Niemetale
Niemetale to, w odróżnieniu od litowców czy fluorowców, nie jedna kolumna tablicy, tylko cała rodzina pierwiastków skupiona w prawej górnej części układu okresowego, powyżej linii schodkowej oddzielającej je od metali. W tym zestawieniu opisujemy siedem z nich: wodór, węgiel, azot, tlen, fosfor, siarkę i selen. Widać po danych, że pochodzą z różnych grup, od pierwszej po szesnastą, a mimo to zachowują się podobnie. Nie mają metalicznego połysku ani sprężystości, w stanie stałym są kruche, źle przewodzą prąd i ciepło, a przede wszystkim mają wysoką elektroujemność, więc w reakcjach raczej przyjmują elektrony, niż je oddają. Między sobą łączą się wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc cząsteczki takie jak H₂, N₂ czy O₂. To właśnie z niemetali zbudowane są organizmy żywe, powietrze i woda.
Pierwiastki należące do grupy: Niemetale
| Z | Pierwiastek | Symbol | Masa | Wartościowość | Opis |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Wodór | H | 1,008 u | I | Najlżejszy i najczęstszy pierwiastek we Wszechświecie — u nas głównie w wodzie, a coraz częściej w zbiornikach paliwa. |
| 6 | Węgiel | C | 12,011 u | IV, II | Szkielet każdej żywej istoty — i, w innym ułożeniu atomów, diament oraz grafit w ołówku. |
| 7 | Azot | N | 14,007 u | III, V | Cztery piąte powietrza, którym oddychasz, i podstawa nawozów, które karmią świat. |
| 8 | Tlen | O | 15,999 u | II | Bez niego nie ma ani oddechu, ani ognia, ani rdzy. |
| 15 | Fosfor | P | 30,974 u | III, V | Buduje DNA i kości, a w wersji czerwonej zapala zapałki o draskę. |
| 16 | Siarka | S | 32,06 u | II, IV, VI | Żółte bryły z okolic wulkanów; przemysł robi z niej kwas siarkowy, najważniejszy odczynnik świata. |
| 34 | Selen | Se | 78,971 u | II, IV, VI | Mikroskopijne ilości są nam potrzebne w diecie; kiedyś widział światło w kserokopiarkach. |
Właściwości — Niemetale
Wspólnym mianownikiem tej grupy jest wysoka elektroujemność. Najwyższą z opisywanych tu pierwiastków ma tlen, 3,44, dalej azot 3,04, siarka 2,58, węgiel i selen po 2,55, wodór 2,2 i fosfor 2,19. Wszystkie te wartości leżą wyraźnie powyżej tego, co mają metale z pierwszych dwóch grup. Pod względem fizycznym niemetale są za to bardzo różnorodne i nie da się dla nich podać jednej reguły. Wodór, azot i tlen to gazy o skrajnie niskich temperaturach przemian: wodór wrze w −252,87 °C, azot w −195,79, tlen w −182,96. Fosfor topnieje w 44,15, siarka w 115,21, selen w 221, a węgiel dopiero w 3550 stopniach, czyli w tej samej grupie pierwiastków mieszczą się skrajności całej tablicy. Podobnie rozstrzelona jest gęstość, od 0,00008988 dla wodoru do 4,81 dla selenu. Wielu z tych pierwiastków dotyczy też zjawisko alotropii, czyli występowania w kilku odmianach: węgiel tworzy grafit, diament i grafen, a fosfor odmianę białą i czerwoną.
Zastosowanie — gdzie spotykamy te pierwiastki
Tlen jest potrzebny do oddychania, do spalania i do hutnictwa, a w butlach szpitalnych ratuje życie. Wodór stanowi połowę atomów w cząsteczce wody, napędza ogniwa paliwowe i jest w rafineriach surowcem do przerobu ropy; we Wszechświecie to najczęstszy pierwiastek i paliwo gwiazd. Węgiel buduje szkielet wszystkich związków organicznych, a w postaci pierwiastkowej daje grafit z ołówka, diament i grafen. Azot wypełnia cztery piąte powietrza, w postaci ciekłej służy do głębokiego mrożenia, a jego związki są podstawą nawozów sztucznych, od których zależy wielkość zbiorów na świecie. Fosfor wchodzi w skład DNA i kości, zapala zapałki i również trafia do nawozów. Siarka to surowiec do produkcji kwasu siarkowego, najczęściej używanego odczynnika w przemyśle, a także składnik procesu wulkanizacji opon i wielu leków. Selen jest potrzebny w diecie w bardzo małych ilościach i pracuje w szamponach przeciwłupieżowych.
Niemetale w szkole — co trzeba wiedzieć
Pierwsza rzecz do zapamiętania jest formalna: niemetale nie są grupą układu okresowego, tylko zbiorem pierwiastków rozrzuconych po prawej górnej części tablicy, powyżej linii schodkowej. Pytanie o numer grupy niemetali nie ma odpowiedzi i to bywa pułapką na sprawdzianie. Druga rzecz to umiejętność odróżnienia metalu od niemetalu po cechach: brak połysku, kruchość, słabe przewodzenie prądu i wysoka elektroujemność. Trzecia to zapis cząsteczek, bo wodór, azot i tlen w stanie wolnym występują jako H₂, N₂ i O₂, a nie jako pojedyncze atomy, i pominięcie dwójki to najczęściej tracony punkt w równaniach. Czwarta to tlenki: niemetale tworzą z tlenem tlenki kwasowe, które z wodą dają kwasy, na przykład SO₃ z wodą daje H₂SO₄, a CO₂ daje H₂CO₃. Warto też pamiętać o wodorze, który w tablicy stoi nad litowcami, w pierwszej grupie, ale metalem nie jest. Dobre ćwiczenie w domu to wskazanie na tablicy granicy między metalami a niemetalami i nazwanie po jednym pierwiastku z każdej strony.
Najczęstsze pytania — Niemetale
Czym różni się metal od niemetalu?
Metale mają połysk, są kowalne i dobrze przewodzą prąd oraz ciepło, a w reakcjach oddają elektrony. Niemetale są matowe, w stanie stałym kruche, przewodzą źle i elektrony raczej przyjmują, bo mają wysoką elektroujemność: tlen 3,44, azot 3,04, siarka 2,58. Granicę między nimi wyznacza w tablicy linia schodkowa w prawej części układu.
Czy wodór jest metalem, skoro stoi w pierwszej grupie?
Nie jest. Wodór umieszczono nad litowcami dlatego, że ma jeden elektron walencyjny, ale na tym podobieństwo się kończy. To gaz, który wrze w −252,87 °C, ma elektroujemność 2,2 i tworzy cząsteczki H₂ z wiązaniem kowalencyjnym. Zaliczanie wodoru do metali alkalicznych to jeden z najczęstszych błędów na sprawdzianach.
Dlaczego węgiel raz jest miękkim grafitem, a raz twardym diamentem?
Bo w obu przypadkach są to te same atomy węgla, tylko inaczej połączone. To zjawisko nazywa się alotropią. W diamencie każdy atom wiąże się z czterema sąsiadami w sztywną przestrzenną siatkę, w graficie atomy tworzą płaskie warstwy, które łatwo przesuwają się względem siebie i dlatego zostawiają ślad na papierze.
Które niemetale są niezbędne do życia?
Przede wszystkim węgiel, wodór, tlen, azot, fosfor i siarka. Węgiel buduje szkielet związków organicznych, tlen i wodór tworzą wodę, azot wchodzi w skład białek, fosfor buduje DNA i kości, a siarka występuje w niektórych aminokwasach. Selen jest potrzebny również, ale w ilościach śladowych, mierzonych mikrogramami dziennie.
← Wszystkie grupy · Układ okresowy · Układ okresowy do druku