ГМ-20 хімія 30.09.21

 Виконану роботу надіслати на електронну пошту

nataliasuhina15@gmail.com  до 19.00.

30.09.2021

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 9.1. Неметали

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §§14-16, с.80-94 Виконати (письмово) завдання:

1. Відповісти на запитання, що зустрічаються по ходу лекції.

2. Виконати завдання:

1. У якій групі (групах) періодичної системи міститься найбільше неметалічних елементів, а в якій (яких) — найменше?

2. Яку будову — молекулярну чи йонну — має кожна з речовин із такими формулами: LiCl, HCl, NaH, Na₂S, MgO, CO, NF₃, CaF₂?

3. Яка кількість речовини міститься: а) в 0,48 г озону; б) в 4,48л аргону (н. у.)?

4. У 100 г етанолу при 20 °С розчиняється 27,1 г йоду. Обчисліть масову частку йоду в його насиченому розчині.

5. За бажанням (на оцінку!): за матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про фізичну властивість силіцію, завдяки якій цей неметал використовують в електронній техніці.

 

Неметалічні елементи, їх поширеність у природі. Неметалічні елементи розміщені в головних підгрупах ІІІ—VІІІ груп періодичної системи і займають праву частину її довгого варіанта. Елемент ₁Н (Гідроген) розміщують у першій і сьомій групах.

H                   (H) He

       B C  N O  F  Ne

          Si  P S  Cl  Ar

             As Se Br Kr

                  Te I   Xe

                      At Rn

На нашій планеті неметалічні елементи більш поширені, ніж металічні. Атмосфера складається переважно з азоту і кисню — простих речовин Нітрогену й Оксигену. У повітрі є домішки інертних газів, водяної пари, вуглекислого газу і деяких інших сполук неметалічних елементів. Головний компонент гідросфери — вода. У ній розчинені гази, які входять до складу повітря, а також солі хлоридної, карбонатної, сульфатної та інших кислот. У літосфері міститься майже 90 хімічних елементів, однак і в ній більш поширені неметалічні елементи. Вони разом із металічними елементами утворюють велику кількість мінералів:

флюорит CaF₂, гіпс CaSO₄ ^. 2H₂O,  халькозин Сu₂S.

У живих організмах переважають органічні речовини і вода, а це — сполуки неметалічних елементів.

Поширеність хімічних елементів оцінюють, зіставляючи кількості їхніх атомів.

Відношення кількості атомів елемента до кількості атомів усіх елементів у певному середовищі називають атомною часткою елемента.

Атомні частки виражають у відсотках.

Найпоширеніші елементи у Всесвіті — Гідроген (92 % усіх атомів) і Гелій (7 %).

Атомні частки елементів у літосфері:

О — 58 %

Si — 19,6 %

H — 3 %

Інші неметалічні елементи — 0,3 %

Металічні елементи — 19,1 %

 

Атоми і йони неметалічних елементів. Зважаючи на електронну будову зовнішнього енергетичного рівня атомів, майже всі неметалічні елементи зараховують до р-елементів, а Гідроген і Гелій є s-елементами.

? Скільки електронів може перебувати на зовнішньому енергетичному рівні атомів неметалічних елементів? Наведіть приклади.

Характерним для неметалічних елементів є приєднання їхніми атомами електронів до завершення р-підрівня зовнішнього енергетичного рівня; внаслідок цього утворюються аніони:

Е + ne^–→E^n–.

? Запишіть схему перетворення атома Оксигену на йон, використавши електронні формули частинок.

Аніони неметалічних елементів разом із катіонами металічних елементів входять до складу бінарних йонних сполук — оснoвних і амфотерних оксидів (наприклад, Li₂O, Al₂O₃), солей (NaF, K₂S), деяких інших речовин (CaH₂, Mg₃N₂).

? Назвіть неметалічний елемент, який утворює не лише аніон, а й катіон.

У молекулах багатьох речовин (Н₂, НF, СО₂, H₂SO₄, С₂Н₅ОН та ін.) містяться атоми неметалічних елементів, сполучені ковалентним зв’язком.

? Порівняйте особливості ковалентного зв’язку в молекулах водню та вуглекислого газу.

 

Неметалічні елементи утворюють прості речовини, загальна назва яких — неметали. Вони здебільшого відрізняються від металів за зовнішнім виглядом, фізичними властивостями, часто — агрегатним станом за звичайних умов. Ці відмінності зумовлені особливостями будови неметалів.

Будова неметалів. Частина неметалів має атомну будову. З окремих атомів складаються інертні гази — гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон. У графіті, алмазі, силіції, борі, червоному фосфорі атоми сполучені один з одним.

Інші неметали — молекулярні речовини. Вам відомо, що існують неметали, які складаються із двохaтомних молекул. (Назвіть ці речовини.)

Більша кількість атомів міститься в молекулах озону О₃, білого фосфору Р₄, сірки S₈.

Атоми в неметалах сполучені ковалентними неполярними зв’язками — простими, іноді подвійними, потрійними.

Алотропія. Для деяких неметалічних елементів відомо по дві або більше простих речовин.

Явище утворення елементом кількох простих речовин називають алотропією.

Прості речовини одного елемента (їх називають алотропними модифікаціями) можуть різнитися будовою, кількістю атомів у молекулах,

способом їх сполучення. Це впливає на фізичні властивості речовин, а в окремих випадках і на їх активність у хімічних реакціях.

Прості речовини Оксигену. Для Оксигену існує дві прості речовини — кисень О₂ і озон О₃. Озон, на відміну від кисню, має запах, є отруйним; його температури плавлення і кипіння вищі, ніж кисню. Він виявляє значно більшу хімічну активність.

Прості речовини Карбону. Загальна назва простих речовин Карбону — вуглець. Серед них є речовини атомної будови — алмаз і графіт, а також молекулярна речовина фулерен. Молекула фулерену складається із 60 атомів.

Алмаз — безбарвна кристалічна речовина, яка не проводить електричного струму і є найтвердішою серед природних речовин. В алмазі кожний атом Карбону сполучений простими ковалентними зв’язками із чотирма іншими атомами.

Графіт — темно-сіра речовина зі слабким металевим блиском, яка проводить електричний струм. Графіт має шарувату будову. Зв’язок між атомами реалізується лише в шарі, який нагадує бджолиний стільник. Кожний атом Карбону сполучений із трьома іншими атомами простими ковалентними зв’язками за участю трьох валентних електронів. Четвертий електрон переходить від одного атома до іншого в шарі (схожість із електронною системою в молекулі бензену). Такі електрони зумовлюють електропровідність графіту. Завдяки шаруватій будові графіт досить м’який. Коли ми пишемо олівцем, шари атомів Карбону легко відокремлюються один від одного і залишаються на папері.

Молекула фулерену С₆₀ нагадує футбольний м’яч, зшитий із 20 шестикутників і 12 п’ятикутників.

Іноді до простих речовин Карбону зараховують вугілля, хоча в ньому, крім атомів цього елемента, є ще й інші атоми. Речовину, яка майже повністю складається з атомів Карбону, можна добути нагріванням деревини за високої температури й відсутності повітря. Деревина поступово обвуглюється, а з реактора виділяються водяна пара і газоподібні речовини з неприємним запахом. Після експерименту залишається порувата речовина чорного кольору — так зване деревне вугілля. Атоми Карбону розміщені в ній хаотично; тому її називають аморфним вуглецем.

Прості речовини Сульфуру. Цей елемент утворює дві дуже схожі кристалічні прості речовини — моноклінну і ромбічну сірку. У них містяться однакові молекули S₈, але порядок їх розташування у кристалах речовин різний.

Якщо сірку розплавити, нагріти майже до кипіння, а потім вилити рідину в холодну воду, то вона застигне в масу, що нагадує пластилін. Це — пластична сірка, яка складається із ланцюгових молекул S₄, S₆ та ін. Із часом такі молекули руйнуються, формуються циклічні молекули S₈, і пластична сірка поступово перетворюється на тверду й крихку ромбічну сірку.

Прості речовини Фосфору. Елемент Фосфор утворює кілька простих речовин. Найважливішими є білий і червоний фосфор. Білий фосфор складається з молекул Р₄, а червоний — зі сполучених між собою атомів.

Білий фосфор, на відміну від червоного, має часниковий запах, дуже отруйний і хімічно активніший. При нагріванні на повітрі до 50 °С він займається, а за звичайних умов окиснюється з виділенням енергії у вигляді

світла (тому його зберігають під водою).

Поширеність неметалів у природі. Вам відомо, що азот і кисень — головні компоненти повітря. Воно містить також невеликі кількості інертних газів, серед яких найбільше аргону. У верхніх шарах атмосфери переважають  найлегші гази — водень і гелій.

В атмосфері також є дуже малі кількості озону, який зосереджений у так званому озоновому шарі на висоті від 20 до 25 км. Цей газ утворюється із кисню під впливом космічної радіації або електричних розрядів (коли виникають блискавки):

3О₂ = 2О₃.

Оскільки молекули озону нестійкі, відбувається зворотна реакція з поглинанням частини ультрафіолетових променів сонячного світла, шкідливої для живих організмів.

Процеси утворення і розкладу озону компенсують один одного. Проте іноді озоновий шар зазнає часткового руйнування. Однією з причин цього є взаємодія озону з речовинами промислового походження. Нині здійснюються заходи, спрямовані на збереження озонового шару.

У літосфері трапляються три неметали — сірка, графіт і алмаз. В Україні є поклади сірки (у Львівській, Івано-Франківській і Тернопільській областях) і графіту (у Кіровоградській і Запорізькій областях).

? Чому, на вашу думку, в природі немає галогенів — фтору, хлору, брому, йоду?

ВИСНОВКИ

Фізичні властивості неметалів. Неметали відрізняються один від одного за фізичними властивостями більшою мірою, ніж метали.

Це й зрозуміло, бо частина неметалів має молекулярну будову, решта складається з атомів — розрізнених або сполучених разом ковалентним зв’язком, тоді як будова металів ґрунтується на металічному зв’язку.

Для неметалів характерні невисокі температури плавлення і кипіння (винятки — бор, силіцій, графіт, алмаз). Графіт і алмаз не плавляться; за сильного нагрівання й відсутності повітря алмаз перетворюється на графіт, який за температури понад 3700 °С із твердого стану переходить у газуватий.

Прості речовини інертних елементів, азот, кисень, озон, водень, фтор і хлор за звичайних умов є газами, бром — рідиною, а інші перебувають у твердому стані.

Неметали не проводять електричного струму (назвіть виняток), не розчиняються або слабо розчиняються у воді. Хлор, бром і йод при розчиненні у воді частково взаємодіють з нею, а фтор надзвичайно активно реагує з водою.

Адсорбція. Відомо, що деревне вугілля здатне поглинати молекули газів, а також молекули і йони речовин з розчинів. Ці частинки «заходять» у численні пори вугілля і залишаються там.

Явище поглинання молекул, йонів поверхневим шаром твердої речовини називають адсорбцією, а речовину — адсорбентом.

В одних випадках поглинені частинки залишаються незмінними (це — фізична адсорбція), а в інших — взаємодіють із частинками адсорбента (хімічна адсорбція).

У разі фізичної адсорбції молекули речовин можна видалити з адсорбента, наприклад, нагріваючи його.

Деревне вугілля для збільшення кількості пор обробляють гарячою водяною парою. Отриману в такий спосіб речовину називають активованим вугіллям. Його використовують для очищення води, промислових стоків і газових викидів, а також як лікарський засіб при отруєнні.

Під час Першої світової війни німецькі війська застосували проти англійських військ отруйний газ хлор. Для захисту від хлору та інших небезпечних для здоров’я газів російський хімік М. Д. Зелінський у 1915 р. винайшов протигаз. Повітря, яким дихає людина у протигазі, проходить крізь шар активованого вугілля, що міститься у спеціальній коробці, й очищується.

Протигази використовують пожежники, працівники служб із ліквідації аварійних ситуацій на промислових об’єктах, при транспортуванні небезпечних речовин.

 

До лікарських препаратів, які містять адсорбенти, також належать — лігнін,

ентеросгель. За допомогою адсорбції очищують кров від токсичних речовин. Назва цього процесу — гемосорбція.

У промисловості, крім активованого вугілля, як адсорбенти використовують силікагель, аеросил (обидві речовини є гідратами силіцій(IV) оксиду SiO₂•nH₂O), деякі мінерали, що належать до силікатів — солей силікатних кислот. Речовини з високою адсорбційною здатністю застосовують у різних

фільтрах, при ліквідації забруднень водойм нафтопродуктами.

Адсорбенти містяться в побутових пристроях для очищення води, засобах для видалення запаху в холодильнику. Пакетики з гранулами силікагелю вміщують у корпуси наукових приладів для поглинання водяної пари з повітря.

Процеси адсорбції досліджують хіміки в багатьох лабораторіях. Провідною вітчизняною установою в цій галузі є Інститут хімії поверхні НАН України імені О. О. Чуйка.

Учені виявили, що йони найкраще поглинаються йонними адсорбентами (цеолітами), а молекули — адсорбентами молекулярної або атомної будови.