Глава 3. Общая характеристика неметаллов

Элементы-неметаллы в периодической системе Д.И. Менделеева и в природе

Распространение элементов-неметаллов в природе. Распространение неметаллов на Земле и в космосе различно. Их содержание обычно выражается в массовых или атомных долях. Среднее относительное содержание химического элемента в какой-либо природной среде называется его распространенностью.

Наиболее распространенными элементами земного шара являются кислород, кремний и азот. Другие элементы-неметаллы встречаются в природе в значительно меньшем количестве.

Кислород составляет примерно половину общей массы элементов, образующих земную кору (≈ 49,1 3%). Кислород является также составной частью атмосферы, он занимает ]/5 часть ее объема (≈ 21 %). Выдающаяся роль кислорода в жизни природы явилась причиной того, что кислород, по выражению Я. Берцелиуса, «сделался осью, вокруг которой вращается вся земная химия».

Вторым по распространенности на Земле элементом после кислорода является кремний. Масса земной коры более чем на четверть (27,6%) состоит из кремния, который образует самые разнообразные природные соединения с кислородом вследствие своего особенного сродства к кислороду. Это не только основополагающий элемент царства минералов, но и элемент, играющий огромную роль в жизни растений и животных, в научно-техническом прогрессе общества.

К распространенным элементам природы следует отнести и азот. Жизнь на Земле многим обязана азоту. Бросается в глаза резкое несоответствие между содержанием этого элемента в земной коре (литосфере) — 0,01 % и в атмосфере — 75,6% по массе или 78,09% по объему. В общем-то мы обитаем в азотной атмосфере, умеренно обогащенной кислородом. Кислород и азот в обычных условиях не взаимодействуют между собой, что имеет большое значение для жизни на Земле.

В малых количествах в атмосфере встречаются и инертные газы. В составе воздуха их около 1 % (0,94%) по объему. Они также при обычных условиях не реагируют с другими компонентами воздуха.

Хорошо вам известный элемент водород распространен в земной коре значительно меньше, чем перечисленные выше элементы, он составляет лишь 1 % (по массе). В атмосфере водород присутствует в незначительных количествах. На Земле он относился бы к крайне редким элементам, если бы большие массы водорода не сосредоточивались в гидросфере в виде его самого распространенного соединения — воды. Во Вселенной водород является господствующим элементом. Его особая роль в жизни Вселенной заключается в том, что водород является источником энергии, питающей Солнце и звезды.

Углерод встречается в природе как в виде аллотропных модификаций (графит, алмаз), так и в виде разнообразных соединений (углекислый газ, соли и органические вещества). Вам хорошо известны такие природные соединения углерода, как известняки, сланцы, графит, торф, нефть, уголь и др. Вместе с тем в земной коре на долю углерода приходится всего лишь 0,001 % всей ее массы, а в воздухе углекислый газ С09 занимает лишь 0,03% его объема. Помимо Земли углерод обнаружен в метеоритах, в атмосфере молодых звезд.

В значительно меньших количествах в природе встречаются элементы-неметаллы — фосфор, сера и др.

Как и многие элементы, неметаллы имеют изотопы. В природе элементы-неметаллы находятся в виде смеси изотопов (см. учебник химии для 8 класса).

Химические элементы и их природные соединения, распространение их в земной коре и — насколько возможно — на земном шаре в целом изучает наука геохимия. Элементы и образованные ими вещества, как формы их существования, составляющие живую и неживую природу, включаются в разные биогеохимические циклы — круговороты. Элементы, входящие в состав организмов и выполняющие важные биологические функции, называются биогенными. Основными биогенными элементами являются кислород, углерод, водород, азот, фосфор и некоторые другие.

Круговорот биогенных элементов в биосфере представляет собой переход их из минеральной формы в живую материю и наоборот за счет множества химических, геохимических и биохимических превращений.

С круговоротом перечисленных выше элементов вам предстоит познакомиться при дальнейшем изучении неметаллов.

Основные понятия

Элементы-неметаллы: их положение в периодической системе Д.И. Менделеева • Инертные газы • Распространенность в природе

Вопросы и задания

1. Какие элементы и по каким признакам относятся к неметаллическим?

2. Какое место занимают неметаллы в периодической системе?

3. Назовите элементы-неметаллы, наиболее распространенные в земной коре, в атмосфере, составьте таблицу или диаграмму их распространенности.

4. Сравните строение атомов и свойства кислорода и фтора. Почему для них не характерны соединения формы RO₃ и R₄O₇?

5. Сравните строение атомов и свойства кислорода и серы. Укажите их сходство и различия.

6. Элемент R имеет высший оксид R₂O₅ кислотного характера и образует газообразный гидрид RH₃ Однако его высшая валентность в кислородных соединениях не V, а IV. Какой это элемент?

7. Подготовьте краткое сообщение об использовании радиоизотопов элементов-неметаллов в медицине и сельском хозяйстве.

8. Используя энциклопедическую, журнальную и научно-популярную литературу, составьте общую характеристику выбранного вами элемента-неметалла.

Выводы

1. Элементы-неметаллы расположены в IIIA-VIIIA-группах периодической системы Д.И. Менделеева, занимая ее верхний правый угол.

2. Во внешнем электронном слое атомов элементов-неметаллов находится от трех до восьми электронов.

3. Неметаллические свойства элементов усиливаются в периодах и ослабевают в A-группах с увеличением порядкового номера элемента.

4. Элементы-неметаллы обладают высокими значениями ОЭО и сродства к электрону по сравнению с элементами-металлами.

5. В отличие от элементов-металлов неметаллы образуют газообразные водородные соединения формы: RH₄, RH₃, H₂R, HR.

6. Высшие кислородные соединения неметаллов имеют кислотный характер (кислотные оксиды и гидроксиды). Формы оксидов: RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇; формы соответствующих им кислот: H₂RO₃, HRO₃, H₂RO₄, HRO₄. Далеко не все из этих соединений устойчивы.

7. Атомы элементов-неметаллов способны как принимать электроны, проявляя окислительные функции, так и отдавать их, проявляя восстановительные функции.

<<< К началу параграфа