stringtranslate.com

Неметалл

Неметаллы – это химические элементы , которые в большинстве случаев не имеют характерных металлических свойств. Они варьируются от бесцветных газов, таких как водород, до блестящих кристаллов, таких как йод . Физически они обычно легче (менее плотны), чем металлы; хрупкий или рассыпчатый, если твердый; и часто плохие проводники тепла и электричества . С химической точки зрения неметаллы обладают высокой электроотрицательностью (это означает, что они обычно притягивают электроны в химической связи); и их оксиды имеют тенденцию быть кислыми .

Семнадцать элементов широко признаны неметаллами. Кроме того, некоторые или все из шести пограничных элементов ( металлоидов ) иногда считаются неметаллами.

Два самых легких неметалла, водород и гелий , вместе составляют около 98% массы наблюдаемой Вселенной . Пять неметаллических элементов — водород, углерод, азот , кислород и кремний — составляют основную часть земных океанов , атмосферы , биосферы и коры .

Разнообразные свойства неметаллов позволяют использовать их в различных природных и технологических целях. Водород, кислород, углерод и азот являются важными строительными блоками для жизни. Промышленное использование неметаллов включает электронику , хранение энергии , сельское хозяйство и химическое производство .

Большинство неметаллических элементов не были идентифицированы до 18 и 19 веков. Хотя различие между металлами и другими минералами существовало с древности, основная классификация химических элементов на металлические и неметаллические возникла только в конце 18 века. С тех пор в качестве критериев отличия неметаллов от металлов было предложено более двух десятков свойств.

Определение и применимые элементы

Если не указано иное, в этой статье описывается наиболее стабильная форма элемента в условиях окружающей среды. [б]
Два тускло-серебряных скопления кристаллических осколков.
Хотя мышьяк (в данном случае запечатанный в контейнер для предотвращения потускнения ) имеет блестящий вид и является хорошим проводником тепла и электричества, он мягкий и хрупкий, а его химический состав преимущественно неметаллический. [6]

Неметаллические химические элементы обычно описываются как лишенные свойств, свойственных металлам, а именно блеска, пластичности, хорошей тепло- и электропроводности и общей способности образовывать основные оксиды. [7] [8] Не существует общепринятого точного определения; [9] любой список неметаллов открыт для обсуждения и пересмотра. [1] Включенные элементы зависят от свойств, которые считаются наиболее характерными для неметаллического или металлического характера.

Четырнадцать элементов почти всегда признаются неметаллами: [1] [2]

Еще три обычно классифицируются как неметаллы, но в некоторых источниках их называют « металлоидами », [3] термином, который относится к элементам, которые считаются промежуточными между металлами и неметаллами: [10]

Один или несколько из шести элементов, чаще всего называемых металлоидами, иногда вместо этого считаются неметаллами:

Таким образом , около 15–20% из 118 известных элементов [11] относятся к неметаллам. [с]

Общие свойства

Физический

Разнообразие цвета и формы
некоторых неметаллических элементов.

Неметаллы сильно различаются по внешнему виду: бесцветные, цветные или блестящие. Электроны бесцветных неметаллов (водорода, азота, кислорода и благородных газов) удерживаются достаточно прочно, так что в видимой части спектра не происходит поглощения света и весь видимый свет проходит. [14] Цветные неметаллы (сера, фтор, хлор, бром) поглощают некоторые цвета (длины волн) и передают дополнительные или противоположные цвета. Например, «знакомый желто-зеленый цвет хлора... обусловлен широкой областью поглощения в фиолетовой и синей областях спектра». [15] [d] Блеск бора, графитового углерода, кремния, черного фосфора, германия, мышьяка, селена, сурьмы, теллура и йода [e] является результатом их структур, характеризующихся различной степенью делокализованности (свободноподвижных) электроны, которые рассеивают падающий видимый свет. [18]

Около половины неметаллических элементов — газы; большая часть остальных - твердые вещества. Бром, единственная жидкость, обычно покрыт слоем красновато-коричневых паров. Газообразные и жидкие неметаллы имеют очень низкие плотности, температуры плавления и кипения и являются плохими проводниками тепла и электричества. [19] Твердые неметаллы имеют низкую плотность, низкую механическую и структурную прочность (хрупкость или рассыпчатость), [20] и широкий диапазон электропроводности. [ф]

Это разнообразие форм связано с изменчивостью внутренних структур и механизмов соединения. Неметаллы, существующие в виде отдельных атомов, таких как ксенон, или в виде небольших молекул, таких как кислород, сера и бром, имеют низкие температуры плавления и кипения; многие из них представляют собой газы при комнатной температуре, поскольку они удерживаются вместе слабыми дисперсионными силами Лондона, действующими между их атомами или молекулами. [24] Напротив, неметаллы, которые образуют гигантские структуры, такие как цепочки, содержащие до 1000 атомов селена, [25] листы атомов углерода в графите, [26] или трехмерные решетки атомов кремния [27], имеют более высокую плавление и точки кипения, и все они являются твердыми веществами, поскольку для преодоления их более прочных ковалентных связей требуется больше энергии . [28] Неметаллы, расположенные ближе к левому или нижнему краю таблицы Менделеева (и, следовательно, ближе к металлам), часто имеют слабые металлические взаимодействия между их молекулами, цепочками или слоями; это происходит с бором, [29] углеродом, [30] фосфором, [31] мышьяком, [32] селеном, [33] сурьмой, [34] теллуром [35] и йодом. [36]

Структуры неметаллических элементов отличаются от структур металлов, прежде всего, за счет изменения числа валентных электронов и размера атомов. Металлы обычно имеют меньше валентных электронов, чем доступные орбитали, что приводит к тому, что они делятся электронами со многими соседними атомами, что приводит к центросимметричным кристаллическим структурам. [42] Напротив, неметаллы разделяют только те электроны, которые необходимы для достижения электронной конфигурации благородного газа. [43] Например, азот образует двухатомные молекулы с тройными связями между каждым атомом, оба из которых таким образом приобретают конфигурацию благородного газа неона. Больший размер атома сурьмы предотвращает тройную связь, в результате чего образуются искривленные слои, в которых каждый атом сурьмы одиночно связан с тремя другими соседними атомами. [44]

Электрическая и теплопроводность неметаллов, а также хрупкость твердых неметаллов также связаны с их внутренним устройством. Если в металлах хорошая проводимость и пластичность (податливость, пластичность) обычно связаны с наличием свободно движущихся и равномерно распределенных электронов , то [45] электроны в неметаллах обычно лишены такой подвижности. [46] Среди неметаллических элементов хорошую электро- и теплопроводность имеют только углерод (в виде графита — вдоль его плоскостей), мышьяк и сурьма. [g] Хорошая теплопроводность в остальном наблюдается только у бора, кремния, фосфора и германия; [21] такая проводимость передается посредством колебаний кристаллических решеток этих элементов. [47] Умеренная электропроводность наблюдается у полупроводников [48] бора, кремния, фосфора, германия, селена, теллура и йода. Пластичность возникает при ограниченных обстоятельствах в углероде, как это видно в расслоенном (расширенном) графите [49] [50] и проволоке из углеродных нанотрубок [51] в белом фосфоре (мягком, как воск, податливом и его можно резать ножом при комнатной температуре). ), [52] в пластичной сере , [53] и в селене, который можно вытягивать в проволоки из расплавленного состояния. [54]

Физические различия между металлами и неметаллами возникают из-за внутренних и внешних атомных сил. Внутри атома положительный заряд , исходящий от протонов в ядре атома, удерживает внешние электроны атома на месте. Внешне одни и те же электроны подвержены силам притяжения со стороны протонов соседних атомов. Когда внешние силы больше или равны внутренней силе, ожидается, что внешние электроны станут относительно свободными для перемещения между атомами, и прогнозируются металлические свойства. В противном случае ожидаются неметаллические свойства. [55]

Аллотропы

Три аллотропа углерода
Алмаз , бакминстерфуллерен и графит.

Более половины неметаллических элементов имеют ряд менее стабильных аллотропных форм, каждая из которых имеет свои физические свойства. [56] Например, углерод, наиболее устойчивой формой которого является графит , может проявляться в виде алмаза , бакминстерфуллерена , [57] , аморфной [58] и паракристаллической (смешанной аморфной и кристаллической) [59] вариаций. Аллотропы также встречаются у азота, кислорода, фосфора, серы, селена, шести металлоидов и йода. [60]

Химическая

ваза, содержащая прозрачную золотисто-коричневую жидкость
Красная дымящая азотная кислота : богатое азотом соединение, включающее диоксид азота (NO 2 ), кислотный оксид, используемый при производстве азотной кислоты.

Неметаллы имеют относительно высокие значения электроотрицательности, поэтому их оксиды обычно кислые. Исключения могут возникнуть, если неметалл не очень электроотрицательен, или если его степень окисления низкая, или и то, и другое. Эти некислотные оксиды неметаллов могут быть амфотерными (например, вода, H 2 O [66] ) или нейтральными (например, закись азота, N 2 O [67] [h] ), но никогда не являются основными (как это часто бывает с металлами).

Неметаллы имеют тенденцию приобретать или делиться электронами во время химических реакций, в отличие от металлов, которые имеют тенденцию отдавать электроны. Такое поведение тесно связано со стабильностью электронных конфигураций в благородных газах, имеющих полные внешние оболочки . Неметаллы обычно получают достаточно электронов, чтобы достичь электронной конфигурации следующего благородного газа, тогда как металлы имеют тенденцию терять электроны, в некоторых случаях достигая электронной конфигурации предыдущего благородного газа. Эти тенденции в неметаллических элементах кратко суммируются с помощью эмпирических правил дуэта и октета . [70]

Они обычно демонстрируют более высокие энергии ионизации , сродство к электрону и стандартные электродные потенциалы , чем металлы. Как правило, чем выше эти значения (включая электроотрицательность), тем более неметаллическим является элемент. [71] Например, химически очень активные неметаллы фтор, хлор, бром и йод имеют среднюю электроотрицательность 3,19 — показатель [i] выше, чем у любого отдельного металла. С другой стороны, среднее значение 2,05 для химически слабых металлоидных неметаллов [j] попадает в диапазон от 0,70 до 2,54 для металлов. [65]

Химические различия между металлами и неметаллами в первую очередь проистекают из силы притяжения между положительным зарядом ядра отдельного атома и его отрицательно заряженными внешними электронами. Слева направо в каждом периоде периодической таблицы заряд ядра увеличивается пропорционально количеству протонов в атомном ядре . [72] Следовательно, происходит соответствующее уменьшение атомного радиуса [73], поскольку повышенный заряд ядра притягивает внешние электроны ближе к ядру ядра. [74] В металлах воздействие ядерного заряда обычно слабее по сравнению с неметаллическими элементами. В результате при химической связи металлы имеют тенденцию терять электроны, что приводит к образованию положительно заряженных ионов или поляризованных атомов, в то время как неметаллы имеют тенденцию приобретать эти электроны из-за их более сильного ядерного заряда, что приводит к образованию отрицательно заряженных ионов или поляризованных атомов. [75]

Число соединений, образуемых неметаллами, огромно. [76] Первые 10 мест в таблице «топ-20» элементов, наиболее часто встречающихся в 895 501 834 соединениях, перечисленных в реестре Chemical Abstracts Service на 2 ноября 2021 года, заняли неметаллы. Водород, углерод, кислород и азот вместе присутствовали в большинстве (80%) соединений. Кремний, металлоид, занял 11-е место. Самым рейтинговым металлом с частотой встречаемости 0,14% оказалось железо, занявшее 12-е место. [77] Несколько примеров неметаллических соединений: борная кислота ( H
3БО
3), используется в керамических глазурях ; [78] селеноцистеин ( C
3ЧАС
7НЕТ
2Se ), 21-я аминокислота жизни; [79] полуторный сульфид фосфора (P 4 S 3 ), обнаруженный в спичках ; [80] и тефлон ( (C
2Ф
4) н ), используется для создания антипригарных покрытий сковород и другой кухонной посуды. [81]

Осложнения

Химию неметаллов усложняют аномалии, возникающие в первой строке каждого блока таблицы Менделеева ; неравномерные периодические тенденции; высшие степени окисления; образование множественных связей; и свойства совпадают с металлами.

Аномалия первого ряда

Таблица с семью строками и десятью столбцами. Строки помечены слева номером периода от 1 до 7. Столбцы помечены внизу номером группы. Большинство ячеек представляют собой один химический элемент и имеют две строки информации: символ элемента вверху и его атомный номер внизу. Стол в целом разделен на четыре прямоугольные области, отделенные друг от друга узкими промежутками. Первый прямоугольник заполняет все семь строк первых двух столбцов. Прямоугольник помечен сверху как «s-блок», а два его столбца помечены номерами групп «(1)» и «(2)» внизу. Ячейки в первом ряду — водород и гелий, с символами H и He и атомными номерами 1 и 2 соответственно — заштрихованы красным. Второй прямоугольник заполняет две нижние строки (периоды 6 и 7) третьего столбца. Прямо над этими ячейками находится метка «f-блок»; внизу нет ярлыка группы. Самая верхняя ячейка, помеченная как «La-Yb» для элементов 57–70, заштрихована зеленым цветом. Третий прямоугольник заполняет нижние четыре строки (периоды с 4 по 7) четвертого столбца. Прямо над этими ячейками находится метка «d-блок»; внизу метка «(3-12)» для номеров групп этих элементов. Самая верхняя ячейка, помеченная как «Sc-Zn» для элементов 21–30, закрашена синим цветом. Четвертый и последний прямоугольник заполняет шесть нижних строк (периоды со 2 по 7) последних шести столбцов. Прямо над этими ячейками находится метка «p-блок»; внизу — метки «(13)» — «(18) для номеров групп этих элементов. Клетки в самом верхнем ряду — для элементов бор (В,5), углерод (С,6), азот (N ,7), кислород (О,8), фтор (Fl,9) и неон (Ne,10) - жирными линиями обведены ячейки неметаллов - две верхние ячейки слева и 21 ячейка внутри. правый верхний угол таблицы.

Начиная с водорода, аномалия первого ряда обусловлена ​​главным образом электронными конфигурациями рассматриваемых элементов. Водород особенно примечателен своим разнообразным поведением связывания. Чаще всего он образует ковалентные связи, но может также потерять свой единственный электрон в водном растворе , оставив после себя голый протон с огромной поляризующей способностью. [83] Следовательно, этот протон может присоединяться к неподеленной электронной паре атома кислорода в молекуле воды, закладывая основу кислотно-щелочной химии . [84] Более того, атом водорода в молекуле может образовывать вторую, хотя и более слабую, связь с атомом или группой атомов в другой молекуле. Такое соединение «помогает придать снежинкам шестиугольную симметрию, связывает ДНК в двойную спираль ; формирует трехмерные формы белков ; и даже повышает температуру кипения воды настолько высоко, что можно приготовить приличную чашку чая». [85]

Водород и гелий, а также бор и неон имеют необычно малые атомные радиусы. Это явление возникает из-за того, что подоболочки 1s и 2p не имеют внутренних аналогов (то есть нет нулевой оболочки и подоболочки 1p), и поэтому они не испытывают эффектов отталкивания электронов, в отличие от подоболочек 3p, 4p и 5p более тяжелых элементов. [86] В результате энергии ионизации и электроотрицательности среди этих элементов выше, чем можно было бы предположить в противном случае периодические тенденции . Компактные атомные радиусы углерода, азота и кислорода способствуют образованию двойных или тройных связей. [87]

Хотя обычно по соображениям согласованности электронной конфигурации можно было бы ожидать, что водород и гелий будут размещены поверх элементов s-блока, значительная аномалия первого ряда, показанная этими двумя элементами, оправдывает альтернативное размещение. Водород иногда располагается над фтором в группе 17, а не над литием в группе 1. Гелий обычно помещается над неоном в группе 18, а не над бериллием в группе 2. [88]

Вторичная периодичность

График с вертикальной осью электроотрицательности и горизонтальной осью атомного номера. На графике изображены пять элементов: O, S, Se, Te и Po. Электроотрицательность Se выглядит слишком высокой и вызывает неровности кривой, которая в противном случае была бы гладкой.
Значения электроотрицательности халькогенных элементов группы 16, демонстрирующие W-образное чередование или вторичную периодичность, идущую вниз по группе.

Чередование некоторых периодических трендов, иногда называемое вторичной периодичностью , становится очевидным при нисхождении групп 13-15 и в меньшей степени групп 16 и 17. [89] [1] Сразу после первого ряда металлов d-блока От скандия до цинка 3d-электроны в элементах p-блока , в частности, в галлии (металле), германии, мышьяке, селене и броме, оказываются менее эффективными в экранировании увеличивающегося положительного заряда ядра. Тот же эффект наблюдается с появлением четырнадцати металлов f-блока , расположенных между барием и лютецием , что в конечном итоге приводит к меньшим атомным радиусам, чем ожидалось для элементов, начиная с гафния (Hf). [91]

Советский химик Щукарев  [ru] приводит еще два наглядных примера: [92]

«Токсичность некоторых соединений мышьяка, а также отсутствие этого свойства у аналогичных соединений фосфора [P] и сурьмы [Sb] и способность селеновой кислоты [ H 2 SeO 4 ] переводить металлическое золото [Au] в раствор, и отсутствие этого свойства у серных [ H 2 SO 4 ] и [ H 2 TeO 4 ] кислот».

Высшие степени окисления

Некоторые неметаллические элементы проявляют состояния окисления , которые отклоняются от тех, которые предсказываются правилом октетов, что обычно приводит к валентности –3 в группе 15, –2 в группе 16, –1 в группе 17 и 0 в группе 18. Примеры таких состояния могут включать такие соединения, как аммиак (NH 3 ), сероводород (H 2 S), фторид водорода (HF) и элементарный ксенон (Xe). При этом максимально возможная степень окисления увеличивается с +5 в группе 15 до +8 в группе 18 . Степень окисления +5 наблюдается, начиная со второго периода, в таких соединениях, как азотная кислота (HNO 3 ) и пентафторид фосфора (PCl 5 ). [m] Более высокие степени окисления в более поздних группах возникают, начиная с периода 3, как это видно в гексафториде серы (SF 6 ), гептафториде йода (IF 7 ) и четырехокиси ксенона (XeO 4 ). Для более тяжелых неметаллов их больший атомный радиус и более низкие значения электроотрицательности позволяют образовывать соединения с более высокими степенями окисления, поддерживая более высокие объемные координационные числа . [93]

Образование множественных связей

Цепочка из пяти букв «Н» в форме крыла.
Молекулярная структура пентазения , гомополиатомного катиона азота с формулой N +5 и структурой N−N−N−N−N. [94]

Неметаллы периода 2, особенно углерод, азот и кислород, проявляют склонность к образованию множественных связей. Соединения, образованные этими элементами, часто обладают уникальной стехиометрией и структурой, как это видно на примере различных оксидов азота [93] , которые обычно не встречаются в элементах более поздних периодов.

Недвижимость перекрывается

Хотя некоторые элементы традиционно относят к неметаллам, а другие к металлам, происходит некоторое совпадение свойств. В начале двадцатого века, когда эра современной химии уже утвердилась, Хамфри [96] заметил , что:

... эти две группы, однако, не отделены друг от друга совершенно резко; некоторые неметаллы по некоторым своим свойствам напоминают металлы, а некоторые металлы в чем-то приближаются к неметаллам.
Открытая стеклянная банка с коричневым порошком.
Бор (здесь в его менее стабильной аморфной форме) имеет некоторое сходство с металлами [n]

Примеры металлоподобных свойств, встречающихся в неметаллических элементах, включают:

Примерами неметаллоподобных свойств, встречающихся в металлах, являются:

Относительно недавняя разработка включает в себя определенные соединения более тяжелых элементов p-блока, таких как кремний, фосфор, германий, мышьяк и сурьма, демонстрирующие поведение, обычно связанное с комплексами переходных металлов . Это явление связано с небольшой энергетической щелью между заполненными и пустыми молекулярными орбиталями — областями молекулы, где находятся электроны и где они могут быть доступны для химических реакций. В таких соединениях такое более близкое энергетическое выравнивание обеспечивает необычную реакционную способность с небольшими молекулами, такими как водород (H 2 ), аммиак (NH 3 ) и этилен (C 2 H 4 ), характеристика, ранее наблюдавшаяся в основном в соединениях переходных металлов. Эти реакции могут открыть новые возможности в каталитических приложениях. [105]

Типы

Схемы классификации неметаллов сильно различаются: некоторые включают всего два подтипа, а другие - до семи. Например, периодическая таблица Британской энциклопедии признает благородные газы, галогены и другие неметаллы, а элементы, обычно считающиеся металлоидами, разделяет на «другие металлы» и «другие неметаллы». [106] С другой стороны, семь из двенадцати цветовых категорий в периодической таблице Королевского химического общества включают неметаллы. [107] [д]

Начиная с правой стороны таблицы Менделеева, можно выделить три типа неметаллов:

  относительно инертные благородные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон; [108]
  особенно реакционноспособные галогенные неметаллы — фтор, хлор, бром, йод; [109] и
  смешанная реакционная способность «неклассифицированные неметаллы», набор без широко используемого собирательного названия - водород, углерод, азот, кислород, фосфор, сера, селен. [s] Для удобства здесь используется описательная фраза «неклассифицированные неметаллы» .

Элементы четвертого набора иногда признают неметаллами:

  обычно нереакционноспособные [u] металлоиды [127] иногда рассматривались как третья категория, отличная от металлов и неметаллов, — бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур.

Хотя многие из первых исследователей пытались классифицировать элементы, ни одна из их классификаций не была удовлетворительной. Их разделили на металлы и неметаллы, но вскоре было обнаружено, что некоторые из них обладают свойствами того и другого. Их называли металлоидами. Это только усугубило путаницу, образовав два нечетких разделения там, где одно существовало раньше. [128]

Уайтфорд и Гроб 1939, Основы студенческой химии

Границы между этими типами не резкие. [v] Углерод, фосфор, селен и йод граничат с металлоидами и имеют некоторый металлический характер, как и водород.

Наибольшие разногласия между авторами возникают на металлоидной «пограничной территории». [130] Некоторые считают, что металлоиды отличаются как от металлов, так и от неметаллов, в то время как другие классифицируют их как неметаллы. [4] Некоторые классифицируют некоторые металлоиды как металлы (например, мышьяк и сурьму из-за их сходства с тяжелыми металлами ). [131] [w] Металлоиды напоминают элементы, которые повсеместно считаются «неметаллами», поскольку имеют относительно низкую плотность, высокую электроотрицательность и схожее химическое поведение. [127] [х]

Для контекста: металлическая сторона таблицы Менделеева также широко варьируется по реакционной способности. [y] Высокореактивные металлы заполняют большую часть s- и f-блоков слева, [z] просачиваются в раннюю часть d-блока. После этого реакционная способность обычно снижается ближе к p-блоку, металлы которого не обладают особой реакционной способностью. [aa] Очень нереактивные благородные металлы , такие как платина и золото , сгруппированы на острове внутри d-блока. [137]

благородные газы

стеклянная трубка, удерживаемая перевернутыми щипцами, имеет прозрачную на вид ледяную пробку, которая медленно тает, судя по прозрачным каплям, выпадающим из открытого конца трубки
Небольшой (длиной около 2 см) кусок быстро тающего аргонового льда.

Шесть неметаллов относятся к благородным газам: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радиоактивный радон. В обычных таблицах Менделеева они занимают крайний правый столбец. Их называют благородными газами из-за их исключительно низкой химической активности . [108]

Эти элементы обладают удивительно схожими свойствами, характеризующимися бесцветностью, отсутствием запаха и негорючестью. Благодаря закрытым внешним электронным оболочкам благородные газы обладают слабыми межатомными силами притяжения, что приводит к исключительно низким температурам плавления и кипения. [138] Как следствие, все они существуют в виде газов при стандартных условиях, даже те, атомная масса которых превышает многие обычно твердые элементы. [139]

С химической точки зрения благородные газы обладают относительно высокой энергией ионизации, незначительным или отрицательным сродством к электрону и электроотрицательностью от высокой до очень высокой. Число соединений, образуемых благородными газами, исчисляется сотнями и продолжает увеличиваться, [140] причем большинство из этих соединений включают сочетание кислорода или фтора с криптоном, ксеноном или радоном. [141]

Галогенные неметаллы

Высокореактивный металлический натрий (Na, слева) соединяется с агрессивным галогенным неметаллическим газообразным хлором (Cl, справа) с образованием стабильной, нереакционноспособной поваренной соли (NaCl, в центре).

Хотя галогенные неметаллы являются особенно активными и коррозийными элементами, их также можно найти в повседневных соединениях, таких как зубная паста ( NaF ); обычная поваренная соль (NaCl); дезинфицирующее средство для бассейнов ( NaBr ); и пищевые добавки ( КИ ). Сам термин «галоген» означает « солеобразователь ». [142]

Физически фтор и хлор существуют в виде бледно-желтого и желтовато-зеленого газов соответственно, тогда как бром представляет собой красновато-коричневую жидкость, обычно покрытую слоем его паров; йод является твердым веществом и под белым светом выглядит металлическим. [143] В электрическом отношении первые три элемента действуют как изоляторы , а йод ведет себя как полупроводник (вдоль его плоскостей). [144]

В химическом отношении галогенные неметаллы обладают высокими энергиями ионизации, сродством к электрону и значениями электроотрицательности и в основном являются относительно сильными окислителями . [145] Эти характеристики способствуют их коррозионному характеру. [146] Все четыре элемента имеют тенденцию образовывать преимущественно ионные соединения с металлами, [147] в отличие от остальных неметаллов (за исключением кислорода), которые имеют тенденцию образовывать преимущественно ковалентные соединения с металлами. [ab] Высокореактивная и сильно электроотрицательная природа галогенных неметаллов воплощает неметаллический характер. [151]

Неклассифицированные неметаллы

Маленькая стеклянная баночка, наполненная маленькими матово-серыми вогнутыми пуговицами. Кусочки селена без ножки выглядят как крошечные грибы.
Селен проводит электричество примерно в 1000 раз лучше, когда на него падает свет , и это свойство используется в светочувствительных приложениях . [152]

После разделения неметаллических элементов на благородные газы и галогены, но до встречи с металлоидами, существует семь неметаллов: водород, углерод, азот, кислород, фосфор, сера и селен.

В наиболее устойчивых формах три из них представляют собой бесцветные газы (водород, азот, кислород); три представляют собой твердые вещества металлического вида (углерод, фосфор, селен); и одно представляет собой желтое твердое вещество (сера). В электрическом отношении графитовый углерод ведет себя как полуметалл вдоль своих плоскостей [153] и как полупроводник, перпендикулярный своим плоскостям; [154] фосфор и селен являются полупроводниками; [155], тогда как водород, азот, кислород и сера являются изоляторами. [ак]

Эти элементы часто считаются слишком разнообразными, чтобы заслуживать собирательного названия [157], и их называют другими неметаллами [158] или просто неметаллами . [159] В результате их химия обычно преподается по-разному, в соответствии с соответствующими группами периодической таблицы : [160] водород в группе 1; неметаллы группы 14 (включая углерод и, возможно, кремний и германий); неметаллы группы 15 (включая азот, фосфор и, возможно, мышьяк и сурьму); и неметаллы группы 16 (включая кислород, серу, селен и, возможно, теллур). Авторы могут выбрать другие подразделения по своему усмотрению. [объявление]

Водород, в частности, ведет себя в некоторых отношениях как металл, а в других — как неметалл. [162] Как и металл, он может, например, образовывать сольватированный катион в водном растворе ; [163] он может заменять щелочные металлы в таких соединениях, как хлориды ( NaCl ср. HCl ) и нитраты ( KNO 3 ср. HNO 3 ), а также в некоторых металлоорганических структурах щелочных металлов; [164] и он может образовывать сплавоподобные гидриды с некоторыми переходными металлами . [165] И наоборот, это изолирующий двухатомный газ, родственный неметаллам азоту, кислороду, фтору и хлору. В химических реакциях он имеет тенденцию в конечном итоге достигать электронной конфигурации гелия (следующего благородного газа), ведя себя таким образом как неметалл. [166] Он достигает этой конфигурации, образуя ковалентную или ионную связь [167] или, если он изначально отдал свой электрон, присоединяясь к неподеленной паре электронов. [168]

Некоторые или все эти неметаллы обладают несколькими общими свойствами. Будучи обычно менее реакционноспособными, чем галогены, [169] большинство из них могут встречаться в окружающей среде в природе. [170] Они играют важную роль в биологии [171] и геохимии . [157] В совокупности их физические и химические характеристики можно охарактеризовать как «умеренно неметаллические». [157] Однако все они имеют коррозионные аспекты. Водород может разъедать металлы . Углеродная коррозия может возникнуть в топливных элементах . [172] Кислотные дожди вызываются растворенным азотом или серой. Кислород вызывает коррозию железа через ржавчину . Белый фосфор , наиболее нестабильная форма, воспламеняется на воздухе и оставляет после себя остаток фосфорной кислоты . [173] Необработанный селен в почвах может привести к образованию агрессивного газообразного селеноводорода . [174] Неклассифицированные неметаллы в сочетании с металлами могут образовывать высокотвердые ( внедренные или тугоплавкие ) соединения [175] из-за их относительно малых атомных радиусов и достаточно низких энергий ионизации. [157] Они также проявляют тенденцию к связыванию сами с собой , особенно в твердых соединениях. [176] Кроме того, диагональные отношения в таблице Менделеева среди этих неметаллов отражают аналогичные отношения среди металлоидов. [177]

Металлоиды

Шесть элементов, которые чаще всего называют металлоидами, — это бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур, каждый из которых имеет металлический вид. (Другие элементы, реже встречающиеся в списках металлоидов, включают углерод, алюминий, селен и полоний; они обладают как металлическими, так и неметаллическими свойствами, но тот или иной преобладает.) В периодической таблице металлоиды занимают диагональную область внутри p-блока. простирается от бора вверху слева до теллура внизу справа, вдоль разделительной линии между металлами и неметаллами, показанной в некоторых таблицах. [3]

Металлоиды являются хрупкими и плохими или плохими проводниками тепла и электричества. В частности, бор, кремний, германий и теллур являются полупроводниками. Мышьяк и сурьма имеют электронную зонную структуру полуметаллов , хотя оба имеют менее стабильные полупроводниковые аллотропы : мышьяк в виде арсеноламприта, чрезвычайно редко встречающейся в природе формы; [178] и сурьма в ее синтетической тонкопленочной аморфной форме. [3] [179]

В химическом отношении металлоиды обычно ведут себя как слабые неметаллы. Среди неметаллических элементов они, как правило, имеют самые низкие энергии ионизации, сродство к электрону и значения электроотрицательности и являются относительно слабыми окислителями. Кроме того, они имеют тенденцию образовывать сплавы при соединении с металлами. [3]

Численность, источники и использование

Избыток

Водород и гелий доминируют в наблюдаемой Вселенной, составляя примерно 98% всей обычной материи по массе. [ae] Кислород, следующий по распространенности элемент, составляет около 1%. [184]

Пять неметаллов — водород, углерод, азот, кислород и кремний — образуют основную часть непосредственно наблюдаемой структуры Земли: около 84% земной коры , 96% биомассы и более 99% атмосферы и гидросферы . показано в прилагаемой таблице. [181] [182]

По оценкам, мантия и ядро ​​Земли , составляющие около 99% объема Земли, [185] состоят из кислорода (31% по весу) и кремния (16%), а остальная часть в основном состоит из металлов железа ( 31%), магний (15%) и никель (2%). [186] [аф]

Источники

Неметаллы и металлоиды добываются из разнообразного сырья: [170]

   Минеральные руды: бор (из боратных минералов ); углерод (уголь, алмаз, графит); фтор (флюорит); [ag] кремний ( кремнезем ); фосфор (фосфаты); сурьма ( стибнит ; тетраэдрит ); и йод (в йодате натрия и йодиде натрия )
   Побочные продукты добычи: германий (из цинковых руд); мышьяк ( медные и свинцовые руды); селен и теллур (медные руды); и радон (урансодержащие руды)
   Жидкий воздух: азот, кислород, неон, аргон, криптон и ксенон.
   Природный газ: водород (из метана ); гелий; и сера ( сероводород )
   Рассол морской воды : хлор, бром и йод.

Использование

Большое разнообразие физических и химических свойств неметаллов [194] позволяет использовать их в самых разных природных и технологических целях, как показано в прилагаемой таблице. В живых организмах водород, кислород, углерод и азот служат основными строительными блоками жизни. [195] Некоторые ключевые технологические применения неметаллических элементов находятся в освещении и лазерах, медицине и фармацевтике, а также в керамике и пластмассах.

Некоторые конкретные применения обнаруженных позже или более редких неметаллических элементов включают:

История, предыстория и таксономия

Открытие

мужчина становится на колени в углу затемненной комнаты перед светящейся флягой; некоторые помощники находятся дальше позади него и различимы в темноте
Алхимик, открывающий фосфор (1771) Джозефа Райта . Алхимик — Хенниг Бранд; свечение исходит от сгорания фосфора внутри колбы.

Хотя большинство неметаллических элементов было обнаружено в XVIII и XIX веках, некоторые из них были обнаружены гораздо раньше. Углерод, сера и сурьма были известны еще в древности. Мышьяк был открыт в Средние века (приписывается Альберту Великому ), а фосфор — в 1669 году (выделен из мочи Хеннигом Брандом ). Гелий, открытый в 1868 году, является единственным элементом, первоначально не обнаруженным на самой Земле. [ai] Самым последним обнаруженным неметаллом является радон, обнаруженный в конце 19 века. [170]

Некоторые неметаллы встречаются в природе в виде свободных элементов, другие требуют сложных процедур экстракции или выделения. Такие процедуры включали спектроскопию , фракционную перегонку , обнаружение радиации , электролиз , подкисление руды, реакции замещения , сжигание и контролируемые процессы нагрева.

Благородные газы, известные своей низкой реакционной способностью, были впервые идентифицированы с помощью спектроскопии, фракционирования воздуха и исследований радиоактивного распада . Первоначально гелий был обнаружен по характерной желтой линии в спектре солнечной короны. Впоследствии наблюдалось его выход в виде пузырьков при растворении уранита UO 2 в кислоте. Неон, аргон, криптон и ксенон были получены фракционной перегонкой воздуха. Открытие радона произошло через три года после новаторского исследования радиации Анри Беккереля в 1896 году. [209]

Выделение галогенных неметаллов из их галогенидов включало методы, включая электролиз, добавление кислоты или вытеснение. Эти усилия были небезопасны, поскольку некоторые химики погибли, пытаясь выделить фтор. [210] [211]

Неклассифицированные неметаллы имеют разнообразную историю. Водород был открыт и впервые описан в 1671 году как продукт реакции между железными опилками и разбавленными кислотами. Углерод встречается в природе в таких формах, как древесный уголь, сажа, графит и алмаз. Азот был обнаружен при исследовании воздуха после тщательного удаления кислорода. Сам кислород получали нагреванием оксида ртути . Фосфор был получен при нагревании гидрофосфата аммония-натрия (Na(NH 4 )HPO 4 ), соединения, обнаруженного в моче. [212] Сера встречается в природе как свободный элемент, что упрощает ее выделение. Селен [aj] впервые был идентифицирован как остаток серной кислоты . [214]

Большинство металлоидов сначала выделяли путем нагревания их оксидов ( бора , кремния, мышьяка , теллура ) или сульфидов ( германия ). [170] Сурьма, впервые полученная путем нагревания ее сульфида, антимонита , позже была обнаружена в самородной форме. [215]

Происхождение и использование термина

Хотя различие между металлами и другими минеральными веществами существовало с древних времен, только к концу XVIII века начала формироваться основная классификация химических элементов на металлические и неметаллические вещества. Прошло еще девять десятилетий, прежде чем термин «неметалл» получил широкое распространение.

Каменная скульптура головы бородатого мужчины.
Греческий философ Аристотель (384–322 до н. э.) классифицировал вещества, обнаруженные в земле, как металлы или «ископаемые».

Около 340 г. до н. э. в книге III своего трактата «Метеорология » древнегреческий философ Аристотель разделил вещества, обнаруженные в Земле, на металлы и «ископаемые ископаемые». [ак] В последнюю категорию вошли различные минералы, такие как реальгар , охра , рудуль , сера, киноварь и другие вещества, которые он называл «камнями, которые нельзя плавить». [216]

До средневековья классификация минералов оставалась практически неизменной, хотя и с различной терминологией. В четырнадцатом веке английский алхимик Ричард Англикус расширил классификацию минералов в своей работе Correctorium Alchemiae. В этом тексте он предположил существование двух основных типов минералов. В первую категорию, которую он назвал «основными минералами», вошли такие хорошо известные металлы, как золото, серебро, медь, олово, свинец и железо. Вторая категория, обозначенная как «второстепенные минералы», включала такие вещества, как соли, атрамента ( сульфат железа ), квасцы , купорос , мышьяк, аурипигмент , сера и подобные вещества, которые не были металлическими телами. [217]

Термин «неметаллический» восходит как минимум к 16 веку. В своем медицинском трактате 1566 года французский врач Луа де Л'Оне различал вещества растительного происхождения в зависимости от того, произошли они из металлических или неметаллических почв. [218]

Позже французский химик Николя Лемери обсуждал металлические и неметаллические минералы в своей работе «Всеобщий трактат о простых лекарствах, расположенных в алфавитном порядке», опубликованной в 1699 году. В своих трудах он размышлял о том, принадлежит ли вещество «кадмий» к первой категории, сродни кобальту ( кобальтит ), или вторая категория, примером которой является то, что тогда было известно как каламин — смешанная руда, содержащая карбонат и силикат цинка . [219]

Французский дворянин и химик Антуан Лавуазье (1743–1794) со страницей английского перевода его Traité élémentaire de chimie 1789 года , [220] в котором перечислены элементарные газы кислород, водород и азот (и ошибочно включены свет и теплород ); неметаллические вещества сера, фосфор и углерод; и ионы хлорида , фторида и бората

Поворотным моментом в систематической классификации химических элементов на металлические и неметаллические вещества стала работа Антуана Лавуазье , французского химика, в 1789 году. Он опубликовал первый современный список химических элементов в своем революционном [221] Traité élémentaire de chimie . Элементы были разделены на отдельные группы, включая газы, металлические вещества, неметаллические вещества и земли (термостойкие оксиды). [222] Работа Лавуазье получила широкое признание и была переиздана в двадцати трёх изданиях на шести языках в течение первых семнадцати лет своего существования, что значительно продвинуло понимание химии в Европе и Америке. [223]

Широкое распространение термина «неметалл» последовало за сложным процессом, охватывающим почти девять десятилетий. В 1811 году шведский химик Берцелиус ввёл термин «металлоиды» [224] для описания неметаллических элементов, отметив их способность образовывать с кислородом в водных растворах отрицательно заряженные ионы . [225] [226] Хотя терминология Берцелиуса получила широкое признание, [227] позже она подверглась критике со стороны некоторых, кто нашел ее нелогичной, [226] неправильно примененной, [228] или даже недействительной. [229] [230] В 1864 году в отчетах указывалось, что термин «металлоиды» все еще одобрялся ведущими авторитетами, [231] но были оговорки по поводу его уместности. Рассматривалась идея обозначить такие элементы, как мышьяк, как металлоиды. [231] Уже в 1866 году некоторые авторы начали предпочитать термин «неметалл» термину «металлоид» для описания неметаллических элементов. [232] В 1875 году Кемсхед [233] заметил, что элементы делятся на две группы: неметаллы (или металлоиды) и металлы. Он отметил, что термин «неметалл», несмотря на его составной характер, является более точным и стал общепринятым в качестве предпочтительной номенклатуры.

Предлагаемые критерии различия

С середины 1700-х годов было предложено множество физических, химических и атомных свойств, позволяющих отличить металлы от неметаллов (или других тел), как указано в прилагаемой таблице. Одними из самых ранних зарегистрированных свойств являются (высокая) плотность и (хорошая) электропроводность металлов.

В 1809 году британский химик и изобретатель Хамфри Дэви сделал революционное открытие, которое изменило представление о металлах и неметаллах. [260] Когда он выделил натрий и калий , их низкая плотность (плавающая в воде!) контрастировала с их металлическим внешним видом, бросая вызов стереотипу о металлах как о плотных веществах. [261] [ар] Тем не менее, их классификация как металлов была прочно установлена ​​на основании их различных химических свойств. [263]

Одним из наиболее общепризнанных свойств, используемых в этом контексте, является температурный коэффициент удельного сопротивления , влияние нагрева на электрическое сопротивление и проводимость. С повышением температуры проводимость металлов снижается, а проводимость неметаллов увеличивается. [253] Однако плутоний , углерод, мышьяк и сурьма не соответствуют нормам. При нагревании плутония (металла) в диапазоне температур от –175 до +125 °C его проводимость увеличивается. [264] Аналогичным образом, несмотря на общепринятую классификацию углерода как неметалла, при нагревании углерода (как и графита) его электропроводность снижается. [265] Мышьяк и сурьма, которые иногда классифицируются как неметаллы, ведут себя аналогично углероду, что подчеркивает сложность различия между металлами и неметаллами. [266]

Книн и его коллеги [267] предположили, что классификацию неметаллов можно провести, установив единый критерий металличности. Они признали, что существуют различные правдоподобные классификации, и подчеркнули, что, хотя эти классификации могут в некоторой степени различаться, в целом они согласны с категоризацией неметаллов.

Эмсли [268] указывал на сложность этой задачи, утверждая, что ни одно отдельное свойство само по себе не может однозначно отнести элементы ни к категории металлов, ни к категории неметаллов. Более того, Джонс [269] подчеркнул, что системы классификации обычно полагаются на более чем два атрибута для определения различных типов.

Джонсон [270] различал металлы и неметаллы на основании их физического состояния, электропроводности, механических свойств и кислотно-основной природы их оксидов:

  1. газообразные элементы – неметаллы (водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы);
  2. жидкости (ртуть, бром) бывают металлическими и неметаллическими: ртуть, как хороший проводник, является металлом; бром, обладая плохой проводимостью, является неметаллом;
  3. Твердые тела бывают либо пластичными и податливыми, твёрдыми и хрупкими, либо мягкими и рассыпчатыми:
а. пластичные и ковкие элементы – металлы;
б. к твердым и хрупким элементам относятся бор, кремний и германий, которые являются полупроводниками и, следовательно, не являются металлами; и
в. К мягким и рассыпчатым элементам относятся углерод, фосфор, сера, мышьяк, сурьма, [как] теллур и йод, которые имеют кислотные оксиды, указывающие на неметаллический характер. [в]

Ряд авторов [275] отмечали, что неметаллы обычно имеют низкую плотность и высокую электроотрицательность. Прилагаемая таблица, в которой используется порог плотности 7 г/см 3 и электроотрицательности 1,9 (пересмотренный Полингом), показывает, что все неметаллы имеют низкую плотность и высокую электроотрицательность. Напротив, все металлы имеют либо высокую плотность, либо низкую электроотрицательность (или и то, и другое). Голдуайт и Спилман [276] добавили, что «... более легкие элементы имеют тенденцию быть более электроотрицательными, чем более тяжелые». Средняя электроотрицательность для элементов таблицы с плотностью менее 7 г/см 3 (металлов и неметаллов) равна 1,97 по сравнению с 1,66 для металлов с плотностью более 7 г/см 3 .

Некоторые авторы делят элементы на металлы, металлоиды и неметаллы, но Одерберг [277] с этим не согласен, утверждая, что согласно принципам категоризации все, что не классифицируется как металл, должно считаться неметаллом.

Разработка типов

Боковой профиль высеченного в камне выдающегося французского джентльмена.
Бюст Дюпаскье (1793–1848) в Памятнике великим людям де ла Мартиньер  [ фр ] в Лионе , Франция .

В 1844 году Альфонс Дюпаскье  [фр] , французский врач, фармацевт и химик, [278] разработал базовую таксономию неметаллов, чтобы помочь в их изучении. Он написал: [279]

Они будут разделены на четыре группы или раздела, как показано ниже:
Органогены – кислород, азот, водород, углерод.
Сульфуроиды – сера, селен, фосфор.
Хлороиды – фтор, хлор, бром, йод.
Бороиды – бор, кремний.

Квартет Дюпаскье соответствует современным неметаллическим типам. Органогены и сульфуроиды родственны неклассифицированным неметаллам. Хлориды позже были названы галогенами. [280] Бороиды в конечном итоге превратились в металлоиды, причем эта классификация началась еще в 1864 году. [231] Тогда неизвестные благородные газы были признаны отдельной группой неметаллов после открытия в конце 1800-х годов. [281]

Его таксономия отличалась своей естественной основой. [282] [av] Тем не менее, это было существенным отличием от других современных классификаций, поскольку в ней группировались кислород, азот, водород и углерод. [284]

В 1828 и 1859 годах французский химик Дюма классифицировал неметаллы как (1) водород; (2) фтор в йод; (3) кислород в серу; (4) азот в мышьяк; и (5) углерод, бор и кремний, [285] тем самым предвосхищая вертикальные группы периодической таблицы Менделеева 1871 года. Пять классов Дюма попадают в современные группы 1 , 17 , 16 , 15 и с 14 по 13 соответственно.

Классификация металлоидов

Сероватый блестящий блок с неровным сколом.
Германий , который сначала считался металлом с плохой проводимостью из-за присутствия примесей.

Бор и кремний раньше были признаны неметаллами [aw], но мышьяк, сурьма, теллур и германий имеют более сложную историю. Если в 1864 году рассматривалась возможность причислить мышьяк к металлоидам, то [231] Менделеев в 1897 году причислил его и сурьму к металлам. [287] Хотя теллур, вероятно, получил суффикс «ий» из-за своего металлического вида, [288] Менделеев сказал, что он представляет собой переход между металлами и неметаллами. [289] Полупроводниковый германий сначала рассматривался как металл с плохой проводимостью из-за присутствия примесей. Понимание его как полупроводника, а впоследствии как металлоида возникло в 1930-х годах с развитием физики полупроводников. [201]

С 1940-х годов эти шесть элементов все чаще, но не повсеместно, признавались металлоидами. [290] В 1947 году Лайнус Полинг включил ссылку на них в свой классический [291] и влиятельный [292] учебник «Общая химия: введение в описательную химию и современную химическую теорию». Он описал бор, кремний, германий, мышьяк, сурьму (и полоний ) как «элементы с промежуточными свойствами». [293] Он сказал, что они находились в центре его шкалы электроотрицательности со значениями, близкими к 2. [ax] Появление полупроводниковой промышленности и твердотельной электроники в 1950-х и 1960-х годах подчеркнуло полупроводниковые свойства германия и кремния (и бор и теллур), подкрепляя идею о том, что металлоиды являются «промежуточными» или «половинными» элементами. [295] В 1982 году Голдсмит [290] заметил, что «новейший подход заключается в том, чтобы подчеркнуть аспекты их физической и/или химической природы, такие как электроотрицательность, кристалличность, общая электронная природа и роль некоторых металлоидов как полупроводников».

Сравнение выбранных объектов недвижимости

В двух таблицах этого раздела перечислены некоторые свойства пяти типов элементов (благородных газов, галогенных неметаллов, неклассифицированных неметаллов, металлоидов и, для сравнения, металлов) на основе их наиболее стабильных форм в условиях окружающей среды.

Цель состоит в том, чтобы показать, что большинство свойств демонстрируют прогрессию слева направо в переходе от металлического к неметаллическому характеру или средних значениях. [296] [297] Некоторое совпадение происходит, поскольку выпадающие элементы каждого типа проявляют менее выраженные, гибридные или атипичные свойства. [298] [ay] Эти перекрытия или переходные точки, наряду с горизонтальными, диагональными и вертикальными отношениями между элементами, составляют часть «огромного количества информации», обобщенной периодической таблицей. [300]

Пунктирные линии вокруг столбцов для металлоидов означают, что рассмотрение этих элементов как отдельного типа может варьироваться в зависимости от автора или используемой схемы классификации.

Физические свойства по типу элемента

Физические свойства перечислены в произвольном порядке для удобства их определения.

Химические свойства по типу элемента

Химические свойства перечислены от общих характеристик до более конкретных деталей.

† Водород также может образовывать сплавоподобные гидриды [165]
‡ Обозначения «низкий» , «средний» , «высокий » и «очень высокий» произвольно основаны на диапазонах значений, перечисленных в таблице.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Эти шесть (бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур) являются элементами, обычно называемыми «металлоидами», категорией, которую иногда считают подкатегорией неметаллов, а иногда считают категорией, отдельной как от металлов, так и от неметаллов. .
  2. ^ Наиболее стабильными формами являются: двухатомный водород H 2 ; β-ромбоэдрический бор ; графитовый углерод ; двухатомный азот N 2 ; двухатомный кислород O 2 ; тетраэдрический кремний ; черный фосфор ; орторомбическая сера S 8 ; α-германий ; серый мышьяк ; серый селен ; серая сурьма ; серый теллур ; и двухатомный йод I 2 . Все остальные неметаллические элементы имеют только одну стабильную форму при температуре и давлении окружающей среды .
  3. ^ При более высоких температурах и давлениях количество неметаллов может быть поставлено под сомнение. Например, когда германий плавится, он превращается из полупроводникового металлоида в металлический проводник с электропроводностью, аналогичной электропроводности жидкой ртути. [12] При достаточно высоком давлении натрий (металл) становится непроводящим изолятором . [13]
  4. ^ Поглощенный свет может быть преобразован в тепло или переизлучен во всех направлениях, так что спектр излучения в тысячи раз слабее, чем падающее световое излучение. [16]
  5. ^ Твердый йод имеет серебристый металлический вид под белым светом при комнатной температуре. При обычных и более высоких температурах он сублимирует из твердой фазы непосредственно в пар фиолетового цвета. [17]
  6. ^ Твердые неметаллы имеют значения электропроводности от 10 −18 См•см −1 для серы [21] до 3 × 10 4 в графите [22] или 3,9 × 10 4 для мышьяка ; [23] см. От 0,69 × 10 4 для марганца до 63 × 10 4 для серебра (оба металла). [21] Проводимость графита (неметалла) и мышьяка (металлоидного неметалла) превышает проводимость марганца. Такое совпадение показывает, что может быть трудно провести четкую грань между металлами и неметаллами.
  7. ^ Значения теплопроводности металлов колеблются от 6,3 Вт · м -1 К -1 для нептуния до 429 для серебра ; ср. сурьма 24,3, мышьяк 50 и углерод 2000. [21] Значения электропроводности металлов колеблются от 0,69 См·см -1 · 10 4 для марганца до 63 · 10 4 для серебра ; ср. углерод 3 × 10 4 , [22] мышьяк 3,9 × 10 4 и сурьма 2,3 × 10 4 . [21]
  8. ^ Хотя CO и NO обычно называют нейтральными, CO представляет собой слегка кислый оксид, реагирующий с основаниями с образованием формиатов (CO + OH − → HCOO − ); [68] , а в воде NO реагирует с кислородом с образованием азотистой кислоты HNO 2 (4NO + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 2 ). [69]
  9. ^ Значения электроотрицательности фтора к йоду составляют: 3,98 + 3,16 + 2,96 + 2,66 = 12,76/4 3,19.
  10. ^ Значения электроотрицательности бора по отношению к теллуру: 2,04 + 1,9 + 2,01 + 2,18 + 2,05 + 2,1 = 12,28/6 = 2,04.
  11. ^ Гелий показан над бериллием для обеспечения согласованности электронной конфигурации; как благородный газ его обычно помещают выше неона, в 18-й группе.
  12. ^ Конечным результатом является четно-нечетная разница между периодами (кроме s-блока ): элементы в четных периодах имеют меньшие атомные радиусы и предпочитают терять меньше электронов, тогда как элементы в нечетных периодах (кроме первого) отличаются обратным направление. Тогда многие свойства в p-блоке демонстрируют зигзагообразную, а не плавную тенденцию вдоль группы. Например, фосфор и сурьма в нечетные периоды 15-й группы легко достигают степени окисления +5, тогда как азот, мышьяк и висмут в четные периоды предпочитают оставаться при +3. [90]
  13. ^ Состояния окисления, которые обозначают гипотетические заряды для концептуализации распределения электронов при химической связи, не обязательно отражают суммарный заряд молекул или ионов. Эту концепцию иллюстрируют такие анионы, как NO 3 - , где считается, что атом азота имеет степень окисления +5 из-за распределения электронов. Однако чистый заряд иона остается -1. Такие наблюдения подчеркивают роль состояний окисления в описании потери или приобретения электронов в контексте связей, в отличие от указания фактического электрического заряда, особенно в ковалентно связанных молекулах.
  14. ^ Гринвуд [97] прокомментировал, что: «Степень, в которой металлические элементы имитируют бор (имея меньше электронов, чем орбитали, доступные для связывания), была плодотворной последовательной концепцией в развитии химии металлоборанов ... Действительно, металлы упоминались как как «почетные атомы бора» или даже как «атомы флексибора». Очевидно, что обратное соотношение также справедливо.
  15. ^ Например, проводимость графита равна 3 × 10 4 См•см -1. [98] , тогда как для марганца — 6,9 × 10 3 См•см -1 . [99]
  16. ^ Гомополиатомный катион состоит из двух или более атомов одного и того же элемента, связанных между собой и несущих положительный заряд, например, N 5 + , O 2 + и Cl 4 + . Это необычное поведение для неметаллов, поскольку образование катионов обычно связано с металлами, а неметаллы обычно связаны с образованием анионов. Гомополиатомные катионы также известны для углерода, фосфора, сурьмы, серы, селена, теллура, брома, йода и ксенона. [101]
  17. ^ Из двенадцати категорий в таблице Менделеева Королевского общества пять отображаются только с металлическим фильтром, три - только с неметаллическим фильтром и четыре - с обоими фильтрами. Интересно, что шесть элементов, отмеченных как металлоиды (бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур), видны под обоими фильтрами. Шесть других элементов (113–120: нихоний, флеровий, московий, ливерморий, теннессин и оганнезон), статус которых неизвестен, также отображаются под обоими фильтрами, но не включены ни в одну из двенадцати цветовых категорий.
  18. ^ Кавычки в источнике не встречаются; они используются здесь, чтобы прояснить, что в источнике слово « неметаллы» используется как формальный термин для рассматриваемого подмножества химических элементов, а не применяется к неметаллам в целом.
  19. ^ Различные конфигурации этих неметаллов называются, например, основными неметаллами, [110] биоэлементами, [111] центральными неметаллами, [112] CHNOPS, [113] основными элементами, [114] «неметаллами», [ 115] [r] бесхозные неметаллы, [116] или окислительно-восстановительные неметаллы. [117]
  20. ^ Мышьяк стабилен в сухом воздухе. Длительное пребывание во влажном воздухе приводит к образованию черного налета на поверхности. «Мышьяк плохо подвергается воздействию воды, щелочных растворов или неокисляющих кислот». [122] Иногда его можно встретить в природе в несвязанном виде. [123] Он имеет положительный стандартный восстановительный потенциал (As → As 3+ + 3e = +0,30 В), соответствующий классификации полублагородных металлов. [124]
  21. ^ «Кристаллический бор относительно инертен». [118] Кремний «как правило, крайне инертен». [119] «Германий — относительно инертный полуметалл». [120] «Чистый мышьяк также относительно инертен». [121] [t] «Металлическая сурьма… инертна при комнатной температуре». [125] «По сравнению с S и Se , Te имеет относительно низкую химическую активность». [126]
  22. ^ В классификационных схемах часто встречаются нечеткость границ и перекрытия. [129]
  23. ^ Джонс придерживается философского или прагматического взгляда на эти вопросы. Он пишет: «Хотя классификация является неотъемлемой чертой всех отраслей науки, на границах всегда есть трудные случаи. Граница класса редко бывает резкой  ... Ученым не следует терять сон из-за трудных случаев. Система классификации полезна для экономии описания, структурирования знаний и нашего понимания, а сложные случаи составляют небольшое меньшинство, тогда сохраните ее, если система станет менее полезной, откажитесь от нее и замените ее системой, основанной на других общих чертах. характеристики." [129]
  24. ^ Соответствующее сравнение свойств металлов, металлоидов и неметаллов см. в Rudakiya & Patel (2021), p. 36.
  25. ^ Таким образом, Веллер и др. [132] пишут: «Те [элементы], классифицируемые как металлические, варьируются от высокореакционноспособного натрия и бария до благородных металлов, таких как золото и платина. Неметаллы... включают в себя... агрессивный, сильно окисляющий фтор и нереактивные газы, такие как гелий». В связи с этим Бейзер [133] добавляет: «В течение каждого периода происходит более или менее устойчивый переход от активного металла через менее активные металлы и слабоактивные неметаллы к высокоактивным неметаллам и, наконец, к инертному газу».
  26. ^ В полноразмерной таблице Менделеева f-блок расположен между s- и d-блоками.
  27. ^ Для металла p-блока алюминий может быть весьма реактивным, если с его тонкого и прозрачного защитного покрытия из Al 2 O 3 удалить. [134] Алюминий соседствует с высокореактивным металлом s-блока магнием, поскольку в периоде 3 отсутствуют элементы f- или d-блока. Магний также имеет «очень прочную тонкую оксидную пленку, которая защищает основной металл от воздействия». [135] Таллий , металл с p-блоком, не подвержен воздействию воды и щелочей, но подвергается воздействию кислот и медленно окисляется на воздухе при комнатной температуре. [136]
  28. ^ Оксиды металлов обычно ионные. [148] С другой стороны, оксиды металлов с высокими степенями окисления обычно являются либо полимерными, либо ковалентными. [149] Полимерный оксид имеет связанную структуру, состоящую из множества повторяющихся звеньев. [150]
  29. ^ Сера, изолятор, и селен, полупроводник, являются фотопроводниками — их электропроводность увеличивается на шесть порядков под воздействием света. [156]
  30. ^ Например, Вульфсберг делит неметаллы, исходя из их электроотрицательности по Полингу, на очень электроотрицательные неметаллы (более 2,8: азот, кислород, фтор, хлор и бром) и электроотрицательные неметаллы (1,9–2,8: водород, бор, углерод, кремний, фосфор, сера, германий, мышьяк, селен, сурьма, теллур, йод и ксенон). Впоследствии он сравнивает эти два типа на основе их стандартных восстановительных потенциалов . Остальные благородные газы ( He , Ne , Ar , Kr и Rn ) не выделяются, так как не имеют стандартных восстановительных потенциалов и по этому признаку не могут сравниваться с другими очень электроотрицательными и электроотрицательными неметаллами. Однако, исходя из перечисленных значений электроотрицательности (стр. 37), гелий, неон, аргон и криптон были бы очень электроотрицательными неметаллами, а радон был бы электроотрицательным неметаллом. Неметаллы бор, кремний, германий, мышьяк, селен, сурьма и теллур отнесены им дополнительно к металлоидам. [161]
  31. ^ Обычная барионная материя , включая звезды, планеты и все живые существа, составляет менее 5% Вселенной. Остальное – темная энергия и темная материя – пока еще плохо изучено. [183]
  32. ^ В ядре Земли может находиться около 10 13 тонн ксенона в виде стабильных интерметаллических соединений XeFe 3 и XeNi 3 . Это могло бы объяснить, почему «исследования атмосферы Земли показали, что более 90% ожидаемого количества Xe истощено». [187]
  33. ^ В исключительных случаях исследование, проведенное в 2012 году, отметило наличие 0,04% природного фтора ( F
    2    ) по весу в антозоните , приписывая эти включения излучению крошечных количеств урана. [188]
  34. ^ или их соединения
  35. ↑ Как гелий приобрел суффикс -ium , объясняется в следующем отрывке его первооткрывателем Уильямом Локьером : «Я взял на себя ответственность придумать слово гелий  … Я не знал, было ли это вещество  … металлом, подобным металлу. кальций или газ, подобный водороду, но я знал, что он вел себя как водород [найденный на Солнце] и что водород, как заявил Дюма , вел себя как металл». [208]
  36. ^ Берцелиус , открывший селен, считал, что он обладает свойствами металла в сочетании со свойствами серы. [213]
  37. ^ Термин «ископаемое» не следует путать с современным использованием ископаемого для обозначения сохранившихся останков, отпечатков или следов любого некогда живого существа.
  38. ^ «... удельный вес [металлов] больше, чем у любого другого тела, обнаруженного на данный момент; они являются лучшими проводниками электричества, чем любое другое тело».
  39. ^ Отношение Голдхаммера-Герцфельда примерно равно кубу атомного радиуса, разделенному на молярный объем . [239] Точнее, это соотношение силы, удерживающей внешние электроны отдельного атома на месте, с силами, действующими на тех же электронах, возникающими в результате взаимодействия между атомами в твердом или жидком элементе. Когда межатомные силы больше или равны атомной силе, указывается внешняя межатомная сила и прогнозируется металлическое поведение. В противном случае ожидается неметаллическое поведение.
  40. ^ Звонкость – это издание звонкого звука при ударе.
  41. ^ Диапазон жидкости — это разница между температурой плавления и температурой кипения.
  42. ^ Энергия конфигурации — это средняя энергия валентных электронов в свободном атоме.
  43. ^ Атомная проводимость — это электропроводность одного моля вещества. Она равна электропроводности, деленной на молярный объем .
  44. ^ Впоследствии Эрман и Саймон [262] предложили называть натрий и калий металлоидами , что означает «напоминающие металлы по форме или внешнему виду». Их предложение было проигнорировано; два новых элемента были приняты в клуб металлов с учетом их физических свойств (непрозрачность, блеск, ковкость, проводимость) и «их качеств химического соединения». Хэйр и Бач [260] заметили, что линия разграничения между металлами и неметаллами была «уничтожена» открытием щелочных металлов, имеющих плотность меньше плотности воды:
    «Особый блеск и непрозрачность были использованы как средство различения; а также это превосходство в способности проводить тепло и электричество... Однако так трудно было провести грань между металлическими... и неметаллическими ... что тела, которые одни авторы относят к одному классу, другие включают в другой. Таким образом, селен, кремний и циркон [sic] одни химики относили к металлам, другие - к неметаллическим телам. ."
  45. ^ Хотя триоксид сурьмы обычно считается амфотерным, его свойства очень слабой кислоты преобладают над свойствами очень слабого основания. [271]
  46. ^ Джонсон считал бор неметаллом, а кремний, германий, мышьяк, сурьму, теллур, полоний и астат «полуметаллами», то есть металлоидами.
  47. ^ (а) В таблицу включены элементы до эйнштейния (99), за исключением астата (85) и франция (87), с плотностью и большей частью электроотрицательности по Эйлуорду и Финдли; [272] Электроотрицательность благородных газов взята из Рама, Зенга и Гофмана. [273]
    (b) Обзор определений термина «тяжелый металл» выявил критерии плотности в диапазоне от более 3,5 г/см 3 до более 7 г/см 3 ; [274]
    (c) Вернон указал минимальную электроотрицательность 1,9 для металлоидов по пересмотренной шкале Полинга; [3]
  48. ^ Естественная классификация была основана на «всех признаках классифицируемых веществ, в отличие от «искусственных классификаций», основанных на одном единственном признаке», например, на сродстве металлов к кислороду. «Естественная классификация в химии учитывала бы наиболее многочисленные и наиболее существенные аналогии». [283]
  49. ^ И бор, и кремний изначально были выделены в нечистых или аморфных формах; чистые кристаллические формы, имеющие металлический вид, были выделены позже. [286]
  50. ^ Шкала электроотрицательности Полинга варьировалась от 0,7 до 4, что дает среднюю точку 2,35. Значения электроотрицательности его металлоидов варьировались от 1,9 для кремния до 2,1 для теллура. Неклассифицированные неметаллы варьировались от 2,1 для водорода до 3,5 для кислорода. [294]
  51. ^ Подобное явление в более общем плане применимо к определенным группам таблицы Менделеева, где, например, благородные газы в группе 18 действуют как мост между неметаллами p -блока и металлами s-блока ( группы 1 и 2 ). . [299]
  52. ^ Все четыре имеют менее стабильные нехрупкие формы: углерод в виде расслоенного (расширенного) графита , [49] [310] и в виде проволоки из углеродных нанотрубок ; [51] фосфор в виде белого фосфора (мягкий, как воск, податливый, его можно резать ножом при комнатной температуре); [52] сера в виде пластичной серы; [53] и селен в виде селеновых проволок. [54]
  53. ^ Металлы имеют значения электропроводности от6,9 × 10 3 См  •см -1 для марганца6,3 × 10 5 для серебра . [312]
  54. ^ Металлоиды имеют значения электропроводности от1,5 × 10–6 См  ·см –1 для бора3,9 × 10 4 для мышьяка . [313]
  55. ^ Неклассифицированные неметаллы имеют значения электропроводности от ок.1 × 10 −18  См•см −1 для элементарных газов до3 × 10 4 в графите. [98]
  56. ^ Галогенные неметаллы имеют значения электропроводности от ок.1 × 10 −18  См•см −1 для F и Cl до1,7 × 10–8 См  ·см –1 для йода. [98] [144]
  57. ^ Элементарные газы имеют значения электропроводности ок.1 × 10 -18  См•см -1 . [98]
  58. ^ Металлоиды всегда дают «соединения менее кислого характера, чем соответствующие соединения [типичных] неметаллов». [301]
  59. ^ Триоксид мышьяка реагирует с триоксидом серы, образуя «сульфат» мышьяка As 2 (SO 4 ) 3 . [320] Это вещество является ковалентным по своей природе, а не ионным; [321] его также называют As 2 O 3 ·3SO 3 . [322]
  60. ^ НЕТ
    2    , Н
    2    О
    5    , ТАК
    3    , СеО
    3    являются сильнокислыми. [323]
  61. ^ H 2 O, CO, NO, N 2 O — нейтральные оксиды; CO и N 2 O «формально представляют собой ангидриды муравьиной и азотистой кислоты соответственно , а именно CO + H 2 O → H 2 CO 2 (HCOOH, муравьиная кислота); N 2 O + H 2 O → H 2 N 2 O 2 (гипонитистая кислота)». [324]
  62. ^ ClO
    2    , кл
    2    О
    7    , я
    2    О
    5    являются сильнокислыми. [325]
  63. ^ Металлы, образующие стекла: ванадий; молибден, вольфрам; алюминий, индий, таллий; олово, свинец; и висмут. [328]
  64. ^ Неклассифицированные неметаллы, образующие стекла, — это фосфор, сера, селен; [328] CO 2 образует стекло при давлении 40 ГПа. [330]
  65. ^ Динатрийгелид (Na 2 He) представляет собой соединение гелия и натрия, стабильное при высоких давлениях выше 113 ГПа. Аргон образует сплав с никелем при давлении 140 ГПа и температуре около 1500 К, однако при этом давлении аргон больше не является благородным газом. [338]
  66. ^ Значения для благородных газов взяты из данных Рама, Зенга и Хоффмана. [273]

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ abc Ларраньяга, Льюис и Льюис 2016, стр. 988
  2. ^ ab Steudel 2020, с. 43: Монография Штойделя представляет собой обновленный перевод пятого немецкого издания 2013 года, включающий литературу до весны 2019 года.
  3. ^ abcdefg Вернон 2013
  4. ^ аб Гудрич 1844, с. 264; Химические новости 1897, с. 189; Хэмпель и Хоули, 1976, стр. 174, 191; Льюис 1993, с. 835; Герольд 2006, стр. 149–50.
  5. ^ В: Рестрепо и др. 2006, с. 411; Торнтон и Бердетт, 2010, с. 86; Герман, Хоффманн и Эшкрофт, 2013 г., стр. 11604–1–11604–5; Сп: Мьюс и др. 2019 год; Fl: Флорес и др. 2022 год; Например: Смитс и др. 2020 год
  6. ^ Паско 1982, с. 3
  7. ^ Мэлоун и Долтер, 2010, стр. 110–111.
  8. ^ abc Портерфилд 1993, с. 336
  9. ^ Годовиков и Ненашева 2020, с. 4; Сандерсон 1957, с. 229; Морли и Мьюир 1892, с. 241
  10. ^ аб Вернон 2020, с. 220; Рохов 1966, с. 4
  11. ^ Периодическая таблица элементов ИЮПАК
  12. ^ Бергер 1997, стр. 71–72.
  13. ^ Гатти, Токатлы и Рубио, 2010 г.
  14. ^ Вибо 1951, с. 33: «Многие вещества... бесцветны и поэтому не проявляют избирательного поглощения в видимой части спектра».
  15. ^ Эллиот 1929, с. 629
  16. ^ Фокс 2010, с. 31
  17. ^ Тиди 1887, стр. 107–108; Кениг 1962, с. 108
  18. ^ Виберг 2001, с. 416; Здесь Виберг имеет в виду йод.
  19. ^ abcdef Kneen, Rogers & Simpson 1972, стр. 261–264.
  20. ^ Филлипс 1973, с. 7
  21. ^ abcde Aylward & Findlay 2008, стр. 6–12.
  22. ^ аб Дженкинс и Кавамура 1976, стр. 88
  23. ^ Карапелла 1968, с. 30
  24. ^ Zumdahl & DeCoste 2010, стр. 455, 456, 469, A40; Эрл и Уилфорд 2021, с. 3-24
  25. ^ Еще 2016, с. 120
  26. ^ Виберг 2001, стр. 780.
  27. ^ Виберг 2001, стр. 824, 785.
  28. ^ Эрл и Уилфорд 2021, с. 3-24
  29. ^ Секиерски и Берджесс 2002, стр. 86
  30. ^ Шарлье, Гонз и Мишено, 1994 г.
  31. ^ Танигучи и др. 1984, с. 867: «...черный фосфор... [характеризуется] широкими валентными зонами довольно делокализованного характера.»; Кармальт и Норман 1998, с. 7: «Следует ожидать, что фосфор... будет обладать некоторыми металлоидными свойствами»; Ду и др. 2010: Считается, что межслоевые взаимодействия в черном фосфоре, которые объясняются силами Ван дер Ваальса-Кисома, способствуют меньшей запрещенной зоне объемного материала (рассчитано 0,19 эВ; наблюдаемо 0,3 эВ) в отличие от большей запрещенной зоны у однослойный (расчет ~0,75 эВ).
  32. ^ Виберг 2001, стр. 742.
  33. ^ Эванс 1966, стр. 124–25.
  34. ^ Виберг 2001, стр. 758.
  35. ^ Стьюк 1974, с. 178; Донохью 1982, стр. 386–87; Коттон и др. 1999, с. 501
  36. ^ Штойдель 2020, с. 601: "...Можно ожидать значительного перекрытия орбиталей. По-видимому, в кристаллическом йоде существуют межмолекулярные многоцентровые связи, которые распространяются по всему слою и приводят к делокализации электронов, подобной таковой в металлах. Этим объясняются некоторые физические свойства йода: темная цвет, блеск и слабая электропроводность, которая внутри слоев в 3400 раз сильнее, чем перпендикулярно им. Таким образом, кристаллический йод является двумерным полупроводником.»; Сигал 1989, с. 481: «Йод проявляет некоторые металлические свойства…»
  37. ^ Тейлор 1960, с. 207; Брант 1919, с. 34
  38. ^ ab Green 2012, с. 14
  39. ^ Спенсер, Боднер и Рикард 2012, стр. 178
  40. ^ Redmer, Hensel & Holst 2010, предисловие
  41. ^ ab Килер и Уотерс 2013, стр. 293
  42. ^ Кан и Хаасен 1996, стр. 4; Боресков 2003, с. 44
  43. ^ ДеКок и Грей 1989, стр. 423, 426–427.
  44. ^ Боресков 2003, с. 45
  45. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, стр. 85–86, 237.
  46. ^ Салинас 2019, с. 379
  47. ^ Ян 2004, с. 9
  48. ^ Wiberg 2001, стр. 416, 574, 681, 824, 895, 930; Секерский и Берджесс 2002, с. 129
  49. ^ Аб Чунг 1987
  50. ^ Годфрин и Лаутер, 1995 г.
  51. ^ аб Янас, Кабреро-Вилатела и Балмер, 2013 г.
  52. ^ аб Фарадей 1853, с. 42; Холдернесс и Берри 1979, с. 255
  53. ^ аб Партингтон 1944, с. 405
  54. ^ abc Рено 1853, с. 208
  55. ^ Эдвардс 2000, стр. 100, 102–103; Герцфельд 1927, стр. 701–705.
  56. ^ Бартон 2021, с. 200
  57. ^ Виберг 2001, с. 796
  58. ^ Шан и др. 2021 год
  59. ^ Тан и др. 2021 год
  60. ^ Штойдель, 2020, прошедшее; Карраско и др. 2023 год; Шанабрук, Ланнин и Хисацунэ 1981, стр. 130–133.
  61. ^ Веллер и др. 2018, предисловие
  62. ^ аб Эбботт 1966, стр. 18
  63. ^ Гангули 2012, с. 1-1
  64. ^ аб Эйлуорд и Финдли 2008, стр. 132
  65. ^ abcd Эйлуорд и Финдли 2008, стр. 126
  66. ^ Иглсон 1994, 1169.
  67. ^ Муди 1991, с. 365
  68. ^ Дом 2013, с. 427
  69. ^ Льюис и Дин 1994, с. 568
  70. ^ Смит 1990, стр. 177–189.
  71. ^ Йодер, Суйдам и Снавли 1975, стр. 58
  72. ^ Янг и др. 2018, с. 753
  73. ^ Браун и др. 2014, с. 227
  74. ^ Секиерски и Берджесс 2002, стр. 21, 133, 177.
  75. ^ Мур 2016; Берфорд, Пассмор и Сандерс 1989, с. 54
  76. ^ Брэди и Сенезе 2009, с. 69
  77. ^ Служба химических рефератов, 2021 г.
  78. ^ Эмсли 2011, стр. 81.
  79. ^ Кокелл 2019, с. 210
  80. ^ Скотт 2014, с. 3
  81. ^ Эмсли 2011, с. 184
  82. ^ Дженсен 1986, с. 506
  83. ^ Ли 1996, с. 240
  84. ^ Гринвуд и Эрншоу 2002, с. 43
  85. ^ Кресси 2010
  86. ^ Секиерски и Берджесс, 2002, стр. 24–25.
  87. ^ Секиерски и Берджесс 2002, стр. 23
  88. ^ Петрушевский и Цветкович 2018; Грочала 2018
  89. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, стр. 226, 360; Секерский и Берджесс 2002, стр. 52, 101, 111, 124, 194.
  90. ^ Scerri 2020, стр. 407–420.
  91. ^ Гринвуд и Эрншоу 2002, стр. 27, 1232, 1234.
  92. ^ Щукарев 1977, с. 229
  93. ^ аб Кокс 2004, с. 146
  94. ^ Видж и др. 2001 г.
  95. ^ Дорси 2023, стр. 12–13.
  96. ^ Хамфри 1908 г.
  97. ^ Гринвуд 2001, с. 2057
  98. ^ abcd Богородицкий и Пасынков 1967, с. 77; Дженкинс и Кавамура 1976, с. 88
  99. ^ Десаи, Джеймс и Хо 1984, стр. 1160
  100. ^ Штейн 1983, с. 165
  101. ^ Энгессер и Кроссинг 2013, с. 947
  102. ^ Швейцер и Пестерфилд 2010, с. 305
  103. ^ Рик 1967, с. 97: Триоксид вольфрама растворяется в плавиковой кислоте с образованием оксифторидного комплекса .
  104. ^ Виберг 2001, с. 1279
  105. ^ Власть 2010; Ворона 2013; Ветман и Иноуэ 2018
  106. ^ Британская энциклопедия 2021 г.
  107. ^ Королевское химическое общество 2021 г.
  108. ^ ab Matson & Orbaek 2013, с. 203
  109. ^ Кернион и Маскетта 2019, с. 191; Цао и др. 2021, стр. 20–21; Хусейн и др. 2023 год; также называемые «неметаллическими галогенами»: Chambers & Holliday 1982, стр. 273–274; Больманн 1992, с. 213; Йентч и Матиле, 2015, с. 247 или «стабильные галогены»: Василакис, Калемос и Мавридис 2014, стр. 1; Хэнли и Кога, 2018, с. 24; Кайхо 2017, гл. 2, с. 1
  110. ^ Уильямс 2007, стр. 1550–1561: H, C, N, P, O, S
  111. ^ Wächtershäuser 2014, с. 5: Н, С, Н, П, О, С, Се
  112. ^ Хенгевельд и Федонкин, стр. 181–226: C, N, P, O, S.
  113. ^ Уэйкман 1899, с. 562
  114. ^ Фрапс 1913, с. 11: H, C, Si, N, P, O, S, Cl
  115. ^ Парамесваран и др. 2020, с. 210: Ч, С, Н, П, О, С, Се
  116. ^ Найт 2002, с. 148: Ч, С, Н, П, О, С, Се
  117. ^ Фраусто да Силва и Уильямс 2001, с. 500: Н, С, Н, О, С, Се
  118. ^ Чжу и др. 2022 год
  119. ^ Могилы 2022 г.
  120. ^ Розенберг 2013, с. 847
  121. ^ Ободовский 2015, с. 151
  122. ^ Гринвуд и Эрншоу 2002, с. 552
  123. ^ Иглсон 1994, с. 91
  124. ^ Хуан 2018, стр. 30, 32.
  125. ^ Орисакве 2012, с. 000
  126. ^ Инь и др. 2018, с. 2
  127. ^ аб Мёллер и др. 1989, с. 742
  128. ^ Уайтфорд и Гроб 1939, с. 239
  129. ^ Аб Джонс 2010, стр. 169–71.
  130. ^ Рассел и Ли 2005, с. 419
  131. ^ Тайлер 1948, с. 105; Рейли 2002, стр. 5–6.
  132. ^ Веллер и др. 2018, предисловие
  133. ^ Бейзер 1987, с. 249
  134. ^ Уиттен и Дэвис 1996, с. 853
  135. ^ Приход 1977, с. 37
  136. ^ Приход 1977, с. 183; Рассел и Ли 2005, с. 419
  137. ^ Приход 1977, стр. 37, 52–53, 112, 115, 145, 163, 182.
  138. ^ Веселый 1966, с. 20
  139. ^ Clugston & Flemming 2000, pp. 100–101, 104–105, 302
  140. ^ Maosheng 2020, p. 962
  141. ^ Mazej 2020
  142. ^ Wiberg 2001, p. 402
  143. ^ Vernon 2013, p. 1706
  144. ^ a b Greenwood & Earnshaw 2002, p. 804
  145. ^ Rudolph 1973, p. 133: "Oxygen and the halogens in particular ... are therefore strong oxidizing agents."
  146. ^ Daniel & Rapp 1976, p. 55
  147. ^ a b Cotton et al. 1999, p. 554
  148. ^ Woodward et al. 1999, pp. 133–194
  149. ^ Phillips & Williams 1965, pp. 478–479
  150. ^ Moeller et al. 1989, p. 314
  151. ^ Lanford 1959, p. 176
  152. ^ Emsley 2011, p. 478
  153. ^ Greenwood & Earnshaw 2002, p. 277
  154. ^ Atkins et al. 2006, p. 320
  155. ^ Greenwood & Earnshaw 2002, p. 482; Berger 1997, p. 86
  156. ^ Moss 1952, pp. 180, 202
  157. ^ a b c d Cao et al. 2021, p. 20
  158. ^ Challoner 2014, p. 5; Government of Canada 2015; Gargaud et al. 2006, p. 447
  159. ^ Crichton 2012, p. 6; Scerri 2013; Los Alamos National Laboratory 2021
  160. ^ Vernon 2020, p. 218
  161. ^ Wulfsberg 2000, 37, 273–274, 620
  162. ^ Seese & Daub 1985, p. 65
  163. ^ MacKay, MacKay & Henderson 2002, pp. 209, 211
  164. ^ Cousins, Davidson & García-Vivó 2013, pp. 11809–11811
  165. ^ a b Cao et al. 2021, p. 4
  166. ^ Liptrot 1983, p. 161; Malone & Dolter 2008, p. 255
  167. ^ Wiberg 2001, pp. 255–257
  168. ^ Scott & Kanda 1962, p. 153
  169. ^ Taylor 1960, p. 316
  170. ^ a b c d Emsley 2011, passim
  171. ^ Crawford 1968, p. 540; Benner, Ricardo & Carrigan 2018, pp. 167–168: "The stability of the carbon-carbon bond ... has made it the first choice element to scaffold biomolecules. Hydrogen is needed for many reasons; at the very least, it terminates C-C chains. Heteroatoms (atoms that are neither carbon nor hydrogen) determine the reactivity of carbon-scaffolded biomolecules. In ... life, these are oxygen, nitrogen and, to a lesser extent, sulfur, phosphorus, selenium, and an occasional halogen."
  172. ^ Zhao, Tu & Chan 2021
  173. ^ Kosanke et al. 2012, p. 841
  174. ^ Wasewar 2021, pp. 322–323
  175. ^ Messler 2011, p. 10
  176. ^ King 1994, p. 1344; Powell & Tims 1974, pp. 189–191; Cao et al. 2021, pp. 20–21
  177. ^ Vernon 2020, pp. 221–223; Rayner-Canham 2020, p. 216
  178. ^ Ramdohr 1969, p. 371
  179. ^ Gillham 1956, p. 338
  180. ^ Chandra X-ray Center 2018
  181. ^ abcd Нельсон 1987, с. 732
  182. ^ ab Fortescue 2012, стр. 56, 65.
  183. ^ Ostriker & Steinhardt 2001, стр. 46–53; Чжу 2020, с. 27
  184. ^ Кокс 1997, стр. 17–19.
  185. ^ Всемирный экономический форум 2021
  186. ^ Ван, Lineweaver & Ireland 2018, стр. 462
  187. ^ Чжу и др. 2014, стр. 644–648.
  188. ^ Шмедт, Мангстл и Краус 2012, с. 7847‒7849
  189. ^ abc Allcock 2020, стр. 61–63; Эмсли, 2011 г., прошедшее; Харбисон, Буржуа и Джонсон, 2015, с. 364; Обзоры минеральных ресурсов Геологической службы США за 2023 г.
  190. ^ Берк 2020, с. 262; Челе, 2016, стр. 7–11; Имберти и Сэдлер 2020, с. 8
  191. ^ Кииски и др. 2016 г.; Король 2019, с. 408
  192. ^ Бирд и др. 2021 год; Бхувалка и др. 2021, стр. 10097–10107; Болин 2017, с. 2-1; Рейнхардт и др. 2015 год
  193. ^ Allcock 2020, стр. 61–63; Эмсли, 2011 г., прошедшее; Гаффни и Марли, 2017, с. 23; Обзоры минеральных ресурсов Геологической службы США за 2023 г.
  194. ^ Уиттен и др. 2014, с. 133
  195. ^ Уорд 2010, с. 250
  196. ^ Уикс и Лестер 1968, с. 550
  197. ^ Чжун и Нсенгиюмва, с. 19
  198. ^ Анджело и Рависанкар, стр. 56–57
  199. ^ Гринвуд и Эрншоу 2002, с. 482
  200. ^ Султана и др. 2022 год
  201. ^ аб Халлер 2006, стр. 3
  202. ^ Шанкс и др. 2017, стр. I2–I3.
  203. ^ Эмсли 2011, с. 611
  204. ^ Баджадж, Каселла и Боргер, 2022; Уэбб-Мак 2019
  205. ^ Роджерс 2012, с. 571
  206. ^ Грегерсен 2008 г.
  207. ^ Павлицкий, Скандербег и Старкшалл 2016, стр. 228
  208. ^ Лабингер 2019, с. 305
  209. ^ Эмсли 2011, стр. 42–43, 219–220, 263–264, 341, 441–442, 596, 609.
  210. ^ Мульт 2011
  211. ^ Эмсли 2011, стр. 84, 128, 180–181, 247.
  212. ^ Кук 1923, с. 124
  213. ^ Weeks ME и Лестер 1968, с. 309
  214. ^ Эмсли 2011, стр. 113, 363, 378, 477, 514–515.
  215. ^ Уикс и Лестер 1968, стр. 95, 97, 103.
  216. ^ Иордания, 2016 г.
  217. ^ Стиллман 1924, с. 213
  218. ^ де Л'Оне 1566, с. 7
  219. ^ Лемери 1699, с. 118; Дежонге 1998, с. 329
  220. ^ Лавуазье 1790, с. 175
  221. ^ Стратерн 2000, с. 239
  222. ^ Крисвелл 2007, с. 1140
  223. ^ Зальцберг 1991, с. 204
  224. ^ Берцелиус 1811, с. 258
  225. ^ Партингтон 1964, с. 168
  226. ^ аб Баче 1832, с. 250
  227. ^ Голдсмит 1982, с. 526
  228. ^ Роско и Шормлеммер 1894, с. 4
  229. ^ Глинка 1960, с. 76
  230. ^ Герольд 2006, стр. 149–150.
  231. ^ abcd The Chemical News and Journal of Physical Science 1864 г.
  232. ^ Оксфордский словарь английского языка, 1989 г.
  233. ^ Кемсхед 1875, с. 13
  234. ^ Чемберс 1743, «Металл»: «То, что отличает металлы от всех других тел… это их тяжесть…»
  235. ^ Харрис 1803, с. 274
  236. ^ Бранде 1821, с. 5
  237. ^ Смит 1906, стр. 646–647.
  238. ^ Пляж 1911 г.
  239. ^ Эдвардс и Сиенко 1983, с. 693
  240. ^ Херцфельд 1927; Эдвардс 2000, стр. 100–103.
  241. ^ Кубашевский 1949, стр. 931–940.
  242. ^ Реми 1956, с. 9
  243. ^ Стотт 1956, стр. 100–102.
  244. ^ Сандерсон 1957, с. 229
  245. ^ Уайт 1962, с. 106
  246. ^ Джонсон 1966, стр. 3–4.
  247. ^ Мартин 1969, с. 6
  248. ^ Хорват 1973, стр. 335–336.
  249. ^ Приход 1977, с. 178
  250. ^ Майерс 1979, с. 712
  251. ^ Рао и Гангули, 1986 г.
  252. ^ Смит и Дуайер 1991, стр. 65
  253. ^ аб Герман 1999, с. 702
  254. ^ Скотт 2001, с. 1781 г.
  255. ^ Манн и др. 2000, с. 5136
  256. ^ Суреш и Кога 2001, стр. 5940–5944.
  257. ^ аб Эдвардс 2010, стр. 941–965.
  258. ^ Повх и Розин 2017, с. 131
  259. ^ Хилл, Холман и Халм 2017, стр. 182
  260. ^ ab Hare & Bache 1836, с. 310
  261. ↑ Чемберс 1743: «То, что отличает металлы от всех других тел… это их тяжесть…»
  262. ^ Эрман и Саймон 1808 г.
  263. ^ Эдвардс 2000, с. 85
  264. ^ Рассел и Ли 2005, с. 466
  265. ^ Аткинс и др. 2006, стр. 320–21.
  266. ^ Жигальский и Джонс 2003, с. 66
  267. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, стр. 218–219.
  268. ^ Эмсли 1971, с. 1
  269. ^ Джонс 2010, с. 169
  270. ^ Джонсон 1966, стр. 3–6, 15.
  271. ^ Школьников 2010, с. 2127
  272. ^ Эйлуорд и Финдли, 2008, стр. 6–13; 126
  273. ^ Аб Рам, Зенг и Хоффманн, 2019, стр. 345
  274. ^ Даффус 2002, с. 798
  275. ^ Hein & Arena 2011, стр. 228, 523; Тимберлейк 1996, стр. 88, 142; Книн, Роджерс и Симпсон 1972, с. 263; Бейкер 1962, стр. 21, 194; Меллер 1958, стр. 11, 178.
  276. ^ Голдуайт и Спилман 1984, с. 130
  277. ^ Одерберг 2007, с. 97
  278. ^ Бертомеу-Санчес и др. 2002, стр. 248–249.
  279. ^ Дюпаскье 1844, стр. 66–67.
  280. ^ Баче 1832, стр. 248–276.
  281. ^ Ренуф 1901, стр. 268.
  282. ^ Бертомеу-Санчес и др. 2002, с. 248
  283. ^ Бертомеу-Санчес и др. 2002, с. 236
  284. ^ Хофер 1845, с. 85
  285. ^ Дюма 1828; Дюма 1859 г.
  286. ^ Эмсли 2011, стр. 80, 485.
  287. ^ Менделеев 1897, стр. 180, 186–187.
  288. ^ Эмсли 2011, с. 530
  289. ^ Менделеев 1897, с. 274
  290. ^ аб Голдсмит 1982
  291. ^ Лундгрен и Бенсауд-Винсент 2000, стр. 409
  292. ^ Гринберг 2007, с. 562
  293. ^ Полинг 1947, стр. 65, 160.
  294. ^ Полинг 1947, с. 160
  295. ^ Чедд 1969
  296. ^ Вернон 2020, стр. 217–225.
  297. ^ ab Welcher 2009, с. 3–32: «Элементы изменяются от  … металлоидов до умеренно активных неметаллов, очень активных неметаллов и благородного газа».
  298. ^ Вернон 2020, стр. 224.
  299. ^ Маккей, Маккей и Хендерсон, 2002, стр. 195–196.
  300. ^ Байнум, Браун и Портер 1981, стр. 318
  301. ^ abc Рохов 1966, с. 4
  302. ^ Виберг 2001, с. 780; Эмсли 2011, с. 397; Рохов 1966, стр. 23, 84.
  303. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, с. 439
  304. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, стр. 321, 404, 436.
  305. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, с. 465
  306. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, с. 308
  307. ^ Трегартен 2003, с. 10
  308. ^ Льюис 1993, стр. 28, 827.
  309. ^ Льюис 1993, стр. 28, 813.
  310. ^ Годфрин и Лаутер 1995, стр. 216–218.
  311. ^ Виберг 2001, с. 416
  312. ^ Десаи, Джеймс и Хо 1984, стр. 1160; Матула 1979, с. 1260
  313. ^ Шефер 1968, с. 76; Карапелла 1968, стр. 29–32.
  314. ^ Книн, Роджерс и Симпсон 1972, с. 264
  315. ^ Рейнер-Кэнхэм 2018, стр. 203
  316. ^ Маккин 2014, с. 80
  317. ^ Джонсон 1966, стр. 105–108.
  318. ^ Штейн 1969, стр. 5396–5397; Питцер 1975, стр. 760–761.
  319. ^ Рохов 1966, с. 4; Аткинс и др. 2006, стр. 8, 122–123.
  320. ^ Виберг 2001, с. 750.
  321. ^ Дуглас и Мерсье 1982, стр. 723
  322. ^ Гиллеспи и Робинсон 1959, с. 418
  323. ^ Сандерсон 1967, с. 172; Мингос 2019, с. 27
  324. ^ Дом 2008, с. 441
  325. ^ Мингос 2019, с. 27; Сандерсон 1967, с. 172
  326. ^ Виберг 2001, с. 399
  327. ^ Кленинг и Аппельман 1988, с. 3760
  328. ^ Аб Рао 2002, с. 22
  329. ^ Сидоров 1960, стр. 599–603.
  330. ^ Макмиллан 2006, с. 823
  331. ^ Уэллс 1984, с. 534
  332. ^ ab Puddephatt & Monaghan 1989, стр. 59
  333. ^ Кинг 1995, с. 182
  334. ^ Риттер 2011, с. 10
  335. ^ Ямагути и Шираи 1996, стр. 3
  336. ^ Вернон 2020, с. 223
  337. ^ Вудворд и др. 1999, с. 134
  338. ^ Далтон 2019

Библиография

Внешние ссылки