Химические свойства неметаллов
Неметаллы вступают в реакции с металлами, водородом, кислородом, водой, основаниями и некоторыми солями. По продуктам реакции и условиям её протекания можно определить химические свойства неметалла и составить уравнение реакции.
Общие свойства неметаллов
Неметаллы — простые вещества, атомы которых обычно легче присоединяют электроны, чем отдают их. Поэтому в реакциях они часто выступают как окислители: принимают электроны и понижают степень окисления. Однако некоторые неметаллы, например водород, углерод и сера, могут быть восстановителями, если реагируют с более сильным окислителем.
Неметалл — химический элемент, атомы которого обычно имеют сравнительно высокую электроотрицательность и способны принимать электроны или образовывать ковалентные связи.
Химические свойства зависят от активности вещества и условий: температуры, света, присутствия воды или катализатора. Важное свойство большинства реакций неметаллов — образование бинарных соединений: солей, оксидов, галогенидов, сульфидов и гидридов.
При взаимодействии двух простых веществ чаще всего образуется бинарное соединение. Индексы в формуле определяют по валентностям или степеням окисления элементов, а затем уравнивают число атомов каждого элемента.
Реакции неметаллов с металлами
Многие неметаллы реагируют с металлами с образованием солеобразных бинарных соединений. Металл отдаёт электроны и становится катионом, а неметалл принимает электроны и становится анионом. Например, натрий реагирует с хлором с образованием хлорида натрия, а железо — с серой с образованием сульфида железа(II).
С галогенами металлы обычно реагируют активно. Формулы продуктов определяются зарядом иона металла и числом атомов галогена. Алюминий с хлором образует хлорид алюминия \(\mathrm{AlCl_3}\), кальций с фтором — фторид кальция \(\mathrm{CaF_2}\).
Кислород реагирует со многими металлами. При этом образуются оксиды, а при особых условиях — пероксиды или другие соединения кислорода. Подробные случаи рассматриваются в теме химические свойства кислорода.
С азотом некоторые активные металлы образуют нитриды. Например, при нагревании кальция образуется нитрид кальция \(\mathrm{Ca_3N_2}\).
Реакции с водородом и кислородом
С водородом реагируют активные неметаллы. В результате образуются летучие водородные соединения: вода, хлороводород, сероводород, аммиак. Условия реакций различаются: водород с кислородом реагирует при поджигании, а азот с водородом — при повышенных температуре и давлении в присутствии катализатора.
Углерод, сера, фосфор и другие неметаллы горят в кислороде. Продуктом полного горения углерода является углекислый газ, серы — оксид серы(IV), фосфора — оксид фосфора(V). Если кислорода недостаточно, могут образовываться продукты неполного окисления, например угарный газ \(\mathrm{CO}\).
Свойства горения и условия воспламенения подробнее разобраны на странице горение веществ. Оксиды неметаллов часто являются кислотными: при взаимодействии с водой они образуют кислоты, а с основаниями — соли и воду.
Какой продукт образуется при полном горении серы в кислороде?
Реакции с водой, основаниями и солями
Некоторые неметаллы реагируют с водой. Хлор растворяется в воде и частично вступает с ней в реакцию, образуя соляную и хлорноватистую кислоты. Это обратимая реакция.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями. Если основание растворимое, реакция обычно является реакцией обмена и приводит к соли и воде. Например, углекислый газ реагирует с раствором гидроксида кальция с образованием осадка карбоната кальция.
Некоторые неметаллы вытесняют менее активные неметаллы из их соединений. Наиболее известный пример — вытеснение брома или йода хлором из растворов бромидов или иодидов. Активность галогенов уменьшается в ряду \(\mathrm{F}_2>\mathrm{Cl}_2>\mathrm{Br}_2>\mathrm{I}_2\).
Взаимодействие неметалла с солью возможно только при выполнении условия вытеснения. Например, хлор вытесняет бром из бромида калия, а бром не вытесняет хлор из хлорида калия.
Как составлять уравнения реакций
При решении задания сначала определите реагенты и предполагаемый продукт, затем составьте формулу вещества по степеням окисления и расставьте коэффициенты. Индексы внутри формул изменять нельзя: они показывают состав вещества. Коэффициенты ставят только перед формулами.
Составим уравнение полного горения фосфора и проверим его.
После расстановки коэффициентов пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа. Если реакция окислительно-восстановительная, дополнительно проверьте, что число отданных и принятых электронов совпадает.
Окислительно-восстановительная роль неметаллов
В реакции с металлом неметалл обычно принимает электроны и является окислителем. В реакции с кислородом углерод, сера или фосфор отдают электроны и являются восстановителями. Один и тот же элемент может проявлять разные свойства в зависимости от партнёра по реакции.
| Реакция | Кто отдаёт электроны | Кто принимает электроны |
|---|---|---|
| \(2\mathrm{Na}+\mathrm{Cl}_2\rightarrow2\mathrm{NaCl}\) | Натрий | Хлор |
| \(\mathrm{C}+\mathrm{O}_2\rightarrow\mathrm{CO}_2\) | Углерод | Кислород |
| \(\mathrm{H}_2+\mathrm{Cl}_2\rightarrow2\mathrm{HCl}\) | Водород | Хлор |
Не путайте простое вещество и элемент: кислород в реакции записывают как \(\mathrm{O}_2\), водород — как \(\mathrm{H}_2\), хлор — как \(\mathrm{Cl}_2\). Не меняйте индексы при уравнивании. Не утверждайте, что любой оксид неметалла реагирует с водой: например, \(\mathrm{SiO_2}\) с водой в обычных условиях практически не реагирует. При составлении продукта учитывайте степень окисления элемента и условия реакции.
Итоговая проверка
Главное
- Неметаллы реагируют с металлами с образованием солей или других бинарных соединений.
- С кислородом неметаллы образуют оксиды; многие из них являются кислотными и реагируют с основаниями.
- С водородом образуются вода, хлороводород, сероводород, аммиак и другие водородные соединения.
- Более активные галогены вытесняют менее активные из растворов их солей.
- При составлении уравнения сначала определяют продукт, затем составляют формулы и только после этого расставляют коэффициенты.