Metaloid

*
*

Mt.

↓

Acest

Relatii cu publicul

P.m

A avut

Doamne

*
*

Ar putea

A.m

Este

Metale

Metaloizi

Nemetale

Mt.

Natura chimică necunoscută

Un non-metalic este un element chimic al cărui atomi de corp simplu sunt legați prin legături covalente sau legături intermoleculare , și nu prin legături metalice . Sunt buni izolatori electrici și termici , în mare parte foarte volatili , caracterizați printr-o densitate mai mică și o schimbare a temperaturilor de stare în general mult mai mici decât cele ale metalelor, cu excepția notabilă a carbonului . Energia lor de ionizare și electronegativitatea sunt ridicate, oxizii lor sunt acizi și formează legături ionice cu metale , dobândind sau punând în comun electroni atunci când reacționează cu alte elemente sau compuși . În stare solidă , acestea prezintă suprafețe plictisitoare sau slab strălucitoare (deși cele de iod au luciu metalic), sunt destul de fragile și fragile (cu excepția notabilă a carbonului diamantat ) și sunt lipsite de elasticitatea , maleabilitatea și ductilitatea caracteristice metalelor .

În tabelul periodic , nemetalele sunt limitate la colțul din dreapta sus, mărginite la stânga lor de metaloizi . 17 elemente sunt considerate, în general, nemetalice, dintre care 11 sunt gazoase ( hidrogen , heliu , azot , oxigen , fluor , neon , clor , argon , cripton , xenon și radon ) la temperatura și presiunea ambiantă, 5 sunt solide ( carbon , fosfor , sulf , seleniu și iod ), iar 1 este lichid: brom .

Proprietăți fizice

Tabelul de mai jos prezintă câteva proprietăți ale nemetalelor.

Element	Masa atomică	topire Temperatura	Temperatura de fierbere	volumul masei	Ray covalent	Configurare electronică	Energie de ionizare	Electronegativitate ( Pauling )
Hidrogen	1.007975 u	−259,16 ° C	−252,879 ° C	0,08988 g · L -1	31 ± 5 pm	1s 1	1 312,0 kJ · mol -1	2.20
Heliu	4.002602 u	-	-268,928 ° C	0,1786 g · L -1	28 pm	1s 2	2 372,3 kJ · mol -1	-
Carbon	12.0106 u	3.642 ° C		2,267 g · cm -3	69 pm	[ El ] 2s 2 2p 2	1 086,5 kJ · mol -1	2,55
Azot	14.006855 u	−210,00 ° C	-195,795 ° C	1,251 g · L -1	71 ± 1 pm	[ El ] 2s 2 2p 3	1 402,3 kJ · mol -1	3.04
Oxigen	15.99940 u	−218,79 ° C	-182.962 ° C	1,429 g · L -1	66 ± 2 pm	[ El ] 2s 2 2p 4	1 313,9 kJ · mol -1	3,44
Fluor	18.99840316 u	−219,67 ° C	-188,11 ° C	1,696 g · L -1	64 pm	[ El ] 2s 2 2p 5	1681 kJ · mol -1	3,98
Neon	20.1797 (6) u	−248,59 ° C	−246,046 ° C	0,9002 g · L -1	58 pm	[ El ] 2s 2 2p 6	2 080,7 kJ · mol -1	-
Fosfor	30.97376200 u	44,15 ° C	280,5 ° C	1,823 g · cm -3	107 ± 3 pm	[ Ne ] 3s 2 3p 3	1 011,8 kJ · mol -1	2.19
Sulf	32.0675 u	115,21 ° C	444,6 ° C	2,07 g · cm -3	105 ± 3 pm	[ Ne ] 3s 2 3p 4	999,6 kJ · mol -1	2.58
Clor	35.4515 u	−101,5 ° C	-34,04 ° C	3,2 g · L -1	102 ± 4 pm	[ Ne ] 3s 2 3p 5	1 251,2 kJ · mol -1	3.16
Argon	39.948 (1) u	-189,34 ° C	-185,848 ° C	1,784 g · L -1	106 ± 22:00	[ Ne ] 3s 2 3p 6	1 520,6 kJ · mol -1	-
Seleniu	78.971 (8) u	221 ° C	685 ° C	4,81 g · cm -3	120 ± 4 pm	[ Ar ] 4s 2 3d 10 4p 4	941,0 kJ · mol -1	2,55
Brom	79.904 (3) u	−7,2 ° C	58,8 ° C	3,1028 g · cm -3	120 ± 3 pm	[ Ar ] 4s 2 3d 10 4p 5	1 139,9 kJ · mol -1	2,96
Krypton	83.798 (2) u	−157,37 ° C	−153,415 ° C	3,749 g · L -1	116 ± 4 pm	[ Ar ] 4s 2 3d 10 4p 6	1 350,8 kJ · mol -1	3.00
Iod	126.90447 u	113,7 ° C	184,3 ° C	4,933 g · cm -3	139 ± 3 pm	[ Kr ] 5s 2 4d 10 5p 5	1 008,4 kJ · mol -1	2,66
Xenon	131.293 (6) u	−111,75 ° C	-108,099 ° C	5,894 g · L -1	140 ± 21:00	[ Kr ] 5s 2 4d 10 5p 6	1 170,4 kJ · mol -1	2.6
Radon	[222]	−71 ° C	-61,7 ° C	9,73 g · L -1	150 pm	[ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6	1037 kJ · mol -1	2.2

Deși metalele sunt de cinci ori mai numeroase decât nemetalele, acestea din urmă constituie aproape toate ființele vii: hidrogenul, carbonul, azotul, oxigenul și fosforul sunt principalii constituenți ai moleculelor biologice, în timp ce sulful și, într-o măsură mai mică, seleniul intră în compoziția multor proteine . Numai oxigenul constituie aproape jumătate din masa scoarței terestre , a oceanelor și a atmosferei . În cele din urmă, hidrogenul și heliul constituie împreună mai mult de 99% din materia barionică a Universului observabil .

Nemetale solide la presiune și la temperatura ambiantă
Grafit de carbon și diamant .
Fosfor alb .
Fosfor negru .
Sulful .
Seleniu gri și roșu.
Iod .

Tipologia nemetalelor

Hei

Născut

n / A

Aceasta

Vezi

Sr.

În

Citit

*
*

Mt.

↓

Acest

Relatii cu publicul

P.m

A avut

Doamne

*
*

Ar putea

A.m

Este

Metale alcaline

Metale alcalino-pământoase

Născut

Nemetalice monatomice

Natura chimică necunoscută

Spre deosebire de metale, nemetalele formează corpuri simple în care atomii sunt uniți prin legături covalente sau legături intermoleculare și nu prin legături metalice . Pe măsură ce traversăm tabelul periodic spre dreapta de la metaloizi, atomii din corpuri unice tind să formeze un număr scăzut de legături covalente cu atomii vecini:

Atomii de carbon diamantat , de exemplu, formează legături covalente cu patru atomi învecinați dispuși în vârful unui tetraedru regulat , ceea ce conferă o duritate excepțională structurii cristaline rezultate. Pe de altă parte, atomii de carbon grafit , se leagă cu trei atomi vecini pentru a forma o structură hexagonală plană. Cei cu fosfor alb stabilesc, de asemenea, trei legături, pentru a forma o moleculă P 4tetraedric , în timp ce fosforul negru se caracterizează printr-o structură care amintește de grafit, în care fiecare atom este legat de alți trei.
Sulf atomi , la rândul lor, să stabilească legături cu doi atomi învecinate pentru a forma un cyclooctasulfur S 8 structură ciclică.. Seleniu roșie , de asemenea , prezent , astfel de cicluri Dacă 8, dar seleniul gri, care este un semiconductor , are o structură formată din lanțuri liniare în care fiecare atom este legat de alți doi.
Hidrogen , azotul , oxigenul și halogen formează molecule diatomice în care fiecare atom este legat covalent la un singur alt atom.
În cele din urmă, gazele nobile sunt monoatomice : fiecare atom rămâne singur și nu are alt atom legat covalent.

Această tendință progresivă de a reduce numărul de legături covalente pe atom merge mână în mână cu afirmarea crescândă a caracterului nemetalic al corpului unic. Astfel, este posibilă clasificarea nemetalelor în trei familii :

a nemetale poliatomice , formând patru, trei sau două legături covalente per atom, și care sunt solide la temperatura și presiunea ambiantă, pot prezenta proprietăți aproxima metaloide (grafit de carbon, seleniu fosfor gri și negru, de exemplu);
a nemetale diatomice , formând o legătură covalentă cu atom, și , prin urmare molecule diatomice , care pot fi faze metalice de înaltă presiune ( de metal de hidrogen și oxigen Phase ζ , de exemplu);
a gazelor nobile , monoatomice, care sunt chimic foarte nereactive, și complet inert la primele două.

Nemetale poliatomice

Există patru nemetale poliatomice în starea standard : carbon , fosfor , sulf și seleniu . Coordonarea lor variază de la 4 pentru diamant la 2 pentru sulf și seleniu, trecând prin 3 pentru grafit și fosfor. Toate sunt solide în starea standard și prezintă un caracter metalic mai pronunțat decât alte nemetale. Astfel au, în general, un alotrop semiconductor , cum ar fi grafitul de carbon și seleniul gri.

Sulful este cel mai puțin metalic dintre cele patru, alotropurile sale fiind destul de fragile și sticloase, cu conductivitate electrică scăzută . Cu toate acestea, poate prezenta aspecte metalice, de exemplu prin maleabilitatea sulfului amorf și aspectul metalic al polietiazilului (SN) x, care evocă bronzul .

Nemetalele poliatomice se disting de nemetale prin coordonarea lor ridicată, precum și punctul de topire ridicat și punctul de fierbere al formei lor cele mai stabile termodinamic . Au, de asemenea, cea mai largă amplitudine a lichidului (adică intervalul de temperatură la care sunt lichizi la presiunea atmosferică), precum și cea mai mică volatilitate la temperatura camerei.

Ele prezintă, de asemenea, o alotropie dezvoltată, precum și o tendință marcată la catenare , dar o afinitate slabă cu legăturile de hidrogen . Aptitudinea carbonului pentru catenare este fundamentală atât în chimia organică, cât și în biochimie , în măsura în care stă la baza întregii chimii a hidrocarburilor și asigură existența lanțurilor de carbon care constituie coloana vertebrală a nenumăratelor molecule biologice.

Nemetale diatomice

Există șapte nemetale diatomice în starea standard : hidrogen ( H 2), Azot ( N 2), oxigen ( O 2), fluor ( F 2), Clor ( CI 2), brom ( Br 2) și iod ( I 2). Cinci dintre ele sunt gazoase la temperatura și presiunea camerei, celelalte două fiind volatile la temperatura camerei. Ele sunt în general foarte bune izolatoare electrice și sunt foarte electronegative . Excepțiile de la aceste reguli generale se află la capetele familiei : hidrogenul este slab electronegativ datorită configurației sale electronice particulare, în timp ce iodul sub formă cristalizată este semiconductor în planul straturilor sale atomice, dar izolant în direcție.

Nemetalele diatomice se caracterizează prin coordonarea lor egală cu 1, precum și prin punctul lor de topire și punctul de fierbere mai mic decât cel al nemetalelor poliatomice. Amplitudinea lor lichidă este, de asemenea, mai îngustă, iar cele care nu sunt condensate sunt mai volatile la temperatura camerei. Ele prezintă o alotropie mai puțin dezvoltată decât cele ale nemetalelor poliatomice, precum și o tendință mai puțin marcată de concatenare . Pe de altă parte, acestea prezintă o capacitate mai marcată de a stabili legături de hidrogen . În cele din urmă, energia lor de ionizare este, de asemenea, mai mare.

Nemetale monatomice: gaze nobile

Există șase gaze nobile : heliu , neon , argon , kripton , xenon și radon . Ele formează o familie de elemente deosebit de omogenă. În condiții normale de temperatură și presiune, toate sunt gaze incolore, care sunt inerte chimic sau nu sunt foarte reactive. Fiecare dintre aceștia are cea mai mare energie de ionizare în perioada lor și stabilesc doar legături interatomice foarte slabe, rezultând un punct de topire și un punct de fierbere foarte scăzut (toate sunt gazoase la presiune și temperatură. Ambiant, inclusiv radon, care are o masă atomică mai mare de cea a plumbului ).

Proprietăți comparative ale nemetalelor poliatomice, diatomice și monoatomice (gaze nobile)

Proprietăți fizice	Nemetale poliatomice	Nemetale diatomice	gaze nobile
Coordonare	2 , 3 sau chiar 4 ( diamant )	1	0
Stare standard	Solid	Majoritatea gazoase	Gazos
Aspect	Culori variabile, suprafețe cu aspect sticlos	Culori variabile, suprafețe plictisitoare în stare solidă, cu excepția iodului , luciu parțial metalic	Incolor
Alotropie	Mulți alotropi	Puțini alotropi	Fără alotropi
Elasticitate	Corpuri simple, cel mai adesea fragile, cu forme, de asemenea, maleabile ( C ), flexibile ( P ) sau ductile ( C , S , Se )	Casant în stare solidă	Moale și fără rezistență mecanică mare în stare solidă (sunt ușor de zdrobit)
Conductivitate electrică (Scm -1 )	Da spre bun (de la 5,2 × 10 −18 pentru sulf la 3 × 10 4 pentru grafit )	Rea spre slab (de la aproximativ 10 −18 pentru gazele diatomice la 1,7 × 10 −8 pentru iod )	Rău (~ 10 −18 )
Punct de topire (K)	Destul de mare ( 389 K până la 3.800 K )	Destul de scăzut ( 15 K până la 387 K )	Minim până la foarte mic ( 1 K până la 202 K )
Punct de fierbere (K)	De la mare la foarte mare ( 718 K la 4300 K )	Până la destul de mare ( 21 K la 458 K )	Minim până la foarte mic ( 5 K până la 212 K )
Interval lichid (K)	Destul de extins ( 232 - 505 K )	Mai îngust ( 6 până la 70 K )	Foarte îngust ( 2 - 9 K )
Volatilitate (temperatura ambiantă)	Volatilitate redusă	Mai volatil	În general, cel mai volatil
Proprietăți chimice	Nemetale poliatomice	Nemetale diatomice	gaze nobile
Natura chimică	Nemetalic până la parțial metalic	Nemetalic, iodul fiind parțial metalic	Inert la nemetalic, radonul fiind parțial cationic
Energia de ionizare (kJ mol −1 )	Destul de scăzut (9,75-11,26)	Mai mare (10.45 - 17.42)	Printre cele mai mari (10,75 până la 24,59)
Electronegativitate (scara Allen)	Destul de scăzut (2,253 - 2,589)	Mai mare (2.300 la 4.193)	Printre cele mai mari (2,582-4,789)
Stări de oxidare	• Stări de oxidare pozitive și negative pentru toate aceste elemente • De la ‒4 pentru C la +6 pentru S și Se	• Stări de oxidare negative pentru toate aceste elemente, dar instabile pentru H • Stări de oxidare pozitive pentru toate aceste elemente, cu excepția F , în mod excepțional pentru O • De la ‒3 pentru N la +7 pentru Cl , Br și I	• Au fost observate numai stări de oxidare pozitive și numai pentru cele mai grele gaze nobile • de la +2 pentru Kr , Xe și Rn la +8 pentru Xe
Catenare	Tendință marcată	Mai puțină tendință	Puțină afinitate
Legături de hidrogen	Aptitudine scăzută	Aptitudine puternică	Cunoscut pentru Ar , Kr , Xe
Oxizi	• Cel puțin o formă polimerică pentru toate aceste elemente • Majoritatea acestor elemente ( P , S , Se ) formează ochelari ; dioxid de carbon CO 2formează un pahar la 40 GPa	• Oxizii de iod există sub formă polimerică • Aceste elemente nu formează ochelari	• XEO 2este polimeric; oxizii altor gaze nobile sunt moleculare • Aceste elemente nu formează ochelari

Alotropie

Multe nemetale au mai multe forme alotrope care prezintă proprietăți mai mult sau mai puțin metalice, în funcție de caz. Grafit , stare standard de carbon , și are un aspect lucios și este o destul de bun conductor de electricitate . În schimb, diamantul are un aspect transparent și este un conductor slab de electricitate, deci este clar că nu este metalic. Există și alotropi de carbon, cum ar fi buckminsterfullerene C 60. Azot poate forma, în afară de diazot N 2standard, tetrazot N 4, alotrop gazos instabil cu o durată de viață de ordinul unei microsecunde . Standardul de oxigen este forma diatomică a dioxigenului O 2dar există și ca moleculă triatomică sub formă de ozon O 3instabil cu o durată de viață de ordinul a jumătate de oră. Fosforul are distincția de a avea forme alotropice mai stabile starea standard, fosfor alb P 4. Astfel, roșu fosfor fosfor alb derivat prin încălzire peste 300 ° C . Mai întâi este amorf , apoi cristalizează în sistemul cub dacă continuă încălzirea. Fosfor negru este forma termodinamic stabilă, fosfor, grafit-ca structura, cu o strălucire luminoasă și proprietăți electrice similare. Fosforul există și sub formă de difosfor P 2instabil. Sulful are mai mult decât forme alotropice oricare alt element. În afară de așa-numitul sulf plastic, toate sunt nemetalice. Seleniul are o multitudine de izotopi nemetalice și o formă conductoare de electricitate, seleniu gri. Iodul există , de asemenea , sub formă amorfă din materiale semiconductoare.

Gaze nobile, halogeni și „CHNOPS”

Hei

Născut

n / A

Aceasta

Vezi

Sr.

În

Citit

*
*

Mt.

↓

Acest

Relatii cu publicul

P.m

A avut

Doamne

*
*

Ar putea

A.m

Este

Metale alcaline

Metale alcalino-pământoase

„ CHNOPS ”

Halogen

Hei

gaze nobile

Mt.

Natura chimică necunoscută

Dintre nemetale, este destul de obișnuit să se ia în considerare separat familiile de halogeni și gaze nobile , care au proprietăți chimice foarte caracteristice, lăsând ca „alte nemetale” hidrogen , carbon , azot , oxigen , fosfor , sulf și seleniu , reprezentat colectiv de acronimul „ CHNOPS ”.

Cele Gazele nobile formează într - adevăr , o familie clar individualizat între nemetale datorită inerției lor chimice remarcabile, în total pentru cele două cele mai ușoare - heliu și neon - și lăsând loc pentru o reactivitate chimică foarte slabă ca unul coboară de-a lungul 18 - lea coloană , astfel încât xenonul este cel mai reactiv din familie - radonul chimic este slab înțeles din cauza radioactivității acelui element.
Spre deosebire de gazele nobile, halogenii sunt deosebit de reactivi, dar reactivitatea lor chimică scade odată cu coborârea de-a lungul celei de-a 17- a coloane. Fluor este astfel cea mai reactivă dintre cei patru, formând compuși cu aproape orice alte elemente chimice cu excepția heliu și neon.
Cele șapte nemetale care nu aparțin acestor două familii chimice se întâmplă să fie cei șapte constituenți principali ai materiei vii, ceea ce i-a determinat să fie grupați împreună sub acronimul CHNOPS - care totuși nu include seleniu. - în special în domeniul exobiologiei și științelor mediului . Tabelul de mai jos rezumă câteva dintre proprietățile lor:

Unele proprietăți ale " CHNOPS "

Element	Stare standard	Conductivitate termică (W m -1 K -1 )	Conductivitate electrică (S m -1 )	Oxid	importanță fiziologică	Funcții biochimice
Hidrogen	Gaz	1,8 × 10 -1	-	Amfolit	Element macro	Omniprezente ( proteine , lipide , carbohidrați )
Carbon	Solid diamagnetic	1,3 × 10 2	6,1 × 10 4	Acid slab	Element macro	Omniprezente ( proteine , lipide , carbohidrați )
Azot	Gaz	2,6 × 10 -2	-	Acid puternic	Element macro	Omniprezente ( proteine , cofactori , baze nucleice )
Oxigen	Gaz parametagnetic	2,7 × 10 -2	-	Neutru	Element macro	Omniprezent
Fosfor	Solid	2,4 × 10 -1	1,0 × 10 -9	Acid slab	Element macro	Acizii nucleici ( ADN și ARN ) energie metabolică ( ATP ) membrane biologice ( fosfolipide ) Mineralizarea a dinților și a oaselor ( hidroxiapatita Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2)
Sulf	Solid	2,7 × 10 -1	0,5 × 10 -15	Acid puternic	Element macro	Proteine , prin cisteină și metionină Curing a lanțurilor peptidice prin punți disulfidice Abundent în cheratina de fanere cutanate
Seleniu	Solid	2,0 × 10 0	1,0 × 10 -4	Acid puternic	Oligoelement	Selenoproteins , prin selenocysteine reducerea de specii reactive de oxigen ( glutation peroxidaza ) Funcționarea tiroidei ( iodothyronine deiodinase )

Note

heliu la presiune atmosferică nu există în stare solidă; se solidifică la -272,2 ° C sub o presiune de cel puțin 2,5 MPa .
Carbonul există astfel sub forma de grafit expandat sau Nanotuburi lungime metrice de fosfor există ca fosfor alb flexibil și la fel de moale ca ceara , care poate fi tăiat cu un cuțit , la temperatura camerei, sulful există în formă de plastic, și seleniu în formă de sârmă.

Referințe

(in) CRC Handbook of Chemistry and Physics , Secțiunea 1: Constantele de bază, unitățile și factorii de conversie , subsecțiunea: Configurarea electronică a atomilor neutri în statul de bază , ediția a 84- a online, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2003.
(în) PG Nelson , „ Clasificarea substanțelor după caracterul electric: o alternativă la clasificarea după tipul de legătură ” , Journal of Chemical Education , vol. 71, n o 1, Ianuarie 1994, p. 24 ( DOI 10.1021 / ed071p24 , Bibcode 1994JChEd..71 ... 24N , citiți online )
(în) H. Godfrin , " Capitolul 4 Proprietăți experimentale ale lui 3 este grafit adsorbit " , Progres în fizica temperaturilor joase , vol. 14, 1995, p. 213-320 ( DOI 10.1016 / S0079-6417 (06) 80018-1 , citiți online )
(în) Kenneth S. Pitzer , „ Fluorură de radon și elementul 118 ” , Journal of the Chemical Society, Chemical Communications , nr . 18, 1975, p. 760-761 ( DOI 10.1039 / C3975000760B , citiți online )
(în) F Cacace, G. și A. Petris Troiani , " Detectarea experimentală a tetranitrogenului " , Știința , vol. 295, nr . 5554, 18 ianuarie 2002, p. 480-481 ( PMID 11799238 , DOI 10.1126 / science.1067681 , Bibcode 2002Sci ... 295..480C , citiți online )
(în) BV Shanabrook, JS Lannin și IC Hisatsune , „ Inelastic Light Scattering in a Onefold-Coordinated Amorphous Semiconductor ” , Physical Review Letters , vol. 46, n o 2 12 ianuarie 1981, p. 130-133 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.46.130 , Bibcode 1981PhRvL..46..130S , citiți online )
(în) Lou Laux , „ Schimbările climatice globale: o altă perspectivă ” , Buletin Ecological Society of America , vol. 90, n o 2 aprilie 2009, p. 194-197 ( DOI 10.1890 / 0012-9623-90.2.194 , citiți online )

linkuri externe

IUPAC : Pagina de legături către tabelul periodic
IUPAC : Tabel periodic periodic din 22.06.2007

Hei

Născut

n / A

Aceasta

Vezi

Sr.

În

Acest

P.m

Citit

A.m

Este

Mt.

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

Metale alcaline	Pământ alcalin	Lantanide	Metale de tranziție	Metale slabe	metal- loids	Non metale	gene halo	Gazele nobile	Elemente neclasificate
		Actinide
		Superactinide