Неметали як прості речовини.

Загальні фізичні властивості неметалів.

За нормальних умов неметали водень Н₂, фтор F₂, хлор Cl₂,кисень O₂, озон О₃, азот N₂ та інертнігази (гелій He, неон Ne, аргон Ar,криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn) перебувають у газоподібному агрегатному стані, бром Вr₂ — рідина, а решта неметалів — тверді речовини. Неметали відрізняються за кольором. Так, водень, кисень, азот —безбарвні гази; фтор — блідо_жовтий, а хлор —жовтозелений отруйний газ з різкимспецифічним запахом; бром — темночервона рідина, жовто-бурі пари якої мають різкий, подразливий запах, а при потраплянні на шкіру викликають сильні опіки. Фосфор червоний — тверда речовина червоного кольору, фосфорбілий — тверда речовина білого кольору. Сірка — тверда речовина жовтого кольору. Йод — тверда чорно-фіолетова речовина з металічним блиском.

Оскільки неметали мають різні агрегатні стани, то й температури їх плавлення та кипіння перебувають у широких межах. Газоподібні неметали (водень, кисень, азот) за нормальних умов киплятьпри низьких температурах (майже –200 °С). Тверда речовина йод при нагріванні сублімується — відразу переходить із твердогостану в газоподібний. Для того щоб розплавити сірку, достатньо температури спиртівки чи сухого пального, тоді як одна з алотропних видозмін Карбону — алмаз — має температуру плавлення понад +3000 °С.

Більшість неметалів не проводять електричний струм, тобто є діелектриками. Кремній — напівпровідник, а графіт — провідник електричного струму. Неметали погано проводять тепло, крихкі, розчинність у воді не є їхньою характерною загальною властивістю.Проте багато з них добре розчинні в органічних розчинниках. Найкращу розчинність у воді мають галогени. Розчин брому у воді відомий вам під назвою бромна вода. Чимало газоподібних неметалів легші за повітря. Окрім Оксигену й Карбону, алотропні видозміни мають й інші неметалічні хімічні елементи, зокрема Фосфор і Сульфур.

Ознайомимося з ними.

Лабораторний дослід. Ознайомлення зі зразками простих речовин неметалів (схема 2).

Схема 2

 

Давайте розглянемо будову неметалів (схема 3):

Схема 3

 

 

 

 

Явище алотропії, алотропні видозміни (модифікації) Оксигену та Карбону

Неметалічні елементи, утворюючи прості речовини, здатні до алотропії.

Алотропія – це здатність атомів одного хімічного елемента утворювати кілька простих речовин.

Утворені прості речовини називають алотропними видозмінами, або алотропними модифікаціями (схема 4).

Схема 4

 

 

Оксигену (О) кисень О2; озон О3 Причина: різна кількість атомів у молекулах

Карбону (С) алмаз; графіт; карбін; фулерени Причина: різна структура кристалів

 

 

Кисень

Кисень відкрив К.В. Шеєле в 1772р і незалежно від нього -Дж.Прістлі в 1774р. Є у вільному стані в атмосфері, входить до складу води, оксидів, і солей, які утворюють тверду оболонку землі.

u Кисень - це безбарвний газ без смаку та запаху,мало розчинний у воді (у 100 об’ємах води при 20^оС розчиняється близько 3 об’ємів кисню), трохи важчий за повітря (ρ=1,43 г/л).

При температурі -183⁰С він перетворюється на рідину блакитного кольору.

Озон утворюється з кисню під час грозових розрядів або під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця. Озоновий шар завтовшки 2-4,5 мм, який знаходиться у стратосфері на висоті 20-25 км, захищає нашу планету від сонячної радіації, яка спричиняє онкологічні (ракові) захворювання шкіри. Окрім того, озоновий шар поглинає інфрачервоне випромінювання Землі, чим запобігає її охолодженню.

Руйнування озонового шару називають «озоновими дірками», утворення яких є дуже небезпечним для всього живого на Землі.

Властивості кисню й озону

Властивості простих речовин	Прості речовини
кисень	озон
Агрегатний стан за звичайних умов	Газ	Газ
Колір	Безбарвний	Синій
Запах	Без запаху	Різкий, своєрідний
Розчинність (у 100 об'ємах Н20 при 20^0С)	3 об'єми	49 об'ємів
Густина газу за н. у.	1,43 г/л	2,14 г/л
Температура кипіння	-193 °С	-112 °С
Температура плавлення	-219 °С	-192 °С
Фізіологічна дія	Неотруйний	Дуже отруйний
Хімічні властивості	Окисник	Дуже сильний окисник
Реакційна здатність	Висока	Дуже висока

v Алмаз – це найтвердіша у природі проста речовина.

Вона є кристалічною, дуже заломлює світло, проводить тепло і практично не проводить електричний струм.

Використовують алмази для виготовлення ювелірних прикрас, різки скла, шліфовки металів.

Графіт – це м’яка кристалічна речовина чорного кольору з металічним блиском. Він добре проводить електричний струм і тепло, тому використовується для виготовлення електродів. Також його використовують для виготовлення олівців та як мастило.

Вугілля, кокс, сажа – все це є дуже дрібними кристаликами графіту.

У вигляді вугілля він має високу адсорбційну здатність.

Адсорбція – це процес поглинання однієї речовини поверхнею іншої.

Речовини, на поверхні яких відбувається поглинання, називають адсорбентами, адсорбційна здатність їх залежить від площі їх поверхні. Наприклад, для збільшення адсорбційної здатності вугілля активують, діючи перегрітою водяною парою. Таким чином, із пор вугілля видаляються речовини, які їх заповнювали, і поверхня поглинання збільшується.

Карбін – це речовина білого кольору. Вона є хімічно інертною і виявляє властивості напівпровідників.

 

Алотропні видозміни Карбону

Алмаз– тугоплавка кристалічна речовина, хімічно малоактивна, діелектрик. Зустрічаються кристали безбарвні й забарвлені, прозорі і непрозорі,не проводитьелект ричного струму, дуже добре заломлює світло.	Графіт– кристалічна речовина, жирна на дотик, хімічно дуже стійка, тугоплавка (tпл=3800^OC), сірого або чорного кольору з металічним блиском. Структура шарувата	Фулерен-нова форма карбону Це дрібнокристалічні речовини, молекули яких являють собою порожні сфери (С60за формою нагадує футбольний м’яч, а С70 – диньоподібний м’яч для регбі). Їх поверхня утворена п’яти- і шестикутниками з атомів Карбону. Виявляють властивості напівпровідників	Карбін– речовина білого кольору, хімічно інертна, виявляє властивості напівпровідника. Має ланцюгову будову молекул, де атоми Карбону зв’язані між собою одинарними і потрійними зв’язками, що чергуються
			-С≡С-С≡С-С≡С- то лише подвійними: =С=С=С=С=С=
Алмази використовують для різання скла, буріння гірських порід (алмазні різці,свердла, шліфувальні круги), для різання і шліфування металів.	Як м’яку речовину, графітовий порошоквикористовують для змащування рухомих частин машин і механізмів, щоб зменшити силу тертя. Завдяки електропровідності його використовують у хімічній промисловості як матеріал для електродів, а завдяки теплопровідності —у теплообмінниках	Кластерні частинки з60–70 атомів Карбону дістали назву фулерени і вуглецевінанотрубки. З їх відкриттям набули стрімкого розвитку нанотехнології.	Карбін має напівпровідникові властивості, які посилюються піддією світла. На цій властивості базується його практичне застосування у фотоелементах.

 

Існують ще так звані вуглецеві матеріали (раніше їх називали „аморфний вуглець”). До них належать кокс, деревне вугілля, сажа. Вони не є самостійними алотропними формами Карбону, оскільки вони мають таку кристалічну структуру як графіт, але кристали розміщені безладно.

Сажу використовують як наповнювач для гуми і пластмас, пігмент для друкарської фарби, копіювального паперу, стрічки для друкарських машинок.