Страница 162 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• В чём особенности строения атомов неметаллов?

Особенности строения атомов неметаллов определяются их положением в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Неметаллы расположены преимущественно в правом верхнем углу таблицы (за исключением водорода) и в главных подгруппах IV–VIII групп. Эти особенности строения напрямую влияют на их химические свойства.

1. Количество валентных электронов

Главной особенностью атомов неметаллов является относительно большое число электронов на внешнем энергетическом уровне (валентной оболочке). Как правило, у атомов неметаллов на внешнем уровне находится от 4 до 8 электронов. Это приводит к их стремлению завершить внешний уровень, принимая недостающие электроны, а не отдавать все имеющиеся.

• Углерод (C) и кремний (Si) — IVА группа, 4 валентных электрона.
• Азот (N) и фосфор (P) — VА группа, 5 валентных электронов.
• Кислород (O) и сера (S) — VIА группа, 6 валентных электронов.
• Галогены, например, фтор (F) и хлор (Cl) — VIIА группа, 7 валентных электронов.
• Инертные (благородные) газы, например, неон (Ne) и аргон (Ar) — VIIIА группа, имеют завершенный внешний уровень с 8 электронами (исключение — гелий с 2 электронами).

2. Малый атомный радиус и высокая электроотрицательность

В периодах Периодической системы с увеличением заряда ядра (слева направо) радиус атомов уменьшается, а притяжение электронов внешнего слоя к ядру усиливается. Поскольку неметаллы находятся в правой части периодов, они, как правило, имеют меньшие атомные радиусы по сравнению с металлами того же периода. Малый радиус и большой заряд ядра обуславливают высокое значение электроотрицательности — способности атома притягивать к себе электроны. Поэтому неметаллы склонны принимать электроны, а не отдавать их.

3. Высокая энергия ионизации и сродство к электрону

Из-за сильного притяжения валентных электронов к ядру для их отрыва требуется большое количество энергии. Эта величина называется энергией ионизации, и у неметаллов она высокая. В то же время, при присоединении электрона к атому неметалла, как правило, выделяется энергия. Эта характеристика, называемая сродством к электрону, у неметаллов также имеет высокие значения. Это подтверждает их стремление именно принимать, а не отдавать электроны.

4. Способность образовывать химические связи

Вышеуказанные особенности определяют поведение атомов неметаллов в химических реакциях:

• При взаимодействии с атомами металлов, которые легко отдают электроны, неметаллы принимают эти электроны, превращаясь в отрицательно заряженные ионы (анионы). Между ионами возникает ионная связь (например, в соединении $Na^{+}Cl^{-}$).
• При взаимодействии друг с другом атомы неметаллов образуют общие электронные пары, формируя ковалентную связь. Если атомы одинаковы (например, в молекуле $O_2$ или $N_2$), связь является ковалентной неполярной. Если атомы разные (например, в $H_2O$), связь — ковалентная полярная.

Ответ:

Ключевые особенности строения атомов неметаллов заключаются в следующем:

1. Наличие большого числа электронов на внешнем энергетическом уровне (как правило, от 4 до 8).
2. Относительно малый радиус атомов по сравнению с металлами того же периода.
3. Высокие значения электроотрицательности, энергии ионизации и сродства к электрону.
4. Сильно выраженная способность принимать электроны для завершения внешнего электронного слоя до стабильного состояния, превращаясь в анионы.
5. Склонность к образованию ковалентных связей с другими атомами неметаллов и ионных связей с атомами металлов.

• Как изменяются окислительные свойства неметаллов по периоду и в А-группах?

Окислительные свойства химических элементов, в частности неметаллов, определяются их способностью принимать электроны. Эта способность напрямую связана с электроотрицательностью — мерой способности атома притягивать к себе электроны. Рассмотрим, как эти свойства изменяются в периодической системе.

По периоду

При движении слева направо по периоду в периодической системе химических элементов происходят следующие изменения атомных характеристик:

• Увеличивается заряд ядра атома (растет число протонов).
• Число электронных слоев (энергетических уровней) остается неизменным.
• Атомный радиус уменьшается, так как электроны на внешнем слое сильнее притягиваются к ядру из-за роста его заряда.

В совокупности эти факторы приводят к увеличению электроотрицательности элементов. Чем выше электроотрицательность, тем легче атом принимает электроны и, следовательно, тем сильнее его окислительные свойства. Таким образом, неметаллические и окислительные свойства усиливаются.

Например, в 3-м периоде в ряду неметаллов Si → P → S → Cl окислительные свойства последовательно нарастают. Хлор (Cl) является самым сильным окислителем в этом периоде.

Ответ: При движении слева направо по периоду окислительные свойства неметаллов усиливаются.

В А-группах

При движении сверху вниз по главной подгруппе (А-группе) наблюдаются иные закономерности:

• Увеличивается заряд ядра атома.
• Увеличивается число электронных слоев, что приводит к увеличению радиуса атома.
• Внешние (валентные) электроны оказываются все дальше от ядра и слабее с ним связаны из-за увеличения расстояния и экранирующего эффекта со стороны внутренних электронных слоев.

Несмотря на рост заряда ядра, доминирующим фактором становится увеличение атомного радиуса. В результате связь валентных электронов с ядром ослабевает, и электроотрицательность элементов уменьшается. Следовательно, их способность принимать электроны, то есть окислительные свойства, также ослабевают.

Например, в VIIA группе (галогены) в ряду F → Cl → Br → I окислительная способность уменьшается. Фтор (F) — самый сильный окислитель, он способен окислить все остальные галогены. Хлор может окислить бром и иод, а бром — только иод.

Ответ: При движении сверху вниз в А-группах окислительные свойства неметаллов ослабевают.

• Могут ли неметаллы проявлять восстановительные свойства?

Могут ли неметаллы проявлять восстановительные свойства?

Да, неметаллы могут проявлять восстановительные свойства. Свойство элемента быть окислителем или восстановителем является относительным и зависит от того, с каким другим элементом он вступает в реакцию.

Восстановитель — это атом, молекула или ион, который в ходе химической реакции отдает электроны, при этом его степень окисления повышается. Неметаллы, как правило, имеют высокую электроотрицательность и стремятся принимать электроны, выступая в роли окислителей. Однако во взаимодействии с еще более электроотрицательными элементами они вынуждены отдавать свои валентные электроны и, следовательно, проявлять восстановительные свойства.

Самым электроотрицательным элементом является фтор ($F$). Поэтому в реакциях с фтором все остальные неметаллы будут восстановителями. Второй по электроотрицательности — кислород ($O$). Почти все неметаллы (кроме фтора) в реакциях с кислородом также проявляют себя как восстановители.

Рассмотрим несколько примеров:

1. Взаимодействие серы (неметалл) с кислородом (более электроотрицательный неметалл):
   $ \stackrel{0}{S} + \stackrel{0}{O}_2 \rightarrow \stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O}_2 $
   В этой реакции сера отдает 4 электрона ($S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$), ее степень окисления повышается с 0 до +4. Следовательно, сера является восстановителем.

2. Взаимодействие углерода (неметалл) с кислородом:
   $ \stackrel{0}{C} + \stackrel{0}{O}_2 \rightarrow \stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O}_2 $
   Углерод отдает электроны, его степень окисления повышается с 0 до +4. Углерод — восстановитель.

3. Взаимодействие фосфора (неметалл) с хлором (более электроотрицательный неметалл):
   $ 2\stackrel{0}{P} + 3\stackrel{0}{Cl}_2 \rightarrow 2\stackrel{+3}{P}\stackrel{-1}{Cl}_3 $
   Фосфор отдает электроны, повышая свою степень окисления с 0 до +3, и выступает в роли восстановителя.

4. Взаимодействие водорода (неметалл) с фтором:
   $ \stackrel{0}{H}_2 + \stackrel{0}{F}_2 \rightarrow 2\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{F} $
   Водород отдает электроны, его степень окисления повышается с 0 до +1. Водород — восстановитель.

Таким образом, окислительно-восстановительная двойственность характерна для большинства неметаллов (кроме фтора, который является только окислителем).

Ответ: Да, неметаллы могут проявлять восстановительные свойства, когда они вступают в реакцию с более электроотрицательными элементами, такими как фтор, кислород или хлор. В этих реакциях атомы неметаллов отдают электроны, и их степень окисления повышается.