Какой элемент имеет более выраженные неметаллические свойства чем фосфор
В главной подгруппе пятой группы, наряду с азотом, находится еще и фосфор. Металлом или неметаллом можно считать этот элемент? По сравнению с азотом он имеет более низкую электроотрицательность, однако все же относится к активным неметаллам. В нашей статье мы рассмотрим важнейшие физические и химические свойства фосфора, а также определим области его применения в промышленности.
Положение элемента в периодической системе
Фосфор относится к p-элементам, его атом имеет три энергетических уровня. На последнем из них расположено пять электронов, три из которых являются неспаренными. В возбужденном состоянии атом P содержит пять свободных электронов. Этот факт объясняет появление соединений фосфора, в которых он не трехвалентен, но имеет валентность, равную пяти, например, P2O5 – пятиокись фосфора. Неметалл, вследствие своей высокой активности, в природе отсутствует в свободном состоянии и встречается только в виде соединений. Природный элемент имеет единственный стабильный изотоп с относительной атомной массой, равной 31. Фосфор входит в состав многих горных пород и минералов, его содержание в составе земной коры составляет 0,08%.
Аллотропные модификации
Различное расположение атомов в кристаллических решетках вещества приводит к появлению некоторых видоизменений. Например, черный фосфор очень напоминает графит. Он такой же жирный на ощупь и проявляет полупроводниковые свойства. В промышленности материал получают из белого фосфора, нагревая последний до 200°С и подвергая давлению в 12000 атм.
Красный фосфор – это порошковидное неядовитое вещество. При его детальном изучении было установлено, что соединение представляет собой смесь видоизменений фосфора, которые различаются между собой некоторыми признаками, например, цветом.
Еще одна аллотропная модификация – белый фосфор. Металлом или неметаллом он является? Это вещество проявляет типичные неметаллические свойства, кроме того, оно очень токсично. Получают его, концентрируя пары фосфора. В отличие от красного вида, он может растворяться в сероуглероде. Если белый фосфор длительно подвергать слабому нагреванию, он переходит в модификацию красного фосфора.
Химическая характеристика
В своих соединениях с другими элементами P может проявлять следующие степени окисления: +3, +5, -3. В парообразном состоянии при температуре ниже 800°, а также в жидкой фазе молекула вещества имеет формулу P4.
Различные модификации вещества имеют непохожие химические признаки. Как ответить на вопрос, чем является фосфор – металлом или нет? Нужно обратиться к строению его атома, который в возбужденном состоянии имеет пять валентных электронов. Наиболее активным в химическом плане неметаллом будет белый фосфор, который уже при обычной температуре легко окисляется, в процессе чего начинает светиться, а также может самовоспламеняться. По этим причинам его рекомендуется хранить покрытым водой. Красный фосфор по своим свойствам является менее активным веществом, чем его белая модификация.
Бинарные соединения
Как металл или неметалл, фосфор может реагировать с кислородом:
4P + 3O2 → 2P2O3
Продуктом реакции является газообразный фосфин – очень токсичное вещество, применяемое в качестве химического оружия. Его легко распознаеть по специфическому запаху чеснока. Гидрид фосфора способен присоединять галогеноводороды, например, такие, как йодоводород, образуя соединение – йодид фосфония PH4I. Взаимодействие с металлами приводит к появлению фосфидов:
2P + 3Ca = Ca3P2.
Как металл, фосфор реагирует и с неметаллами, например, с серой, углеродом, хлором:
2P + 3Cl2 = 2PCl3
Фосфиды легко вступают в реакцию с водой, разлагаясь до фосфина:
Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2PH3(фосфин)
Оксиды
Среди бинарных соединений элемента с кислородом наиболее важными являются его оксиды: P2O5 и P2O3. Триокись фосфора, иначе называемая фосфорным ангидридом, представляет собой кристаллическое соединение, температура плавления которого – 22,5°. В обычных условиях оно имеет вид воскоподобной массы. В лаборатории его получают сжиганием фосфора в атмосфере, бедной кислородом. Хотя этот оксид и проявляет свойства сильного восстановителя, применяется он крайне редко из-за высокой токсичности. Какие же свойства, металла или неметалла, фосфор оксид проявляет в своих реакциях? Он может реагировать с водой, образуя ортофосфорную кислоту и фосфин. Вещество взаимодействует с хлороводородом, в результате получаются фосфатная кислота и хлорид фосфора.
Другое соединение – пятиокись фосфора, имеет признаки типичного кислотного оксида. Его можно получить в результате сжигания порции фосфора в атмосфере с избытком кислорода. В обычных условиях с водой соединение реагирует очень активно и образует метафосфорную, а при нагревании – ортофосфорную кислоту. Кроме того, пятиокись фосфора отнимает влагу, поэтому может применяться в качестве осушителя для жидких веществ и газов.
Фосфорные кислоты
Наиболее известные фосфорные кислоты – это метафосфорная, ортофосфорная и пирофосфорная, формула которой H4P2O7. Последняя из них образуется при нагревании H3PO4. Наибольшее практическое значение имеет ортофосфорная кислота, соли которой применяют в качестве сырья для получения минеральных удобрений. Она представляет собой твердое вещество белого цвета, очень хорошо растворимое в воде. Являясь кислотой средней силы, она не имеет ярко выраженных окислительных свойств. Как электролит, диссоциирует ступенчато, поэтому образует два ряда солей: средние – фосфаты, кислые – гидрофосфаты и дигидрофосфаты. В промышленности фосфатную кислоту получают термическим и экстракционным способом. Так как оксидам фосфора соответствуют кислоты, то на вопрос, чем является фосфор – металлом или неметаллом, ответ будет однозначным: это активный неметаллический элемент.
Распространение в природе
Наиболее важный минерал, содержащий высокую концентрацию фосфора – это апатит. Он имеет много разновидностей, самая распространенная из которых – фторапатит. Еще один вид минерала, состоящий из соединений фосфора – осадочная порода фосфорит.
Элемент входит в группу десяти важнейших для живых организмов химических элементов. Наибольшее его содержание обнаружено в форме фосфолипидов – органических соединений, которые входят в состав клеточных мембран, гормонов и других биологически активных веществ. Высокое содержание элемента (около 0,38%) регистрируется в нервной ткани, образующей центральный и периферический отделы нервной системы человека и других позвоночных животных. Кроме этого, соединения фосфора входят в мышечную и костную ткань. В последней присутствует фосфат кальция – соль, придающая дентину зубов и костям прочность и высокую твердость. В обмене веществ растительных организмов, наряду с магнием и железом, фосфор играет важную роль в качестве регулятора процессов формирования и созревания плодов и семян. Именно поэтому, вместе с азотом и калием, фосфор считается основным питательным элементом растений.
В нашей статье мы рассмотрели свойства фосфора и ответили на вопрос: чем является фосфор – металлом или неметаллом? Это типичный неметаллический элемент, обладающий высокой химической активностью.
Источник
А) Характеристика фосфора.
1. Фосфор— элемент пятой группы и третьего периода, Z = 15,
Аr(Р) = 31.
Соответственно, атом фосфора содержит в ядре 15 протонов,
16 нейтронов и 15 электронов. Строение его электронной оболочки
можно отразить с помощью следующей схемы:
Атомы фосфора проявляют как окислительные свойства (принима-
ют недостающие для завершения внешнего уровня три электрона, получая при этом степень окисления -3, например, в соединениях с менее электроотрицательными элементами— металлами, водородом и т.п.) так и восстановительные свойства (отдают 3 или 5 электронов более электроотрицательным элементам — кислороду, галогенам и т.п., приобретая при этом степени окисления +3 и +5.)
Фосфор менее сильный окислитель, чем азот, но более сильный, чем мышьяк, что связано с ростом радиусов атомов от азота к мышьяку. По этой же причине восстановительные свойства, наоборот, усиливаются.
2. Фосфор — простое вещество, типичный неметалл. Фосфору свойственно явление аллотропии. Например, существуют аллотропные модификации фосфора такие, как белый, красный и черный фосфор, которые обладают разными химическими и физическими свойствами.
3. Неметаллические свойства фосфора выражены слабее, чем у азота, но сильнее, чем у мышьяка (соседние элементы в группе).
4. Неметаллические свойства фосфора выражены сильнее, чем у
кремния, но слабее, чем у серы (соседние элементы в периоде).
5. Высший оксид фосфора имеет формулу Р2O5. Это кислотный оксид.
Он проявляет все типичные свойства кислотных оксидов. Так, например, при взаимодействии его с водой получается фосфорная кислота.
Р2O5 + 3Н2O => 2Н3РO4.
При взаимодействии его с основными оксидами и основаниями он
дает соли.
Р2O5 + 3MgO = Mg3(PO4)2; Р2O5 + 6КОН = 2К3РO4+ 3Н2O.
6. Высший гидроксид фосфора— фосфорная кислота Н3РO4, рас-
твор которой проявляет все типичные свойства кислот: взаимодействие с основаниями и основными оксидами:
Н3РO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3Н2O. 2Н3РO4 + 3СаО = Са,(РO4)2↓ + 3Н2O.
7. Фосфор образует летучее соединение Н3Р — фосфин.
Б) Характеристика калия.
1. Калий имеет порядковый номер 19, Z = 19 и относительную атомную массу Аr(К) = 39. Соответственно заряд ядра его атома +19 (равен числу протонов). Следовательно, число нейтронов в ядре равно 20. Так как атом электронейтрален, то число электронов, содержащихся в атоме калия, тоже равно 19. Элемент калий находится в четвертом периоде периодической системы, значит, все электроны располагаются на четырех энергетических уровнях. Таким образом, строение атома калия записывается так:
Исходя из строения атома, можно предсказать степень окисления
калия в его соединениях. Так как в химических реакциях атом калия отдает один внешний электрон, проявляя восстановительные свойства, следовательно, он приобретает степень окисления +1.
Восстановительные свойства у калия выражены сильнее, чем у на-
трия, но слабее, чем у рубидия, что связано с ростом радиусов от Na к Rb.
2. Калий— простое вещество, для него характерна металлическая
кристаллическая решетка и металлическая химическая связь, а отсюда — и все типичные для металлов свойства.
3. Металлические свойства у калия выражены сильнее, чем у на-
трия, но слабее, чем у рубидия, т.к. атом калия легче отдает электрон, чем атом натрия, но труднее, чем атом рубидия.
4. Металлические свойства у калия выражены сильнее, чем у кальция, т.к. один электрон атома калия легче оторвать, чем два электрона
атома кальция.
5. Оксид калия К2O является основным оксидом и проявляет все типичные свойства основных оксидов. Взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами.
К2O + 2НСl = 2КСl +Н2O; К2O + SO3 = K2SO4.
6. В качестве гидроксида калию соответствует основание (щелочь) КОН, которое проявляет все характерные свойства оснований: взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами.
KOH+HNO3 = KNO3+H2O; 2KOH+N2O5 = 2KNO3+H2O.
7. Летучего водородного соединения калий не образует, а образует гидрид калия КН.
Источник
Напомню, что в одной из предыдущих частей мы ввели такие понятия как металлические и неметаллические свойства, теперь же пришло время научится отличать металлы от неметаллов по таблице Менделеева.
Многие из Вас, столкнувшись с данным вопросом, могут справедливо заметить, дескать: “Ха, вот глупости. Автор не от мира сего, ведь металлы и неметаллы в таблице Менделеева отмечены разным цветом! Как сейчас помню таблицу Менделеева в учебнике, где неметаллы отмечены красным цветом, а металлы – чёрным и зелёным. Шах и мат.”
Не спешите с критикой
Это всё замечательно, отвечу я, да только учащиеся, что приходят на экзамен по химии, получают чёрно-белый вариант таблицы Менделеева и Ваше возможное замечание окажется неуместно.
Тот самый черно-белый вариант
И прежде чем мы всё-таки ответим на поставленный вопрос, нам необходимо освоить несколько базовых химических понятий, касающихся работы с таблицей Менделеева. Дело в том, что помимо довольно однозначно определяемых периодов и групп, в таблице Менделеева есть место так же и для, так называемым, подгрупп.
С сегодняшнего дня мы начнём различать главную подгруппу (или подгруппу А) и побочную подгруппу (или подгруппу В).
Как же определить к какой подгруппе относится тот или иной химический элемент?
На отношение к той или иной подгруппе химического элемента нам могут указать следующие знаки:
Во-первых, нередко в шапочке, где указан номер группы, к которому относится столбец, есть указание и на подгруппы:
Главная подгруппа – А, побочная – В
Во-вторых, само положение химического символа химического элемента в ячейке указывает на отношение к подгруппе. Так, если химический символ химического элемента смещён относительно центра ячейки влево, то мы имеем дело с элементом главной подгруппы (подгруппы А), если же вправо – то побочной подгруппы (подгруппы В)
Например, в совершенно случайной чёрно-белой таблице Менделеева мы видим, что фосфор относительно центра ячейки смещён влево, это значит, что фосфор – элемент главной подгруппы (подгруппы А) пятой группы.
“адрес” фосфора: P – II (период), VА (группа – подгруппа), 15 (порядковый номер).
Как понятие о подгруппах поможет нам отличать металлы от неметаллов?
А вот как: дело в том, что все элементы побочных подгрупп – это металлы!
Красным выделены все элементы побочных подгрупп первых шести периодов. Все они – металлы.
А через элементы главных подгрупп мы можем провести одну особенную диагональ, которая “отсечёт” металлы от неметаллов.
Данная диагональ проходит через такие неметаллы, как бор (B) – кремний (Si) – мышьяк (As) – теллур (Te) – астат (As).
Зелёным цветом выделены все неметаллы в таблице Менделеева
Таким образом все элементы главных подгрупп, что лежат ниже и левее данной диагонали являются металлами, а все, что лежат выше и правее – неметаллами.
Однако нельзя не заметить, что деление на металлы (Ме) и неметаллы (неМе) всё же несколько условно, а некоторые таблицы, Менделеева, которые Вы можете найти в сети, игнорируют указанные мной правила работы с подгруппами.
В следующей части мы выделим закономерности, согласно которым металлические и неметаллические свойства изменяются в пределах рассматриваемой Периодической системы Менделеева и разберёмся, какое отношение к этому имеет атомный радиус. А на этом у меня всё. Спасибо. Пока.
Источник
Периодическая таблица Дмитрия Ивановича Менделеева очень удобна и универсальна в своём использовании. По ней можно определить некоторые характеристики элементов, и что самое удивительное, предсказать некоторые свойства ещё неоткрытых, не обнаруженных учёными, химических элементов (например, мы знаем некоторые свойства предполагаемого унбигексия, хотя его ещё не открыли и не синтезировали).
Что такое металлические и неметаллические свойства
Эти свойства зависят от способности элемента отдавать или притягивать к себе электроны. Важно запомнить одно правило, металлы – отдают электроны, а неметаллы – принимают. Соответственно металлические свойства – это способность определённого химического элемента отдавать свои электроны (с внешнего электронного облака) другому химическому элементу. Для неметаллов всё в точности наоборот. Чем легче неметалл принимает электроны, тем выше его неметаллические свойства.
Металлы никогда не примут электроны другого химического элемента. Такое характерно для следующих элементов;
- натрия;
- калия;
- лития;
- франция и так далее.
С неметаллами дела обстоят похожим образом. Фтор больше всех остальных неметаллов проявляет свои свойства, он может только притянуть к себе частицы другого элемента, но ни при каких условиях не отдаст свои. Он обладает наибольшими неметаллическими свойствами. Кислород (по своим характеристикам) идёт сразу же после фтора. Кислород может образовывать соединение с фтором, отдавая свои электроны, но у других элементов он забирает отрицательные частицы.
Список неметаллов с наиболее выраженными характеристиками:
- фтор;
- кислород;
- азот;
- хлор;
- бром.
Неметаллические и металлические свойства объясняются тем, что все химические вещества стремятся завершить свой энергетический уровень. Для этого на последнем электронном уровне должно быть 8 электронов. У атома фтора на последней электронной оболочке 7 электронов, стремясь завершить ее, он притягивает ещё один электрон. У атома натрия на внешней оболочке один электрон, чтобы получить 8, ему проще отдать 1, и на последнем уровне окажется 8 отрицательно заряженных частиц.
Благородные газы не взаимодействуют с другими веществами именно из-за того, что у них завершён энергетический уровень, им не нужно ни притягивать, ни отдавать электроны.
Как изменяются металлические свойства в периодической системе
Периодическая таблица Менделеева состоит из групп и периодов. Периоды располагаются по горизонтали таким образом, что первый период включает в себя: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и так далее. Химические элементы располагаются строго по увеличению порядкового номера.
Группы располагаются по вертикали таким образом, что первая группа включает в себя: литий, натрий, калий, медь, рубидий, серебро и так далее. Номер группы указывает на количество отрицательных частиц на внешнем уровне определённого химического элемента. В то время, как номер периода указывает на количество электронных облаков.
Металлические свойства усиливаются в ряду справа налево или, по-другому, ослабевают в периоде. То есть магний обладает большими металлическими свойствами, чем алюминий, но меньшими, нежели натрий. Это происходит потому, что в периоде количество электронов на внешней оболочке увеличивается, следовательно, химическому элементу сложнее отдавать свои электроны.
В группе все наоборот, металлические свойства усиливаются в ряду сверху вниз. Например, калий проявляется сильнее, чем медь, но слабее, нежели натрий. Объяснение этому очень простое, в группе увеличивается количество электронных оболочек, а чем дальше электрон находится от ядра, тем проще элементу его отдать. Сила притяжения между ядром атома и электроном в первой оболочке больше, чем между ядром и электроном в 4 оболочке.
Сравним два элемента – кальций и барий. Барий в периодической системе стоит ниже, чем кальций. А это значит, что электроны с внешней оболочки кальция расположены ближе к ядру, следовательно, они лучше притягиваются, чем у бария.
Сложнее сравнивать элементы, которые находятся в разных группах и периодах. Возьмём, к примеру, кальций и рубидий. Рубидий будет лучше отдавать отрицательные частицы, чем кальций. Так как он стоит ниже и левее. Но пользуясь только таблицей Менделеева нельзя однозначно ответить на этот вопрос сравнивая магний и скандий (так как один элемент ниже и правее, а другой выше и левее). Для сравнения этих элементов понадобятся специальные таблицы (например, электрохимический ряд напряжений металлов).
Как изменяются неметаллические свойства в периодической системе
Неметаллические свойства в периодической системе Менделеева изменяются с точностью до наоборот, нежели металлические. По сути, эти два признака являются антагонистами.
Неметаллические свойства усиливаются в периоде (в ряду справа налево). Например, сера способна меньше притягивать к себе электроны, чем хлор, но больше, нежели фосфор. Объяснение этому явлению такое же. Количество отрицательно заряженных частиц на внешнем слое увеличивается, и поэтому элементу легче закончить свой энергетический уровень.
Неметаллические свойства уменьшаются в ряду сверху вниз (в группе). Например, фосфор способен отдавать отрицательно заряженные частицы больше, чем азот, но при этом способен лучше притягивать, нежели мышьяк. Частицы фосфора притягиваются к ядру лучше, чем частицы мышьяка, что даёт ему преимущество окислителя в реакциях на понижение и повышение степени окисления (окислительно-восстановительные реакции).
Сравним, к примеру, серу и мышьяк. Сера находится выше и правее, а это значит, что ей легче завершить свой энергетический уровень. Как и металлы, неметаллы сложно сравнивать, если они находятся в разных группах и периодах. Например, хлор и кислород. Один из этих элементов выше и левее, а другой ниже и правее. Для ответа придётся обратиться к таблице электроотрицательности неметаллов, из которой мы видим, что кислород легче притягивает к себе отрицательные частицы, нежели хлор.
Периодическая таблица Менделеева помогает узнать не только количество протонов в атоме, атомную массу и порядковый номер, но и помогает определить свойства элементов.
Видео
Видео поможет вам разобраться в закономерности свойств химических элементов и их соединений по периодам и группам.
Источник