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非金屬元素

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非金屬元素元素的一大類,在所有的118種化學元素中,非金屬佔了23種。在周期表中,除以外,其它非金屬元素都排在表的右側和上側。包括。大部分非金屬屬於p區。則是s區元素。[1]80%的非金屬元素在現在社會中佔有重要位置。

性質

非金屬在室溫下可以是氣體或固體(除了溴,惟一一個液體非金屬元素)。非金屬元素在固體時並沒有閃亮的表面,但是不同的元素會有不同的顏色,例如碳是黑色的,而硫是黃色的。非金屬的硬度有明顯的差別,例如硫是很軟的,但鑽石(碳的一種)卻是全世界最硬的。非金屬是易碎的,而且密度比金屬要低。非金屬不是好的導熱體(除了碳在鑽石的形態下),是電的絕緣體(除了碳在石墨的形態下)。

非金屬性

非金屬性是非金屬元素的通性,它指某種非金屬元素的原子得到電子的能力。某元素原子非金屬性越強,即其得電子能力越強。

由元素周期表上看,靠右的元素非金屬性比靠左的元素非金屬性要強,靠上的元素非金屬性比靠下的元素非金屬性要強。

對於元素的單質,非金屬性體現在單質的氧化性上。(參見元素周期律。)

單質

物理性質

非金屬單質大多是分子晶體,少部分為原子晶體和過渡型的層狀晶體。

單質共價鍵數大部分符合8-N規則

  • 稀有氣體:8-8=0(2-2=0),為單原子分子
  • 鹵素、氫:8-7=1(2-1=1),為雙原子分子
  • ⅥA族的硫、硒、碲:8-6=2,為二配位的鏈形與環形分子
  • ⅤA族的磷、砷:8-5=3,為三配位的有限分子P4,As4,灰砷和黑磷為層狀分子
  • ⅣA族的碳、矽:8-4=4,為四配位的金剛石型結構。

少數分子由於形成π鍵、大Π鍵或d軌道參與成鍵,鍵型發生變化,於是不遵守8-N規則。如N2、O2分子中的原子間的鍵不是單鍵;硼單質和石墨結構中,鍵的個數也不等於8-N個。

物理性質可分為三類

  1. 稀有氣體及O2、N2、H2、F2、Cl2:一般狀態下為氣體,固體為分子晶體,沸點很低
  2. 多原子分子,S8、P4等:一般狀態下為固體,分子晶體,熔沸點低,但比第一類高
  3. 大分子單質,金剛石、晶態等:原子晶體,熔沸點高

化學反應

活潑非金屬元素,如F2、Cl2、Br2、O2、P、S等,能與金屬形成簡單陰離子化合物(如硫化物)或含氧酸鹽等。非金屬元素之間也能形成鹵化物氧化物無氧酸含氧酸等。

大部分單質不與反應,僅鹵素與高溫下的碳能與水發生反應。

非金屬一般不與非氧化性稀發生反應,但是硼、碳、磷、硫、碘、砷等可以被濃HNO3、濃H2SO4王水氧化

除碳、氮、氧外,一般可以和溶液發生反應,對於有變價的主要發生歧化反應;Si、B則是從鹼溶液中置換出氫氣;濃鹼時,F2能氧化出O2

成鍵方式

非金屬原子之間主要成共價鍵,而非金屬元素與金屬元素之間主要成離子鍵

非金屬原子之間成共價鍵的原因是,兩種原子均有獲得電子的能力,都傾向於獲得對方的電子使自己達到穩定的構型,於是兩者就共用電子對以達此目的。

而金屬原子失去電子的能力較強,與非金屬相遇時就一者失電子、一者得電子,雙方均達到穩定結構。

多原子的共價分子常常出現的一種現象是軌道雜化,這使得中心原子更易和多個原子成鍵。

非金屬原子之間形成的共價鍵中,除了一般的σ鍵π鍵,還有一種大Π鍵。大Π鍵是離域的,可以增加共價分子或離子的穩定性。

化合物

由於非金屬元素複雜的成鍵方式,幾乎所有的化合物中都含有非金屬元素。

如果非金屬元素與金屬元素一同形成無機化合物,則可以形成無氧酸鹽、含氧酸鹽及配合物這幾類物質。如果只由非金屬元素形成無機物,則可以形成一系列共價化合物,如酸等。

非金屬元素有機化合物的基礎。

分子氫化物

除稀有氣體以外,所有非金屬元素都能形成最高價態的共價型簡單氫化物。

  • 熔沸點:同一族的熔點、沸點從上到下遞增。但NH3、H2O、HF的沸點因為存在氫鍵而特別高。
  • 熱穩定性:同一周期自左向右依次增加,同一族自上而下減少,與非金屬元素電負性變化規律一樣。
  • 還原性:除HF外都具有還原性,其變化規律與穩定性相反,穩定性大的還原性小。

此外C、Si、B能分別形成碳烷、矽烷、硼烷一系列非金屬原子數≥2的氫化物。

含氧酸及其鹽

除稀有氣體、氧、氟元素以外,所有非金屬元素都能形成含氧酸,且在酸中呈正氧化態。同一族從下到上、同一周期從左到右,非金屬最高價含氧酸的酸性逐漸增強。但其他價含氧酸不遵循此規律。

非金屬含氧酸中,高氧化態的強酸常具有氧化性,如硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)等;一些弱酸如次氯酸也是氧化性酸。還原性酸包括亞硫酸、亞磷酸等。

造字法

在中文中,非金屬元素的名稱都沒有金字旁,而是以它們在常溫下的狀態分別加氣字頭三點水石字旁

參考文獻

  1. ^ 也有說非金屬元素有16種的,這時7種稀有氣體元素排除在外,也有說18種的,此時,5種類金屬元素(硼、矽、砷、碲、砈)被排除在外,或者有說11種的,這時7種稀有氣體元素跟5種類金屬元素(硼、矽、砷、碲、砈)都被排除在外。

參見

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非金屬元素
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