосфата кальция, который входит в состав апатита и фосфорита:

Кислород и азот получают фракционной перегонкой жидкого воздуха.

Сера и углерод встречаются в природе в самородном виде.

Селен и теллур получают из отходов производства серной кислоты, так как эти элементы встречаются в природе вместе с соединениями серы.

Мышьяк получают из мышьяковистого колчедана по сложной схеме превращений, включающей стадии получения оксида и восстановления из оксида углеродом.

Бор получают восстановлением оксида бора магнием.

Химические свойства
1. Окислительные свойства неметаллов проявляются при взаимодействии с металлами
4Al + 3C = Al4C3
2. Неметаллы играют роль окислителя при взаимодействии с водородом
H2 + F2 = 2HF
3 Любой неметалл выступает в роли окислителя в реакциях с теми металлами, которые имеют низкую ЭО
2P + 5S = P2S5
4. Окислительные свойства проявляются в реакциях с некоторыми сложными веществами
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
5. Неметаллы могут играть роль окислителя в реакциях со сложными веществами
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
6. Все неметаллы выступают в роли восстановителей при взаимодействии с кислородом
4P + 5O2 = 2P2O5
7. Многие неметаллы выступают в роли восстановителей в реакциях со сложными веществами-окислителями
S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
8. Наиболее сильные восстановительные свойства имеют углерод и водород
ZnO + C = Zn + CO;
CuO + H2 = Cu + H2O
9. Существуют и такие реакции, в которых один и тот же неметалл является одновременно и окислителем, и восстановителем. Это реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования)
Cl2 + H2O =HCl + HClO

Водород используется в химической промышленности для синтеза аммиака, хлороводорода и метанола, применяется для гидрогенизации жиров. Используется в качестве восстановителя при производстве многих металлов, например, молибдена и вольфрама, из их соединений.

Хлор применяют для производства соляной кислоты, винилхлорида, каучука и многих органических веществ и пластмасс, в текстильной и бумажной промышленности используют в качестве отбеливающего средства, в быту – для обеззараживания питьевой воды.

Бром и йод используют в синтезе полимерных материалов, для приготовления лекарственных препаратов и др.

Кислород применяется при сжигании топлива, при выплавке чугуна и стали, для сварки металлов, необходим для жизнедеятельности организмов.

Сера используется для производства серной кислоты, изготовления спичек, пороха, для борьбы с вредителями сельского хозяйства и лечения некоторых болезней, в производстве красителей, взрывчатых веществ, люминофоров.

Азот и фосфор применяются при производстве минеральных удобрений, азот применяется при синтезе аммиака, для создания инертной атмосферы в лампах, используется в медицине. Фосфор применяется при производстве фосфорной кислоты.

Алмаз используется при обработке твердых изделий, в буровых работах и ювелирном деле, графит – для изготовления электродов, тиглей для выплавки металлов, в производстве карандашей, резины и др.

Источник