Вступ

Прості речовини неметалічних елементів називають неметаллами. Майже всі неметалічні елементи, крім інертних, утворюють сполуки з Гідрогеном. Їх загальна формула — HnE або ЕНn. Для цих сполук найчастіше використовують тривіальні назви. Наприклад, НCl – хлороводень, Н2S – сірководень.

Сполуки неметалічних елементів із Гідрогеном мають молекулярну будову. Майже всі вони є газами. Водні розчини сполук галогенів із Гідрогеном і Сульфуру з Гідрогеном виявляють властивості кислот.

Гідроген хлорид (хлороводень) — безбарвний газ із різким запахом, добре розчинний у воді. Сполука складається із полярних молекул.

Майже всі неметалічні елементи утворюють оксиди. Більшість оксидів неметалічних елементів належить до кислотних оксидів. Вони взаємодіють із водою з утворенням кислот, а також з основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами з утворенням солей.

1. Загальна характеристика неметалічних елементів

Більшість неметалів є важливими для практики. Озон і хлор з огляду на їх бактерицидні властивості застосовують для знезараження води. Крім того, хлор є вихідною речовиною у виробництві хлорного вапна, органічних розчинників, засобів захисту рослин від хвороб і шкідників тощо. Обробляючи прозорі алмази, виготовляють діаманти. Алмазний порошок використовують у шліфувальних і різальних інструментах (мал. 8). Завдяки шаруватій будові графіт слугує змащувальним матеріалом, а його електропровідність дає змогу виготовляти електричні контакти й електроди. Стержні із графіту застосовують у ядерних реакторах. Водень є сировиною для хімічної і нафтопереробної промисловості. Силіцій як напівпровідник використовують в електронній техніці, сонячних батареях (мал. 9), різноманітних приладах. Хімічно пасивним газом азотом наповнюють колби електричних ламп. Із азоту і водню добувають амоніак, а з нього — нітратну кислоту, добрива. Азот, аргон і гелій використовують у техніці й наукових дослідженнях як інертне газове середовище для запобігання окисненню речовин киснем повітря.

Прості речовини, утворені атомами неметалічних елементів, мають загальну назву неметали. За сучасною українською хімічною номенклатурою назви неметалів пишуть з малої літери. Вони не завжди збігаються з назвами відповідних їм неметалічних елементів. Молекули неметалів можуть складатися з різної кількості атомів [2, c. 28-29].

Як бачимо, незважаючи на те, що кисень та озон утворені атомами одного й того самого хімічного елемента, — це дві різні прості речовини.

Наявність в Оксигену алотропних видозмін кисню та озону зумовлена різною кількістю атомів у молекулі.

Кисень — досить поширена в природі речовина. Достатньо пригадати, що повітря на 1/5 складається з нього. Ця алотропна видозміна Оксигену відіграє важливу роль у процесах дихання, горіння, обміну речовин та енергії, виробництві металів тощо.

Порівняно з киснем озону в природі значно менше. Якщо уявно стиснути під атмосферним тиском і рівномірно розташувати навколо Землі кисень, що є в атмосфері, та озон з озонового шару нашої планети, то товщина кисневого шару дорівнювала б майже 8 км, тоді як озонового — лише 3 мм. Невеликі порції озону утворюються з кисню повітря під час грози, у результаті окиснення речовин смоли хвойних дерев. Тому повітря після грози та у хвойному лісі має особливий запах свіжості.

Озоновий шар і його значення. Унікальний озоновий шар знаходиться від поверхні Землі на висоті приблизно від 20 до 40 км. [1, c. 31]

2.  Властивості та значення неметалічних елементів

Підвищена окисна здатність озону (порівняно з киснем) пояснюється низькою енергією відриву атома Оксигену від молекули озону 03, і в реакціях окиснення беруть участь саме ці атоми Оксигену.

Застосування озону зумовлене його винятковими окисними властивостями. Озон використовується для озонування питної води, що значно ефективніше, ніж хлорування; для знешкодження промислових стічних вод; вибілювання тканин, мінеральних масел; як дезінфікуючий засіб у медицині; як окисник ракетного палива.

Зверніть увагу на фізіологічну дію озону: він отруйний для людини, тварин і рослин. Невеликі концентрації озону в повітрі створюють відчуття свіжості, але вдихання повітря навіть із зовсім малою концентрацією озону викликає подразнення дихальних шляхів, кашель, блювоту, запаморочення, стомленість.

Проте озон може бути не лише шкідливим, а й корисним. Біля поверхні Землі озону мало. Його концентрація у повітрі коливається  (вночі менша, вдень більша). Влітку і навесні його в повітрі у 3,5 раза більше, ніж узимку і восени. Над полярними частинами Землі вміст озону в повітрі вищий, ніж над екватором, в атмосфері міст — вищий, ніж у сільській місцевості. 3 віддаленням від поверхні Землі концентрація озону збільшується і досягає максимуму на висоті 20 — 25 км. Там утворюється так званий озоновий шар.

Озоновий шар відіграє значну роль у збереженні життя на нашій планеті. Він затримує найбільш згубну для людини, тварин і рослин частину ультрафіолетової радіації Сонця, яка спричинює онкологічні (ракові) захворювання шкіри. Окрім того, озоновий шар разом з вуглекислим газом С0₂ поглинає інфрачервоне випромінювання Землі і тим самим запобігає її охолодженню. Так озоновий шар забезпечує збереження життя на Землі.

Хімічна активність сірки також доволі висока. При нагріванні вона реагує майже з усіма елементами (у формі простих речовин) і з багатьма складними речовинами, виявляючи при цьому властивості як окисника, так і відновника (порівняйте з киснем), бо для неї характерні як позитиви ступені окиснення (+4, +6), так і негативний (-2).

За звичайних умов азот — газ без кольору і запаху. Молекули його неполярні, тому взаємодія між ними слабка, вона не може перешкодити їхньому xaoтичному рухові. Цим пояснюється газуватий стан азоту за звичайних умов і це є причиною того, що азот зріджується (-196 °С) і твердне (-210 °С) за дуже низьких температур. У  твердому стані  має молекулярні кристалічні   ґратки. Неполярністю молекул азоту пояснюється його низька розчинність у воді (в 1 об’ємі води за 20 °С розчиняється 0,0154 об’єми азоту). Він трохи легший за повітря, маса 1 л азоту дорівнює 1,25 г.

Хімічний елемент Фосфор, на відміну від Нітрогену, утворює кілька простих речовин, які помітно різняться за властивостями.

Це — білий, червоний і чорний фосфор.

Білий фосфор — м’яка кристалічна речовина, у чистому вигляді зовсім безбарвна і прозора, але звичайно жовтуватого кольору (схожа на віск), летка, має запах часнику, легкоплавка (tпл. = 44 °С) і легкозаймиста. Має молекулярні кристалічні ґратки, у вузлах яких розміщені тетраедричні молекули Р₄. У воді не розчиняється. Розчиняється у сірковуглеці CS₂ та бензині. У темряві на повітрі світиться зеленкувато-жовтим світлом (люмінесценція), при цьому виділяється теплота (хімічна енергія перетворюється на світлову). Таке явище спричинюється повільним окисненням. Теплота, що виділяється при цьому, може розплавити фосфор і призвести до його займання. Через це білий фосфор зберігають під водою. Під час нагрівання або на світлі він перетворюється на червоний фосфор.

Білий фосфор — надзвичайно отруйна речовина, навіть у малих дозах (50 мг) діє смертельно!

Червоний фосфор — порошок від темно-коричневого до червоного і фіолетового кольору, з атомними кристалічними гратками (структура до кінця не з’ясована), без запах, не отруйний на повітрі окиснюється повільно, у темряві не

світиться, загоряється лише при 260 °С. Легко вбирає вологу (гігроскопічний), але у воді і в сірковуглеці CS₂ не розчиняється. Під час нагрівання без доступу повітря випаровується, а при охолодженні його пара перетворюється на білий фосфор.

Чорний фосфор — речовина, схожа на графіт, має шарувату будову, металічний блиск, виявляє властивості напівпровідника, не отруйний. Це найбільш стійка алотропна форма. Утворюється з білого фосфору при тривалому нагріванні (200 °С) під великим тиском (1220 МПа).

Фосфор хімічно активніший, ніж азот. Хімічна активність фосфору залежить від алотропної форми. Так, найактивніший білий фосфор. Він легко окислюється на повітрі і світиться в темряві, може самовільно спалахувати. Червоний фосфор менш активний. Він окислюєтьсмя під час нагрівання. Ще менш активний — чорний фосфор [3, c. 27-28].

Азот у великих кількостях використовується для добування аміаку і для наповнення електроламп (інертне середовище).

Білий фосфор широкого застосування не має. Його використовують для добування інших алотропних форм, фосфатних кислот, як бойову запалювальну речовину, а також для утворення димових завіс.

Червоний фосфор використовується для виробництві сірників.

У 1831 р. французький винахідник сірників Шарль Соріа почав застосовувати білий фосфор для виготовлення сірникових головок. Такі сірники легко займалися піц час тертя об будь-яку поверхню, але були отруйними, шкідливими для здоров’я і вогненебезпечними. Невдовзі від них відмовились.

Крім виробництва  cірників, фосфор застосовують у металургії. Використовують його і для виготовлення напівпровідників, фосфорорганічних препаратів — засобів знищення комах — шкідників сільськогосподарських рослин.

У природі зустрічаються три алотропні форми Карбону: алмаз, графіт і карбін.

Чисті алмази — безбарвні прозорі кристали. Їх гранують, шліфують (алмазним   порошком) і виготовляють з них діаманти.

Прозорі   алмази красивого синього, зеленого, червонуватого кольору надто рідкісні й оцінюються дуже високо. Чим більше граней має кристал, тим краще він «грає». Маса діамантів вимірюється каратами (1 карат = 0,2 г).

Найбільший з будь-коли знайдених на Землі алмазів — це алмаз «Куллінан». Його знайшли у 1905 р. Назву він здобув від імені одного із володарів. До огранювання його розмір був з жіночий кулак і маса 3106 каратів, тобто 621 г. Під час обробки алмаз розкололи за напрямом тріщин, що були у ньому, і вирізали 105 діамантів. Найбільший серед них назвали «Зоряна Африка». Він має форму краплі і масу 530 каратів.

Цікаво, що серед індійських алмазів є славнозвісний «Шах» масою 89 каратів, яким перський уряд, щоб «уласкавити білого царя», розплатився за кров відомого російського дипломата і видатного письменника О. С. Грибоєдова, полеглого від рук розлюченого натовпу перських фанатиків у 1829 р. у Тегерані — столиці Персії [3, c. 31].

Розроблено штучне добування алмазів (1954 p., США) з графіту в умовах високих тисків і температур. Як правило, утворюються дрібні кристали. Їх використовують для виготовлення різальних інструментів і як опору для підшипників та інших рухливих частин у точних вимірювальних інструментах. Нині виробляються й синтетичні алмази ювелірної якості. Промисловий синтез алмазів — велике досягнення науки і техніки.

Графіт (від грец. grapho — пишу) — кристалічна речовина, жирна на дотик, сірого або чорного кольору з металічним блиском. Структура графіту шарувата (мал. 11): атоми карбону розміщені шарами, що складаються з шестичленних кілець. У межах одного шару кожний атом Карбону утворює три хімічні зв’язки з трьома сусідніми атомами. Усі атоми Карбону об’єднуються у макромолекули, які являють собою нескінченні шари із шестичленних кілець.

За рахунок четвертих електронів зовнішнього електронного шару кожного атома Карбону, що не беруть участі в утворенні хімічних зв’язків у площині, виникає загальна система хімічного зв’язку, делокалізованого у межах всієї макромолекули. Цим саме і визначається електрична провідність графіту, темно-сірий колір і металічний блиск.

Шари атомів Карбону об’єднуються у кристалічні ґратки за рахунок міжмолекулярних сил.

Існують ще так звані вуглецеві матеріали (раніше називали «аморфний вуглець»). До них належать вугілля (кокс, деревне вугілля), технічний вуглець (сажа) та ін. Вони не є самостійними алотропними формами Карбону, як це раніше вважалось, бо мікрокристалічна структура їх така сама, як у графіту, але кристали розміщені безладно.

Сажу використовують як наповнювач для гуми і пластмас, пігмент для друкарської фарби, копіювального паперу, стрічки для друкарських машинок та ін.

Кокс використовують у металургії як паливо і відновник [2, c. 34].

Висновки

Неметали — прості речовини неметалічних елементів.

Деякі неметалічні елементи утворюють по кілька простих речовин. Таке явище називають алотропією.

Неметали мають атомну або молекулярну будову. Для них характерні невисокі температури плавлення і кипіння, нездатність проводити електричний струм.

Неметали вступають у реакції з металами, воднем, киснем і переважно є окисниками.

Більшість неметалів використовують у техніці, хімічній промисловості.

Азот і кисень — основні складові повітря. Воно містить також невеликі кількості інертних газів, серед яких найбільше аргону. У верхніх шарах атмосфери переважають найлегші гази — водень і гелій.

У повітрі є й озон. Він зосереджений у шарі атмосфери, нижня межа якого проходить на висоті приблизно 20 км, а верхня — 25 км. Це так званий озоновий шар. Об’ємна частка озону в ньому не перевищує 0,0003 %. Якби можна було зібрати в атмосфері весь озон разом, то його шар був би завтовшки всього 2—3 мм.

Озон утворюється із кисню під впливом космічної радіації або електричних розрядів (коли виникає блискавка): 3О₂ = 2О₃.

Він є нестійким і швидко перетворюється на кисень, поглинаючи при цьому частину ультрафіолетових променів сонячного світла, шкідливих для живих організмів. Отже, розкладаючись, озон захищає людину, тварин, рослини.

Список використаної літератури

1. Буринська Н. Хімія. 10 клас: Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. — 2.вид., перероб. та доп. — К.; Ірпінь : Перун, 2007. — 192с.
2. Попель П. Хімія. 10 клас: підручник / П. П. Попель, Л. С. Крикля. — К. : Академія, 2006. — 232 с.
3. Ярошенко О. Г. Хімія : Підручн. для 10 кл. загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень). — К. : Грамота, 2010. — 224 с.