Најважније из лекције
Агрегатна стања: Неметали на СТП могу бити гасовити (\(\text{H}_2, \text{N}_2, \text{O}_2, \text{Cl}_2\), племенити гасови), чврсти (\(\text{C}, \text{P}, \text{S}, \text{I}_2\)) и један течан – бром (\(\text{Br}_2\)).
Алотропија: Појава више облика истог елемента: \(\text{O}_2/\text{O}_3\), графит/дијамант (\(\text{C}\)), бели/црвени фосфор (\(\text{P}\)), ромбични/моноклинични сумпор (\(\text{S}_8\)).
Физичка својства: Лоши проводници струје и топлоте (изузетак графит), мале густине, ниске температуре топљења (изузетак угљеник).
Растворљивост: Због неполарности слабо се растварају у води, а добро у неполарним растварачима (нпр. сумпор у \(\text{CS}_2\), јод у неполарним органским растварачима). Флуор и хлор реагују са водом.
Алотропија: Појава више облика истог елемента: \(\text{O}_2/\text{O}_3\), графит/дијамант (\(\text{C}\)), бели/црвени фосфор (\(\text{P}\)), ромбични/моноклинични сумпор (\(\text{S}_8\)).
Физичка својства: Лоши проводници струје и топлоте (изузетак графит), мале густине, ниске температуре топљења (изузетак угљеник).
Растворљивост: Због неполарности слабо се растварају у води, а добро у неполарним растварачима (нпр. сумпор у \(\text{CS}_2\), јод у неполарним органским растварачима). Флуор и хлор реагују са водом.
Агрегатна стања на СТП: На собној температури и атмосферском притиску неметали се јављају у сва три агрегатна стања:
- Гасовито: граде га двоатомни молекули (\(\text{H}_2\), \(\text{N}_2\), \(\text{O}_2\), \(\text{F}_2\), \(\text{Cl}_2\)), троатомни молекул озона (\(\text{O}_3\)), као и племенити гасови (18. група) који се састоје од појединачних, невезаних атома.
- Течно: бром (\(\text{Br}_2\)) је једини неметал у течном стању на СТП (испарљива смеђа течност).
- Чврсто: угљеник (\(\text{C}_n\)), фосфор (\(\text{P}_4\), \(\text{P}_n\)), сумпор (\(\text{S}_8\)) и јод (\(\text{I}_2\)).
Флуор (\(\text{F}_2\)) и хлор (\(\text{Cl}_2\)) су обојени гасови жутозелене боје, док су водоник, кисеоник и азот безбојни.
Који је једини неметал у течном агрегатном стању при стандардним условима?
Одговор: Једини течни неметал на СТП је бром (\(\text{Br}_2\)).
Алотропија: Појава да се исти неметал јавља у облику више различитих елементарних супстанци (алотропских модификација) које се разликују по кристалној структури или броју атома у молекулу:
- Кисеоник: дикисеоник (\(\text{O}_2\)) и озон (\(\text{O}_3\)).
- Угљеник: графит и дијамант (\(\text{C}_n\), где је \(n\) променљив број атома).
- Фосфор: бели фосфор (\(\text{P}_4\)) и црвени фосфор (\(\text{P}_n\)).
- Сумпор: ромбични и моноклинични сумпор (\(\text{S}_8\)).
Графит и дијамант су изграђени од истих атома угљеника, али због различитог просторног распореда веза имају драстично различита физичка својства (дијамант је изузетно тврд и прозиран, а графит је мек, црн и проводи електричну струју).
Које две стабилне алотропске модификације гради кисеоник и колико атома садрже њихови молекули?
Одговор: Кисеоник гради дикисеоник (\(\text{O}_2\)) који садржи два атома и озон (\(\text{O}_3\)) који садржи три атома кисеоника.
Карактеристична физичка својства:
- Електрична проводљивост: не проводе струју (изолатори), уз изузетак графита.
- Топлотна проводљивост: слабо проводе топлоту.
- Тврдоћа: углавном су меки и крти, са изузетком дијаманта који је најтврђа позната супстанца.
- Густина: имају углавном мале густине (изузетак: јод има већу густину од појединих лаких метала попут алуминијума).
- Боја и изглед: могу бити обојени (сумпор је жут, бром смеђ, графит црн) или прозирни (дијамант).
Заједничка својства већине неметала последица су присуства неполарних ковалентних веза између атома у молекулима и слабих ван дер Валсових сила између самих молекула (молекулске кристалне решетке).
Који неметал представља изузетак међу неметалима по електричној проводљивости, а који по тврдоћи?
Одговор: По електричној проводљивости изузетак је графит (проводи струју), а по тврдоћи дијамант (најтврђа супстанца).
Температуре топљења неметала углавном су веома ниске у поређењу са металима, јер је за раскидање међумолекулских ван дер Валсових сила потребна мала енергија. Супстанце гасовитог стања на СТП имају температуре топљења знатно испод \(0\ ^\circ\text{C}\).
Изузетак су неметали са атомским кристалним решеткама као што је угљеник (дијамант и графит), који због јаких ковалентних веза кроз целу структуру имају изузетно високе температуре топљења (преко \(3500\ ^\circ\text{C}\)).
\[
\begin{array}{|l|c|c|c|c|c|c|c|c|}
\hline
\text{Хемијски елемент} & _{11}\text{Na} & _{12}\text{Mg} & _{13}\text{Al} & _{14}\text{Si} & _{15}\text{P} & _{16}\text{S} & _{17}\text{Cl} & _{18}\text{Ar} \\
\hline
\text{Температура топљења (°C)} & 98 & 649 & 660 & 1410 & 44 & 113 & -101 & -189 \\
\hline
\end{array}
\]
Зашто хлор (\(\text{Cl}_2\)) и аргон (\(\text{Ar}\)) имају температуре топљења испод \(0\ ^\circ\text{C}\)?
Одговор: Зато што су на собној температури у гасовитом агрегатном стању, што значи да на температурама знатно нижим од собне прелазе из чврстог у течно, односно гасовито стање услед веома слабих међучестичних интеракција.
Растворљивост у води (поларни растварач): Неметали су практично нерастворљиви или слабо растворљиви у води јер су њихови молекули неполарни (по принципу „слично се у сличном раствара”).
Изузетак су флуор (\(\text{F}_2\)) и хлор (\(\text{Cl}_2\)) који не подлежу само простом растварању, већ хемијски реагују са водом.
Растворљивост у неполарним растварачима: Неметали се знатно боље растварају у неполарним органским растварачима (нпр. јод се добро раствара у органским неполарним растварачима, а сумпор у угљен-дисулфиду \(\text{CS}_2\)).
У ком ће се растварачу боље растворити кристални јод (\(\text{I}_2\)): у води или у неполарном органском растварачу? Објаснити зашто.
Одговор: Боље ће се растворити у неполарном органском растварачу, јер је молекул јода неполаран, а неполарне супстанце се добро растварају у неполарним растварачима, док се у поларној води растварају веома слабо.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Одреди агрегатна стања следећих халогених елемената на собној температури и атмосферском притиску (СТП): флуор (\(\text{F}_2\)), хлор (\(\text{Cl}_2\)), бром (\(\text{Br}_2\)) и јод (\(\text{I}_2\)).
Одговор:
- Флуор (\(\text{F}_2\)) – гасовито
- Хлор (\(\text{Cl}_2\)) – гасовито
- Бром (\(\text{Br}_2\)) – течно
- Јод (\(\text{I}_2\)) – чврсто
Задатак 2 (средњи): Иако су и дијамант и сумпор (\(\text{S}_8\)) неметали у чврстом агрегатном стању, дијамант има температуру топљења преко \(3500\ ^\circ\text{C}\), док се сумпор топи на око \(113\ ^\circ\text{C}\). Објасни узрок ове разлике.
Одговор: Дијамант има атомску кристалну решетку у којој су сви атоми угљеника повезани изузетно јаким ковалентним везама у свим правцима, за чије је кидање потребна огромна топлотна енергија. Сумпор има молекулску кристалну решетку грађену од молекула \(\text{S}_8\) између којих делују слабе ван дер Валсове силе, које се лако савладавају на ниским температурама.
Задатак 3 (средњи): Зашто се гасови попут кисеоника (\(\text{O}_2\)) слабо растварају у води, и због чега је у акваријумима неопходна стална аерација (удувавање ваздуха)?
Одговор: Кисеоник је неполаран гас, те је његова растворљивост у поларном растварачу као што је вода мала. Аерација повећава контактну површину воде са ваздухом и омогућава континуирано растварање кисеоника како би се одржала довољна концентрација за дисање риба и других водених организама.
Задатак 4 (тежак): Упореди физичка својства метала алуминијума (\(\text{Al}\)) и неметала сумпора (\(\text{S}\)) на основу следећих параметара: агрегатно стање на СТП, електрична проводљивост, механичка својства (кованост/кртост) и природа хемијске везе у кристалу.
Одговор:
- Алуминијум (\(\text{Al}\)): Чврсто агрегатно стање, одличан проводник електричне струје и топлоте, може се ковати и ваљати (пластичан је), поседује металну везу са делокализованим електронима.
- Сумпор (\(\text{S}_8\)): Чврсто агрегатно стање, изолатор (не проводи електричну струју), крт је и лако се дроби у прах, поседује неполарне ковалентне везе унутар молекула и слабе међумолекулске (ван дер Валсове) силе у решетки.
