Теплопроводность, электропроводность

Все газообразные вещества, жидкий бром, а также Большинство твердых неметаллов (типичных ковалентных кристаллов) плохо проводят тепло и практически не проводят электрический ток (являются диэлектриками), так как все внешние электроны их атомов использованы для образования химических связей. Кремний и черный фосфор обладают полупроводниковыми свойствами, а графит − электро- и теплопроводностью.

Растворимость

в воде неметаллы нерастворимы или малорастворимы. Некоторые из них (галогены, сера) лучше растворяются в органических растворителях, белый фосфор − в сероуглероде. Фтор в воде растворять нельзя, так как он бурно реагирует с водой.

Следовательно, простые вещества — неметаллы в отличие от металлов характеризуются большим разнообразием физических свойств, для них более характерно различие в свойствах, чем общность.

Описание простых веществ некоторых представителей элементов-неметаллов.

Фосфор

Белый фосфор − воскообразное, прозрачное вещество, с характерным запахом. Состоит молекул Р₄. Самовозгорается на воздухе, ядовит. Используется при изготовлении фосфорной кислоты (для получения пищевых фосфатов и синтетических моющих средств). Применяется при изготовлении зажигательных и дымовых снарядов, бомб.

Красный фосфор имеет цвет от алого до темно-коричневого и фиолетового. Существует несколько кристаллических форм с различными свойствами. Используют в изготовлении минеральных удобрений, спичечном производстве (им покрывают боковую сторону спичечного коробка). Фосфор применяется в производстве сплавов цветных металлов, сплавов. Соединения фосфора служат исходными веществами для производства медикаментов.

Сера

При нормальном давлении и температурах до 98,38°C стабильна ромбическая аллотропная модификация СЕРЫ, образующая лимонно-желтые кристаллы.

Выше 95,39°C стабильна моноклинная модификация серы.

Резиноподобную пластическую серу получают при резком охлаждении расплавленной серы (выливая расплав в холодную воду). Эти модификации состоят из нерегулярных зигзагообразных цепей S_n. При длительном выдерживании при температурах 20-95°C все модификации серы превращаются в ромбическую.

Такой необходимый микроэлемент, как сера, в организме человека выступает в роли минерала красоты, так как благодаря ней, кожа, ногти и волосы, будут оставаться здоровыми. Также, не стоит забывать, что сера принимает участие в формировании хрящевой и костных тканей, помогает улучшить работу суставов, укрепляет нашу мышечную ткань и выполняет еще много других функций, которые очень важны для здоровья человека.

Такой неметалл, как сера, используют для производства серной кислоты, пороха, спичек. Также он применяется при вулканизации каучука. Ее применяют в производстве красителей и люминофоров. А коллоидная сера необходима в медицине.

Сера нашла применение и в сельском хозяйстве. Ее используют, как фунгицид, для борьбы с различными вредителями.

 

Кислород

Кислород О₂ – газ без цвета, вкуса и запаха, мало растворим в воде, поддерживает горение и дыхание. В атмосфере земли образуется в процессе фотосинтеза.

Озон – О₃ – газ голубого цвета, с характерным запахом, очень реакционноспособен. Образуется во время грозы и в хвойных лесах. Основная масса О₃ в атмосфере расположена в виде слоя − озоносферы — на высоте от 10 до 50 км с максимумом концентрации на высоте 20-25 км. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. В промышленности О₃ получают действием на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и воздуха.

Кислород не обладает характерным запахом в отличие от озона (отсюда пришло и название озона – в переводе с греческого языка озон обозначает «пахнущий»). Подобный аромат, можно ощутить во время грозы, газ образуется в воздухе за счет электрических разрядов.

Кислород не обладает цветом в отличие от озона, который можно отличить по бледно-фиолетовому оттенку. Озон обладает бактерицидными свойствами. Он также используется для обеззараживания питьевой воды. Озон может препятствовать прохождению ультрафиолетовых лучей солнечного спектра, они губительны для всех живых организмов на Земле. Озоновый экран (слой), который находится на высоте 20-35 км, защищает все живое от губительных солнечных лучей.

Углерод

Углерод известны еще с древних времен (древесный уголь).

Алмаз, минерал, кристаллическая модификация самородного углерода, по блеску, красоте и твердости превосходящий все минералы.

Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905 в Южной Африке 3106 кар (0,621 кг).

Алмаз − самое твердое из всех природных веществ. По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10,

Графит, минерал, наиболее распространенная и устойчивая в земной коре модификация углерода. Структура слоистая. Темно-серые до черных чешуйчатые массы. Огнеупорен, электропроводен, химически стоек. Используется в производстве плавильных тиглей, в литейном деле, при изготовлении электродов, щелочных аккумуляторов, карандашей и т. д. Графит получают также искусственно − нагреванием антрацита без доступа воздуха. Блоки из чистого искусственного графита используют в ядерной технике, в качестве покрытия для сопел ракетных двигателей и т. д.

Углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях – в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.

Все эти элементы образуют соединения с металлами – карбиды, силициды и бориды (CaC₂, Al₄C₃, Fe₃C, Mg₂Si, TiB, TiB₂). Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для получения ацетилена.

Бор

Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.

Бориды (соединения бора с некоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB₂) необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.

Олово

Аллотропные модификации олова представляет собой одна − металл, а другая − неметалл: белое олово − металл, серое олово проявляет свойства неметалла. При комнатной температуре обычно существует бета-олово. Это всем известное белое олово — металл, из которого раньше отливали оловянных солдатиков (вспомните знаменитую сказку Г. X. Андерсена "Стойкий оловянный солдатик") и которым покрывают изнутри консервные бамкн. При температуре ниже +13,2º С более устойчиво альфа олово — серый мелкокристаллический порошок, имеющий скорее свойства неметалла Процесс превращения белого олова в серое быстрее всего идет при температуре -33ºС. Это превращение получало образное название "оловянной чумы".

Хлор

Элемент хлор (Сl₂). При нормальных условиях хлор − это желтовато–зелёный газ с резким удушливым запахом. Хлор очень ядовит даже при такой малой концентрации как 0,001 мг на 1 дм³ воздуха. Этот газ в 2.5 раза тяжелее воздуха, поэтому всегда будет находится у самой земли в виде желтовато-зелёного тумана.

При содержании хлора в воздухе 0,9 мл/л смерть наступает в течение пяти минут. В небольших количествах (человек чувствует хлор уже при концентрации его в воздухе 0,003 мл/л), он сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и вызывает кашель.

Хлор содержится в земной коре по массе 0,017%. В некоторых горных районах он покрывает основание грунта и потому приводит к гибели насекомых, мелких грызунов и микроорганизмов. Температура кипения хлора равна (- 33,6°С), а температура плавления (-100,98°С).

Хлор имеет прекрасное дезенфицирующее свойство. Он уничтожает практически все живые организмы в сфере своего влияния, что делает его полезным в медицине и домашнем хозяйстве (порошки, хлорка – то же хлорная вода, соды с содержанием хлора). Сухой хлор такой способности не имеет. Раствор хлора в воде носит название «хлорной воды» которая имеет прекрасное свойство отбеливания материалов (тканей, дерева, бумаги и т.д.). Раствор хлора «уничтожает» краску на одежде, поэтому если не хотите, чтобы ваша кофточка или рубашка покрылась белыми пятнами - не используйте такую воду при стирке цветного белья. Достаточно просто поместить влажную крашенную ткань в струю хлора, как вскоре она потеряет свой цвет и превратится в чисто-белую.

Анионы хлора также играют важную биологическую роль для человека, так как принимают участие в активизации некоторых ферментов. С их помощью поддерживается благоприятная среда в желудке и поддерживается осмотическое давление. Хлор, как правило, попадает в организм человека, благодаря поваренной соли при приеме пищи.

Бром

Бром Br₂ (бромос с древнегреческого языка переводится как «зловонный») − легколетучая тяжелая жидкость тёмно-красного цвета (t пл -7 °С, t кип + 59 °С), с неприятным запахом, растворимая в воде (при 20°С растворяется 3,6 г бром (Вr₂) в 100 мл воды) и органических растворителях. Пары брома сильно ядовиты. Ожоги бромом очень болезненны и долго не заживают. Если бром или бромная вода попала на кожу, надо немедленно промыть место ожога большим количеством воды, а затем раствором соды, которая нейтрализует бром. Бром получил широкое применение в синтезе полимерных материалов, а также для изготовления различных медицинских препаратов.

Йод

Йод (I₂) (tпл=114°С, tкип=185°С) хорошо знаком каждому с детства: 5%-ный водно-спиртовой раствор йода используют для дезинфекции ран и порезов. Если вылить раствор йода в фарфоровую чашечку и оставить на несколько часов, то спирт испарится и выделится кристаллический йод в виде серых кристаллов с металлическим блеском, хорошо растворимых в органических растворителях. При небольшом нагревании кристаллический йод возгоняется, образуя пары фиолетового цвета.

Кристаллический йод имеет металлический блеск, в воде не растворяется, а в спирте растворяется хорошо. Спиртовой раствор йода имеет бурый цвет (он продаётся в аптеке в виде 5-10% раствора йода). Пары йода имеют тёмно-фиолетовый окрас.

Йод – прекрасное профилактическое средство против излучения. Его добавление к пище способствует укреплению щитовидной железы, которая больше всего подвержена радиоактивному влиянию. Для усвоения йода организмом в пищу используют йодированную соль (KI – йодид калия). Эту соль в виде добавок к пищевой соли (NaCl) можно приобрести в продуктовых магазинах.

Йод − один из очень важных элементов для организма человека. Нормальная доза для потребления его человеком исчисляется в микрограммах, но его отсутствие в организме - опасно для жизни человека. Йод принимает участие в синтезе гормонов щитовидной железы, которые в свою очередь отвечают за нормальный рост и развитие человеческого организма; йод очень необходим для правильной работы мозга!

Широкое применение получил йод в синтезе полимерных материалов, а также для изготовления различных медицинских препаратов.

Водород

Такая разновидность неметаллов, как водород, широко применяется в химической промышленности. Его используют для синтеза аммиака, метанола, хлороводорода, а также для гидрогенизации жиров. Также, не обойтись без участия водорода, в качестве восстановителя и при производстве многих металлов и их соединений.

Широко применяется водород и в медицине. При обработке ран и для остановки мелких кровотечений используют трех процентный раствор перекиси водорода.

 

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Какие элементы относятся к неметаллам? Каково их положение в периодической системе?

2. В чём заключаются особенности строения атомов металлов?

3. Каково строение молекул неметаллов?

4. Что такое аллотропия и аллотропные модификации? Приведите примеры аллотропных модификаций неметаллов.

5. Какими физическими свойствами обладают неметаллы?

6. Чем большинство неметаллов отличаются от металлов по физическим свойствам?

Список используемых источников:

1. О.С. Габриелян и др. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учреждений; Дрофа, Москва, 2008г.;
2. «Репетитор по химии» под редакцией А. С. Егорова; «Феникс», Ростов-на-Дону, 2006г;
3. Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. Химия 11 кл. М., Просвещение, 2001;
4. https://edufuture.biz/index.php?title=Неметаллы_(Химия_11_класс)
5. https://www.yaklass.ru/materiali?mode=lsntheme&themeid=149
6. https://xreferat.com/108/634-1nemetally.html
7. https://globuss24.ru/doc/konspekt-uroka-po-himii-prostie-veshtestva-nemetalli-8-klass
8. https://www.yaklass.ru/p/himija/8-9-klass/klassy-neorganicheskikh-veshchestv-14371/nemetally-13681/re-f0fffbd9-b05f-4dfe-941b-6911df30ffea
9. https://edufuture.biz/index.php?title=Простые_вещества_—_неметаллы

10. https://www.kristallikov.net/page20.html