Элементы-неметаллы в периодической системе Д.И. Менделеева и в природе
Распространение элементов-неметаллов в природе. Распространение неметаллов на Земле и в космосе различно. Их содержание обычно выражается в массовых или атомных долях. Среднее относительное содержание химического элемента в какой-либо природной среде называется его распространенностью.
Наиболее распространенными элементами земного шара являются кислород, кремний и азот. Другие элементы-неметаллы встречаются в природе в значительно меньшем количестве.
Кислород составляет примерно половину общей массы элементов, образующих земную кору (≈ 49,1 3%). Кислород является также составной частью атмосферы, он занимает ]/5 часть ее объема (≈ 21 %). Выдающаяся роль кислорода в жизни природы явилась причиной того, что кислород, по выражению Я. Берцелиуса, «сделался осью, вокруг которой вращается вся земная химия».
Вторым по распространенности на Земле элементом после кислорода является кремний. Масса земной коры более чем на четверть (27,6%) состоит из кремния, который образует самые разнообразные природные соединения с кислородом вследствие своего особенного сродства к кислороду. Это не только основополагающий элемент царства минералов, но и элемент, играющий огромную роль в жизни растений и животных, в научно-техническом прогрессе общества.
К распространенным элементам природы следует отнести и азот. Жизнь на Земле многим обязана азоту. Бросается в глаза резкое несоответствие между содержанием этого элемента в земной коре (литосфере) — 0,01 % и в атмосфере — 75,6% по массе или 78,09% по объему. В общем-то мы обитаем в азотной атмосфере, умеренно обогащенной кислородом. Кислород и азот в обычных условиях не взаимодействуют между собой, что имеет большое значение для жизни на Земле.
В малых количествах в атмосфере встречаются и инертные газы. В составе воздуха их около 1 % (0,94%) по объему. Они также при обычных условиях не реагируют с другими компонентами воздуха.
Хорошо вам известный элемент водород распространен в земной коре значительно меньше, чем перечисленные выше элементы, он составляет лишь 1 % (по массе). В атмосфере водород присутствует в незначительных количествах. На Земле он относился бы к крайне редким элементам, если бы большие массы водорода не сосредоточивались в гидросфере в виде его самого распространенного соединения — воды. Во Вселенной водород является господствующим элементом. Его особая роль в жизни Вселенной заключается в том, что водород является источником энергии, питающей Солнце и звезды.
Углерод встречается в природе как в виде аллотропных модификаций (графит, алмаз), так и в виде разнообразных соединений (углекислый газ, соли и органические вещества). Вам хорошо известны такие природные соединения углерода, как известняки, сланцы, графит, торф, нефть, уголь и др. Вместе с тем в земной коре на долю углерода приходится всего лишь 0,001 % всей ее массы, а в воздухе углекислый газ С09 занимает лишь 0,03% его объема. Помимо Земли углерод обнаружен в метеоритах, в атмосфере молодых звезд.
В значительно меньших количествах в природе встречаются элементы-неметаллы — фосфор, сера и др.
Как и многие элементы, неметаллы имеют изотопы. В природе элементы-неметаллы находятся в виде смеси изотопов (см. учебник химии для 8 класса).
Химические элементы и их природные соединения, распространение их в земной коре и — насколько возможно — на земном шаре в целом изучает наука геохимия. Элементы и образованные ими вещества, как формы их существования, составляющие живую и неживую природу, включаются в разные биогеохимические циклы — круговороты. Элементы, входящие в состав организмов и выполняющие важные биологические функции, называются биогенными. Основными биогенными элементами являются кислород, углерод, водород, азот, фосфор и некоторые другие.
Круговорот биогенных элементов в биосфере представляет собой переход их из минеральной формы в живую материю и наоборот за счет множества химических, геохимических и биохимических превращений.
С круговоротом перечисленных выше элементов вам предстоит познакомиться при дальнейшем изучении неметаллов.
Элементы-неметаллы: их положение в периодической системе Д.И. Менделеева • Инертные газы • Распространенность в природе
Вопросы и задания
1. Какие элементы и по каким признакам относятся к неметаллическим?
2. Какое место занимают неметаллы в периодической системе?
3. Назовите элементы-неметаллы, наиболее распространенные в земной коре, в атмосфере, составьте таблицу или диаграмму их распространенности.
4. Сравните строение атомов и свойства кислорода и фтора. Почему для них не характерны соединения формы RO3 и R4O7?
5. Сравните строение атомов и свойства кислорода и серы. Укажите их сходство и различия.
6. Элемент R имеет высший оксид R2O5 кислотного характера и образует газообразный гидрид RH3 Однако его высшая валентность в кислородных соединениях не V, а IV. Какой это элемент?
7. Подготовьте краткое сообщение об использовании радиоизотопов элементов-неметаллов в медицине и сельском хозяйстве.
8. Используя энциклопедическую, журнальную и научно-популярную литературу, составьте общую характеристику выбранного вами элемента-неметалла.
1. Элементы-неметаллы расположены в IIIA-VIIIA-группах периодической системы Д.И. Менделеева, занимая ее верхний правый угол.
2. Во внешнем электронном слое атомов элементов-неметаллов находится от трех до восьми электронов.
3. Неметаллические свойства элементов усиливаются в периодах и ослабевают в A-группах с увеличением порядкового номера элемента.
4. Элементы-неметаллы обладают высокими значениями ОЭО и сродства к электрону по сравнению с элементами-металлами.
5. В отличие от элементов-металлов неметаллы образуют газообразные водородные соединения формы: RH4, RH3, H2R, HR.
6. Высшие кислородные соединения неметаллов имеют кислотный характер (кислотные оксиды и гидроксиды). Формы оксидов: RO2, R2O5, RO3, R2O7; формы соответствующих им кислот: H2RO3, HRO3, H2RO4, HRO4. Далеко не все из этих соединений устойчивы.
7. Атомы элементов-неметаллов способны как принимать электроны, проявляя окислительные функции, так и отдавать их, проявляя восстановительные функции.
Источник
Самые распространенные химические элементы на Земле и во Вселенной
По мнению большинства ученых, возникновение химических элементов во вселенной произошло после Большого Взрыва. При этом, каких-то веществ образовалось больше, каких-то меньше. В нашем топе представлен список самых распространенных химических элементов на Земле и во вселенной.
Водород
Лидером рейтинга становится водород. В таблице Менделеева он обозначен символом H и атомным номером 1. Открыт в 1766 году Г. Кавендишем. А еще через 15 лет этот же ученый выяснил, что водород участвует в образовании большинства веществ на планете.
Водород не только наиболее распространенный, но и самый взрывной и легкий химический элемент во вселенной в природе. В земной коре его объем равен 1%, но количество атомов – 16%. Данный элемент входит во множество природных соединений, например, в нефть, природный газ, уголь.
В свободном состоянии водород практически не встречается. На поверхности Земли присутствует в некоторых вулканических газах. В воздухе он есть, но в очень малых дозах. Водородом занято почти половина строения звезд, большая часть межзвездной сферы и газов туманностей.
Гелий
Второе место среди наиболее распространенных элементов во вселенной занимает гелий. Он же считается вторым по легкости. Кроме того, у гелия самая низкая температура кипения среди всех известных веществ.
Открыт в 1868 году французским астрономом П. Жансеном, обнаружившим яркую желтую линию в околосолнечной атмосфере. А в 1895 году английский химик У. Рамзай доказал существование этого элемента на Земле.
За исключением экстремальных условий, гелий представлен только в виде газа. В космосе он был образован в первые мгновения после Большого взрыва. Сегодня гелий появляется при термоядерном синтезе с водородом в звездных глубинах. На Земле образуется после распада тяжелых элементов.
Кислород
Самым распространенным элементом в земной коре (49,4%) является кислород. Обозначается символом O и номером 8. Незаменим для существования человека.
Кислород – химически неактивный неметалл. При стандартных условиях находится в бесцветном газообразном состоянии, без вкуса и запаха. Молекула включает два атома. В жидком виде отличается светло-голубым оттенком, в твердом выглядит как как кристаллы с синеватым отливом.
Кислород необходим всем живым существам на Земле. Он участвует в круговороте веществ свыше 3 млрд лет. Играет значимую роль в хозяйстве и природе:
Участвует в фотосинтезе растений;
Поглощается живыми организмами при дыхании;
Выступает в роли окислителя в процессах брожения, гниения, ржавления;
Содержится в органических молекулах;
Необходим для получения ценных веществ органического синтеза.
В сжиженном состоянии кислород применяют для резки и сварки металлов, подземных и подводных работ, действий на большой высоте в безвоздушном пространстве. Кислородные подушки незаменимы при выполнении лечебных манипуляций.
На 4 месте азот – двухатомный бесцветный и безвкусный газ. Существует не только на нашей, но и на нескольких других планетах. Из него состоит почти 80% земной атмосферы. Даже человеческое тело содержит до 3% данного элемента.
Помимо газообразного, существует жидкий азот. Он широко используется в строительстве, промышленности, лечебном деле. Его применяют при охлаждении техники, заморозке органики, избавления от бородавок. В жидком виде азот не взрывоопасен и не токсичен.
Элемент блокирует окисление и гниение. Широко применяется в шахтах для формирование взрывобезопасной среды. В химическом производстве с его помощью создают аммиак, удобрения, красители, в кулинарии используют как хладагент.
Неон – это инертный и бесцветный атомный газ без запаха. Открыт в 1989 году англичанами У. Рамзаем и М. Траверсом. Выведен из разжиженного воздуха путем исключения других элементов.
Название газа переводится как «новый». Во Вселенной распределен крайне неравномерно. Максимальная концентрация выявлена на горячих звездах, в воздухе внешних планет нашей системы и в газовых туманностях.
На Земле неон в основном содержится в атмосфере, в других частях его ничтожно мало. Объясняя неоновую скудность нашей планеты, ученые выдвинули гипотезу, что когда-то земной шар лишился своей первичной атмосферы, а вместе с ней и основного объема инертных газов.
Углерод
На 6 месте в списке самых распространенных химических элементов на Земле находится углерод. В таблице Менделеева обозначен буквой C. Обладает необычайными свойствами. Является ведущим биогенным элементом планеты.
Известен с давних времен. Входит в структуру каменного угля, графита, алмазов. Содержание в земной тверди – 0,15%. Не слишком большая концентрация объясняется тем, что в природе углерод подвергается постоянной циркуляции.
Существует несколько минералов, содержащих данный элемент:
Антрацит;
Нефть;
Доломит;
Известняк;
Горючий сланец;
Торф;
Бурый и каменный уголь;
Природный газ;
Битум.
Хранилищем углеродных групп являются живые существа, растения и воздух.
Кремний
Кремний – неметалл, часто встречающийся в земной коре. В свободном виде выведен в 1811 году Ж. Тенаром и Ж. Гей-Люссаком. Содержание в планетной оболочке – 27,6-29,5% по массе, в океанической воде – 3 мг/л.
О множестве соединений кремния было известно еще в древние времена. Но чистый элемент долго оставался за гранью человеческих познаний. Самыми популярными соединениями были поделочные и драгоценные камни на базе оксида кремния:
В природе элемент содержится в:
Горных массивных породах и залежах;
Растениях и морских жителях;
Глубоко в почве;
В организмах живых существ;
В низу водоемов.
Кремний играет огромную роль в формировании человеческого организма. Ежедневно внутрь должно попадать минимум 1 грамм элемента, иначе начнут появляться неприятные недуги. Тоже самое можно сказать про растения и животных.
Магний
Магний – ковкий, легкий металл серебристого оттенка. В таблице Менделеева отмечен символом Mg. Получен в 1808 году англичанином Г. Дэви. Занимает 8 место по объему в земной коре. Природными источниками являются минеральные отложения, рассолы и морская вода.
В стандартном состоянии покрыт слоем оксида магния, который распадается при температуре +600-650 0 C. При сгорании выделяет ярко-белое пламя с формированием нитрида и оксида.
Металлический магний используется во многих сферах:
При регенерации титана;
В получении легких литейных сплавов;
В создании зажигательных и осветительных ракет.
Магниевые сплавы – важнейший конструкционный материал в транспортной и авиационной промышленности.
Магний не зря называют «металлом жизни». Без него невозможно большинство физиологических процессов. Он играет ведущую роль в функционировании нервной и мышечной ткани, участвует в липидном, белковом и углеводном обмене.
Железо
Железо – это ковкий серебристо-белый металл с высоким уровнем химической реакции. Обозначается буквами Fe. Быстро ржавеет при повышенных температурах/влажности. Воспламеняется в очищенном кислороде. Способен самовозгораться в мелкодисперном воздухе.
В обиходе железом именуют его сплавы с минимальным объемом добавок, сохраняющие податливость чистого металла:
Есть мнение, что железо составляет основной процент земного ядра. Имеет несколько уровней окисления, что является важнейшей геохимической чертой.
Десятое место в списке самых распространенных химических элементов на Земле занимает сера. Обозначается буквой S. Проявляет неметаллические характеристики. В самородном состоянии выглядит как светло-желтый порошок с характерным ароматом либо блестящие кристаллы стеклянно-желтого цвета. В регионах древнего и новейшего вулканизма встречаются рассыпчатые залежи серы.
Без серы невозможно проведения многих промышленных операций:
Выпуск препаратов для сельскохозяйственных нужд;
Придание особых характеристик некоторым сортам стали;
Образование серной кислоты;
Выработка резины;
Производство сульфатов и другое.
Медицинская сера содержится в кожных мазях, ею лечат ревматизм и подагру, включают в состав косметических препаратов по уходу за кожей. Она применяется в изготовлении гипса, слабительных лекарств и средств от гипертонии.
Кислород составляет примерно половину общей массы элементов, образующих земную кору (≈ 49,1 3%). Кислород является также составной частью атмосферы, он занимает ]/5 часть ее объема (≈ 21 %). Выдающаяся роль кислорода в жизни природы явилась причиной того, что кислород, по выражению Я. Берцелиуса, «сделался осью, вокруг которой вращается вся земная химия».
1. Какие элементы и по каким признакам относятся к неметаллическим?
4. Сравните строение атомов и свойства кислорода и фтора. Почему для них не характерны соединения формы RO3 и R4O7?
5. Сравните строение атомов и свойства кислорода и серы. Укажите их сходство и различия.
6. Элемент R имеет высший оксид R2O5 кислотного характера и образует газообразный гидрид RH3 Однако его высшая валентность в кислородных соединениях не V, а IV. Какой это элемент?
