非金屬

非金屬在通常條件下為氣體或沒有金屬特性的脆性固體或液體，如元素周期表右上部15個元素和氫元素，零族元素的單質。大部分非金屬原子具有較多的價層s、p電子，可以形成雙原子分子氣體或骨架狀，鏈狀或層狀大分子的晶體結構。

基本介紹

• 中文名：非金屬
• 外文名：non-metallic
• 性質：脆性固體或液體
• 特點：氣體或沒有金屬特性
• 特性：骨架狀，鏈狀或層狀大分子

簡介

通常條件下為氣體或沒有金屬特性的脆性固體或液體，如元素周期表右上部15種元素和氫元素，零族元素的單質。非金屬元素是元素的一大類，在所有的一百多種化學元素中，非金屬占了23種。在周期表中，除氫以外，其它非金屬元素都排在表的右側和上側，屬於p區。包括氫、硼、碳、氮、氧、氟、矽、磷、硫、氯、砷、硒、溴、碲、碘、砹、氦、氖、氬、氪、氙、氡，80%的非金屬元素在社會中占有重要位置。

大部分非金屬原子具有較多的價層s、p電子，可以形成雙原子分子氣體或骨架狀，鏈狀或層狀大分子的晶體結構。金屬和非金屬之間有被稱為類金屬的砷，銻，矽，鍺等。

當溫度或壓力等條件發生變化時，金屬或非金屬可能轉化。如金屬錫在低溫下可變成非金屬的灰錫。

基本性質

非金屬在室溫下可以是氣體或固體（除了溴，惟一一個液體非金屬元素）。非金屬元素在固體時並沒有閃亮的表面，但是不同的元素會有不同的顏色，例如碳是黑色的，而硫是黃色的。非金屬的硬度有明顯的差別，例如硫是很軟的，但鑽石（碳的一種）卻是全世界最硬的。非金屬是易碎的，而且密度比金屬要低。非金屬不是好的導熱體，是電的絕緣體（除了碳在石墨的形態下）。

非金屬性

是非金屬元素的通性，它指某種非金屬元素的原子得到電子的能力。某元素原子非金屬性越強，即其得電子能力越強。由元素周期表上看，靠右的元素非金屬性比靠左的元素非金屬性要強，靠上的元素非金屬性比靠下的元素非金屬性要強。對於元素的單質，非金屬性體現在單質的氧化性上。

物理性質

非金屬單質大多是分子晶體，少部分為原子晶體和過渡型的層狀晶體。

單質共價鍵數大部分符合8-N規則：

1、稀有氣體：8-8=0（2-2=0），為單原子分子。

2、鹵素，氫：8-7=1（2-1=1），為雙原子分子。

3、VIA族的硫、硒、碲：8-6=2，為二配位的鏈形與環形分子。

4、VA族的磷、砷：8-5=3，為三配位的有限分子P_4、As₄，灰砷和黑磷為層狀分子。

5、IVA族的碳、矽：8-4=4，為四配位的金剛石型結構。

少數分子由於形成π鍵、大π鍵或d軌道參與成鍵，鍵型發生變化，於是不遵守8-N規則。如N₂、O₂分子中的原子間的鍵不是單鍵；硼單質和石墨結構中，鍵的個數也不等於8-N個。

物理性質可分為三類：

1. 稀有氣體及O₂、N₂、H₂等：一般狀態下為氣體，固體為分子晶體，熔沸點很低
2. 多原子分子，S₈、P₄等：一般狀態下為固體，分子晶體，熔沸點低，但比第一類高
3. 大分子單質，金剛石、晶態矽等。原子晶體，熔沸點高。

氧化性還原性

元素的金屬性越強，它的單質還原性越強，而它陽離子的氧化性越弱。例如：金屬性Na>Mg>Al，單質的還原性Na>Mg>Al，陽離子的氧化性Na+<Mg2+<Al3+。中學化學教材中金屬活動順序表為：K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>H>Cu>Hg>Ag>Pt>Au，而陽離子的氧化性為：K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Zn2+<Fe2+<Sn2+Br>I>S，它們的單質的氧化性Cl2>Br2>I2>S，還原性Cl2。

元素周期表

對於主族元素來說，同周期元素隨著原子序數的遞增，原子核電荷數逐漸增大，而電子層數卻沒有變化，因此原子核對核外電子的引力逐漸增強，隨原子半徑逐漸減小，原子失電子能力逐漸降低，元素金屬性逐漸減弱；而原子得電子能力逐漸增強，元素非金屬性逐漸增強。

例如：對於第三周期元素的金屬Na>MgS>P>Si。

同主族元素，隨著原子序數的遞增，電子層逐漸增大，原子半徑明顯增大，原子核對最外層電子的引力逐漸減小，元素的原子失電子逐漸增強，得電子能力逐漸減弱，所以元素的金屬性逐漸增強，非金屬性減弱。

例如：第一主族元素的金屬性H<Li<Na<K<Rb<Cs，鹵族元素的非金屬性F>Cl>Br>I。

綜合以上兩種情況，可以作出簡明的結論：在元素周期表中，越向左、下方，元素金屬性越強，金屬性最強的金屬是Cs；越向右、上方，元素的非金屬越強，非金屬性最強的元素是F。

例如：金屬性K>Na>Mg，非金屬性O>S>P。

化學反應

一般說來，元素的金屬性越強，它的單質與水或酸反應越劇烈，對應的鹼的鹼性也越強。例如：金屬性Na>Mg>Al，常溫時單質Na與水能劇烈反應，單質Mg與水能緩慢地進行反應，而單質Al與水在常溫時很難進行反應，它們對應的氧化物的水化物的鹼性NaOH>Mg(OH)₂>Al(OH)₃。元素的非金屬性越強，它的單質與H₂反應越劇烈，得到的氣態氫化物的穩定性越強，元素的最高價氧化物所對應的水化物的酸也越強。

例如：非金屬Cl>S>P>Si，Cl₂與H₂在光照或點燃時就可能發生爆炸而化合，S與H₂須加熱才能化合，而Si與H₂須在高溫下才能化合併且SiH₄極不穩定；氫化物的穩定HCl>H₂S>PH₃>SiH₄；這些元素的最高價氧化物的水化物的酸性HClO₄>H₂SO₄>H₃PO₄>H₄SiO₄。

因此，在化學反應中的表現可以作為判斷元素的金屬性或非金屬強弱的依據。另外，還可以根據金屬或非金屬單質之間的相互置換反應，進行金屬性和非金屬性強弱的判斷。一種金屬把另一金屬元素從它的鹽溶液里置換出來，表明前一種元素金屬性較強；一種非金屬單質能把另一種非金屬單質從它的鹽溶液或酸溶液中置換出來，表明前一種元素的非金屬性較強。

與金屬性區別

在金屬晶體中，金屬原子的自由電子在整個晶體中移動，依靠此種流動電子，使金屬原子相互結合成為晶體的鍵稱為金屬鍵。對於主族元素，隨原子序數的遞增，金屬鍵的強度逐漸減弱，因此金屬單質的熔、沸點逐漸降低。

成鍵方式 非金屬原子之間主要成共價鍵，而非金屬元素與金屬元素之間主要成離子鍵。

非金屬原子之間成共價鍵的原因是，兩種原子均有獲得電子的能力，都傾向於獲得對方的電子使自己達到穩定的構型，於是兩者就共用電子對以達此目的。而金屬原子失去電子的能力較強，與非金屬相遇時就一者失電子、一者得電子，雙方均達到穩定結構。多原子的共價分子常常出現的一種現象是軌道雜化，這使得中心原子更易和多個原子成鍵。非金屬原子之間形成的共價鍵中，除了一般的σ鍵和π鍵，還有一種大π鍵。大π鍵是離域的，可以增加共價分子或離子的穩定性。

物質分類

化合物

由於非金屬元素複雜的成鍵方式，幾乎所有的化合物中都含有非金屬元素。

如果非金屬元素與金屬元素一同形成無機化合物，則可以形成無氧酸鹽、含氧酸鹽及配合物這幾類物質。如果只由非金屬元素形成無機物，則可以形成一系列共價化合物，如酸等。非金屬元素碳是有機化合物的基礎。

分子氫化物

除稀有氣體以外，所有非金屬元素都能形成最高價態的共價型簡單氫化物。

熔沸點：同一族的熔點、沸點從上到下遞增。但NH₃、H₂O、HF的沸點因為存在氫鍵而特別高。

熱穩定性：同一周期自左向右依次增加，同一族自上而下減少，與非金屬元素電負性變化規律一樣。

還原性：除HF外都具有還原性，其變化規律與穩定性相反，穩定性大的還原性小。此外C、Si、B能分別形成碳烷、矽烷、硼烷一系列非金屬原子數≥2的氫化物。

含氧酸及其鹽

除稀有氣體、氧、氟元素以外，所有非金屬元素都能形成含氧酸，且在酸中呈正氧化態。同一族從下到上、同一周期從左到右，非金屬最高價含氧酸的酸性逐漸增強。但其他價含氧酸不遵循此規律。

非金屬含氧酸中，高氧化態的強酸常具有氧化性，如硫酸（H₂SO₄）、硝酸（HNO₃）等；一些弱酸如次氯酸也是氧化性酸。還原性酸包括亞硫酸、亞磷酸等。