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非金屬元素是元素的一大類,在所有的一百多種化學元素中,非金屬佔了22種。在周期表中,除氫以外,其它非金屬元素都排在表的右側和上側,屬於p區。包括氫、硼、碳、氮、氧、氟、硅、磷、硫、氯、砷、硒、溴、碲、碘、砹、氦、氖、氬、氪、氙、氡。80%的非金屬元素在現在社會中佔有重要位置。

1關係性質

最外層電子數大於等於4,所以其原子容易得到電子,常以陰離子形態存在於離子化合物中,或形成分子晶體、原子晶體。它們的氧化物和氫氧化物一般呈酸性。
元素的金屬性是指元素的原子失電子的能力;元素的非金屬性是指元素的原子得電子的能力。
金屬性與非金屬性在化學反應中的表現的關係
一般說來,元素的金屬性越強,它的單質與水或酸反應越劇烈,對於的鹼的鹼性也越強。例如:金屬性Na>Mg>Al,常溫時單質Na與水能劇烈反應,單質Mg與水能緩慢地進行反應,而單質Al與水在常溫時很難進行反應,它們對應的氧化物的水化物的鹼性 NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3。元素的非金屬性越強,它的單質與H₂反應越劇烈,得到的氣態氫化物的穩定性越強,元素的最高價氧化物所對應的水化物的酸也越強。例如:非金屬Cl>S>P>Si,Cl₂與H₂在光照或點燃時就可能發生爆炸而化合,S與H₂須加熱才能化合,而Si與H₂須在高溫下才能化合併且SiH4極不穩定;氫化物的穩定HCl>H2S>PH3>SiH4;這些元素的最高價氧化物的水化物的酸性HClO4>H2SO4>H3PO4>H4SiO4。
因此,在化學反應中的表現可以作為判斷元素的金屬性或非金屬強弱的依據。另外,還可以根據金屬或非金屬單質之間的相互置換反應,進行金屬性和非金屬性強弱的判斷。一種金屬把另一金屬元素從它的鹽溶液里置換出來,表明前一種元素金屬性較強;一種非金屬單質能把另一種非金屬單質從它的鹽溶液或酸溶液中置換出來,表明前一種元素的非金屬性較強。
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VI A族的硫、硒、碲:8-6=2,為二配位的鏈形與環形分子V A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IV A族的碳、硅: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
稀有氣體及O2、N2、H2等:一般狀態下為氣體,固體為分子晶體,熔沸點很低多原子分子,S8、P4等:一般狀態下為固體,分子晶體,熔沸點低,但比第一類高大分子單質,金剛石、晶態硅等:原子晶體,熔沸點高
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鍵和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。

2氫元素

氫:符號: H,原
子序數: 1,原子量: 1.00794 amu,熔點: -259.14 °C (14.009985 °K, -434.45203 °F),沸點: -252.87 °C (20.280005 °K, -423.166 °F) 質子數/電子數: 1,中子數: 0,類別: 非金屬,晶體結構: 六邊形結構,密度 @ 293 K: 0.08988 g/cm3,顏色: 無色 ,HYDROGEN,源自htdor和gen,意為"水的形成",1766年發現。是宇宙間最豐富的元素。氫可說完全不是以單質形態存在於地球上,可是太陽和其他一些星球則全部是由純氫所構成。這種星球上發生的氫熱核反應的熱光普照四方,溫暖了整個宇宙。
氫在周期表中的位置
化學元素周期系1.0表中的第一個元素,它在所有元素中具有最簡單的原子結構。它由一個帶+1電荷的核和一個軌道電子組成。鹼金屬也都具有一個外層軌道電子,但它們在反應中很容易失去這個電子而生成正離子;與此相反,氫不容易失去這個電子,而是使這個電子配對生成一個共價鍵。鹵素像氫一樣,比稀有氣體結構缺少一個電子。在許多反應中,鹵素容易獲得一個電子而生成負離子;但氫只有在與失電子能力強的金屬反應時才會獲得電子而生成負離子。氫的這些獨特性質是由氫的獨特的原子結構、氫原子特別小的半徑和低的電負性決定的。因為它的性質與鹼金屬和鹵素的性質都不相同,使得很難把它放在周期表中的一個合適位置上。在本課件中,按原子序數把氫放在第IA族元素的位置上。
氫的成鍵特徵
氫原子的價電子層結構為,電負性為2.2,當氫原子同其它元素的原子化合時,可以形成:離子鍵,共價鍵,特殊的鍵型。
氫氣球機

  氫氣球機

離子鍵:當H與電負性很小的活潑金屬,如Na,K,Ca等形成氫化物時,H獲得1個電子形成氫負離子。這個離子因具有較大的半徑208pm,僅存在於離子型氫化物的晶體中。
共價鍵:①、兩個H原子能形成一個非極性的共價單鍵,如H2分子。②、H原子與非金屬元素的原子化合時,形成極性共價鍵,例如HCl分子。鍵的極性隨非金屬元素原子的電負性增大而增強。
特殊的鍵型
①、H原子可以填充到許多過渡金屬晶格的空隙中,形成一類非整比化合物,一般稱之為金屬型氫化物,例如:ZrH1.30和LaH2.87等。
②、在硼氫化合物(例如乙硼烷B2H6)和某些過渡金屬配合物中均存在著氫橋鍵。
③、能形成氫鍵。在含有強極性鍵的共價氫化物中,近乎裸露的H原子核可以定向吸收鄰近電負性高的原子(如F、O、N等)上的孤電子對而形成分子間或分子內氫鍵。例如在HF分子間存在著很強的氫鍵。
化學性質
(1)、分子氫中H—H鍵的離解能,比一般的單鍵高很多,相當於一般雙鍵的離解能。因此常溫下分子氫不活潑。但氫在常溫下能與單質氟在暗處迅速反應生成HF,而與其它鹵素或氧不發生反應。
(2)、高溫下,氫氣是一個非常好的還原劑。例如:
①、氫氣能在空氣中燃燒生成水,氫氣燃燒時火焰可以達到3273K左右,工業上常利用此反應切割和焊接金屬。
②、高溫下,氫氣還能同鹵素、N2等非金屬反應,生成共價型氫化物。
③、高溫下氫氣與活潑金屬反應,生成金屬氫化物。
④、高溫下,氫氣還能還原許多金屬氧化物或金屬鹵化物為金屬
能被還原的金屬是那些在電化學順序中位置低
氫化合鍵

  氫化合鍵

於鐵的金屬。這類反應多用來製備純金屬。
(3)、在有機化學中,氫的一個重要的化學反應是它能夠加在聯結兩個碳原子的雙鍵或三鍵上,使不飽和的碳氫化合物加氫而成為飽和的碳氫化合物,這類反應叫加氫反應。在有機化學中,在分子中加入氫即是還原反應。這類反應廣泛應用於將植物油通過加氫反應,由液體變為固體,生產人造黃油。也用於把硝基苯還原成苯胺(印染工業),把苯還原成環己烷(生產尼龍-66的原料)。氫同CO反應生成甲醇等等。
(4)、氫分子雖然很穩定,但在高溫下,在電弧中,或進行低壓放電,或在紫外線的照射下,氫分子能發生離解作用,得到原子氫。所得原子氫僅能存在半秒鐘,隨後便重新結合成分子氫,並放出大量的熱。

3碳元素

碳:CARBON,源自carbo,也就是木炭,這種物質發現得很早,上圖顯示出它的三種自然形式:鑽石、炭和石墨。碳的無數化合物是我們日常生活中不可缺少的物質,產品從尼龍和汽油、香水和塑料,一直到鞋油、滴滴涕和炸藥等,範圍廣泛種類繁多。
碳單質
碳在地殼中的質量分數為0.027%,在自然界中分佈很廣。
碳鋼管

  碳鋼管

以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然氣、動植物體、石灰石、白雲石、二氧化碳等。截止1998年底,在全球最大的化學文摘——美國化學文摘上登記的化合物總數為18.8百萬種,其中絕大多數是碳的化合物。眾所周知,生命的基本單元氨基酸、核苷酸是以碳元素做骨架變化而來的。先是一節碳鏈一節碳鏈地接長,演變成為蛋白質和核酸;然後演化出原始的單細胞,又演化出蟲、魚、鳥、獸、猴子、猩猩、直至人類。這三四十億年的生命交響樂,它的主旋律是碳的化學演變。可以說,沒有碳,就沒有生命。碳,是生命世界的棟樑之材。純凈的、單質狀態的碳有三種,它們是金剛石、石墨、C60。它們是碳的三種同素異形體。
石墨
石墨烏黑柔軟,是世界上最軟的礦石。石墨
石墨

  石墨

的密度比金剛石小,熔點比金剛石僅低50K,為3773K。
在石墨晶體中,碳原子以sp2雜化軌道和鄰近的三個碳原子形成共價單鍵,構成六角平面的網狀結構,這些網狀結構又連成片層結構。層中每個碳原子均剩餘一個未參加sp2雜化的p軌道,其中有一個未成對的p電子,同一層中這種碳原子中的m電子形成一個m中心m電子的大∏鍵(鍵)。這些離域電子可以在整個兒碳原子平面層中活動,所以石墨具有層向的良好導電導熱性質。
石墨的層與層之間是以分子間力結合起來的,因此石墨容易沿著與層平行的方向滑動、裂開。石墨質軟具有潤滑性。由於石墨層中有自由的電子存在,石墨的化學性質比金剛石稍顯活潑。由於石墨能導電,有具有化學惰性,耐高溫,易於成型和機械加工,所以石墨被大量用來製作電極、高溫熱電偶、坩堝、電刷、潤滑劑和鉛筆芯。
概念
非金屬氣體化學元素,原子序數8,符號O。
【分子式】O2 O3 O4(已證明存在)
性質
氧氣通常條件下是呈無色、無臭和無味的氣體,密度1.429克/升,1.419克/立方厘米(液),1.426克/立方厘米(固),熔點-218.4℃,沸點-182.962℃,在-182.962℃時液化成淡藍色液體,在-218.4℃時凝固成雪狀淡藍色。固體在化合價一般為0和-2。電離能為13.618電子伏特。除惰性氣體外的所有化學元素都能同氧形成化合物。大多數元素在含氧的氣氛中加熱時可生成氧化物。有許多元素可形成一種以上的氧化物。氧分子在低溫下可形成水合晶體O2.H2O和O2.H2O2,後者較不穩定。氧氣在空氣中的溶解度是:4.89毫升/100毫升水(0℃),是水中生命體的基礎。氧在地殼中丰度占第一位。乾燥空氣中含有20.946%體積的氧;水有88.81%重量的氧組成。除了O16外,還有O17和O18同位素。
化學性質
氧的非金屬性和電負性僅次於氟,除了氦氖氬氪氟所有元素都能與氧起反應,這些反應稱為氧化反應,而反應產生的化合物稱為氧化物。一般而言,絕大多數非金屬氧化物的水溶液呈酸性,而鹼金屬或鹼土金屬氧化物則為鹼性。此外,幾乎所有的有機化合物,可在氧中劇烈燃燒生二氧化碳與水蒸氣。
氧的化合價:氧的化合價很特殊一般為-2價和0價。而氧在過氧化物中通常為-1價。在超氧化物中為-1/2,臭氧化物中氧為-1/3,超氧化物中氧的化合價只能說是超氧根離子,不能單獨的看每個原子,因為電子是量子化的,不存在1/2個電子,自然化合價也就沒有0.5的說法,臭氧化物也一樣。而氧的正價很少出現,只有在和氟的化合物二氧化氟,二氧化二氟和六氟合鉑酸二氧(O2PTF6)中顯示+2價和+1價,在中學化學中只要記住氧和氟是沒有正價就可以了。
實驗證明,除黃金外的所有金屬都能和氧發生反應生成金屬氧化物,比如鉑在高溫下在純氧中被氧化生成二氧化鉑,黃金一般認為不能和氧發生反應,但是有三氧化二金和氫氧化金等化合物,其中金為+3價;氧氣不能和氯,溴,碘發生反應,但是臭氧可以氧化它們.
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