Загальні властивості неметалів – ВОДЕНЬ. ГАЛОГЕНИ

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 8. ВОДЕНЬ. ГАЛОГЕНИ

§ 8.1. Загальні властивості неметалів

Для неметалів скоріше характерна відмінність, ніж спільність властивостей. Тому в підручниках звичайно немає загального огляду неметалів. Однак це не означає, що такої загальної оцінки властивостей не можна дати.

Щоб виявити властивості, характерні для всіх неметалів, потрібно насамперед звернути увагу на їх розташування у періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва

і визначити число електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів. Неметали в основному розміщуються в кінці малих і великих періодів, а число зовнішніх електронів у їх атомах, як і в усіх атомів елементів головних підгруп, дорівнює номеру групи. Як відомо, здатність до приєднання електронів у періоді зростає в міру наближення до благородного газу, а в групі – в міру зменшення радіуса атома або, іншими словами, знизу вгору.

Для завершення зовнішніх електронних рівнів атоми неметалів приєднують

електрони і є окисниками. Найактивніше приєднує електрони атом флуору. У решти елементів неметалів, що вивчаються у середній школі, ця здатність зменшується в такому порядку: O, Cl, N, S, С, Р, Н, Si. В атомів цих елементів зменшення здатності до приєднання електронів відповідає зменшенню значень їх відносних електронегативностей (див. табл. 2.2). Слід зазначити, що другим у цьому ряду після флуору стоїть атом оксигену, а не хлору.

Взаємодіючи з металами, типові неметали утворюють сполуки з іонним типом зв’язку, наприклад хлорид натрію NaCl, оксид калію K2S. За певних умов неметали взаємодіють між собою, утворюючи сполуки з ковалентним типом зв’язку – як полярні, так і не полярні. Прикладом перших є вода Н2О,

 Загальні властивості неметалів   ВОДЕНЬ. ГАЛОГЕНИ

Хлороводень НСl, аміак NH3, прикладом других – оксид карбону(ІV) СО2, метан СН4, бензол С6Н6.

З гідрогеном неметали утворюють леткі сполуки, як, наприклад, фтороводень HF, сірководень H2S, аміак NH3, метан СН4. Під час розчинення у воді водневі сполуки галогенів, сульфуру, селену і телуру утворюють кислоти з такою самою формулою, що й самі водневі сполуки: HF, НСl, НВr, Hl, H2S, H2Se, Н2Те.

Під час розчинення у воді аміаку утворюється аміачна вода, що звичайно позначається формулою NH4OH і називається гідроксидом амонію. її також позначають формулою NH3 ∙ Н2О і називають гідратом аміаку (див. § 10.3).

З оксигеном неметали утворюють кислотні оксиди. В одних оксидах вони виявляють максимальний ступінь окиснення, що дорівнює номеру групи (наприклад SO3, N2O5), в інших

– нижчий (наприклад, SO2, N2O3). Кислотним оксидам відповідають кислоти, причому з двох кисневмісних кислот одного металу сильнішою буде та, в якій він виявляє вищий ступінь окиснення. Наприклад, нітратна кислота HNO3 сильніша, ніж нітритна HNO2, а сульфатна кислота H2SO4 сильніша, ніж сульфітна H2SO3. Нагадаємо, що сила кислоти визначається здатністю утворювати іони гідрогену Н (точніше, Н3О+ ).

За нормальних умов неметали водень, фтор, хлор, кисень, азот і благородні гази – це гази, бром – рідина, а решта – тверді речовини.

Окремо слід сказати про хімію благородних газів. їх атоми містять на зовнішньому рівні по 8 електронів (у гелію 2). Раніше вважалося, що такі атоми не здатні ні віддавати електрони, ні приєднувати їх, ні утворювати спільні електронні пари. Однак у 1962 р. була добута перша хімічна сполука благородного газу – тетрафторид ксенону XeF4, після чого хімія благородних газів почала розвиватися швидкими темпами. Особливо багата хімія ксенону, сполуки якого за властивостями подібні до відповідних сполук йоду.

Під час взаємодії ксенону з фтором залежно від умов експерименту утворюється або дифторид ксенону XeF2, або тетрафторид XeF4, або гексафторид XeFe. За нормальної температури всі ці сполуки – тверді речовини білого кольору. З хімічного погляду найактивніший гексафторид ксенону XeF6. Він легко взаємодіє з кремнеземом (оксидом силіцію(ІV)): 2XeFe + SiO2 = 2XeOF4 + SiF4.

Окситетрафторид ксенону XeOF4, що при цьому утворюється, за нормальної температури – летка безбарвна рідина.

Усі фториди ксенону взаємодіють з водою. При цьому в реакції з дифторидом і тетрафторидом утворюються ксенон, кисень і фтороводень:

2XeF4 + 2Н2О = 2Хе + О2 + 4HF;

XeF4 + 2Н2О = Хе + О2 + 4HF.

Однак при взаємодії з водою гексафториду утворюється нова сполука – оксид ксенону(VІ):

XeFe + ЗН2О = ХеО3 + 6HF.

Оксид ксенону(VІ) ХеО3 – це безбарвна кристалічна речовина, що в твердому стані досить вибухонебезпечна (за силою вона не поступається перед тринітротолуолом). У розчині ж оксид ксенону(VІ) стійкий і безпечний.

Фториди ксенону – сильні окисники. Під час взаємодії з воднем вони відновлюються до ксенону. Тому, наприклад, реакція

XeF6 + ЗН2 = Хе + 6HF

Використовується для добування чистого ксенону.

Фториди ксенону виявляють окисні властивості також відносно інших сполук, наприклад:

XeF6 + 6Кl = Хе + 3l2 + 6KF.

Після фторидів ксенону вдалося добути і фторид радону. Однак внаслідок сильної радіоактивності радону ця сполука мало вивчена. Добуто також фториди криптону KrF2 і KrF4, які теж виявилися значно менш стійкими, ніж відповідні сполуки ксенону. Сполуки ж неону, аргону і гелію не добуто.

З кисневмісних сполук, крім оксиду ксенону(VІ) ХеО3, добуто оксид ксенону(VІІІ) ХеO4, а також відповідні їм кислоти – Н6ХеО6 і Н4ХеО6 . Хоча самі ці кислоти нестійкі, їх солі – ксенати (наприклад, Na4XeO6, Ва3ХеО6) і перксенати (наприклад, Ма6ХеО6, Ва2ХеО6) – при кімнатній температурі є досить стійкими кристалічними речовинами. Добуто також солі криптонової кислоти – криптат барію ВаКrO4 та ін.

Отже, благородні гази здатні вступати в реакції й утворювати сполуки зі звичайними ковалентними зв’язками.

Разом з тим уже відомі також хімічні сполуки благородних газів з іонним зв’язком. їх вдалося добути, використовуючи для відщеплення електронів від їх атомів гексафторид платини PtF6 – газ темно-червоного кольору, що є навіть сильнішим окисником, ніж фтор. Рівняння реакції взаємодії ксенону з гексафторидом платини можна зобразити так:

Хе + PtF6 = Хе+ -.

Гексафторплатинат ксенону, який утворився, – тверда речовина оранжевого кольору, що має іонну кристалічну решітку.

Хімія інертних елементів – це досягнення науки останніх двох десятиріч.

Нижче розглядаються загальні характеристики властивостей елементів за тими головними підгрупами, до яких належать неметали. Це підгрупи галогенів, оксигену, нітрогену, карбону. Окремо розглядається лише гідроген.




Загальні властивості неметалів – ВОДЕНЬ. ГАЛОГЕНИ