非金屬元素

非金屬元素

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 22 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 。 [1] 80% 的非金屬元素在現在社會中佔有重要位置。

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

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。（參見 元素周期律 。）

單質

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

· 稀有氣體 ： 8-8=0 （ 2-2=0 ），為 單原子分子

· 鹵素 ，氫： 8-7=1 （ 2-1=1 ），為 雙原子分子

· VI A 族的硫、硒、碲： 8-6=2 ，為二配位的鏈形與環形分子

· V A 族的磷、砷： 8-5=3 ，為三配位的有限分子 P 4 ,As 4 ，灰砷和黑磷為層狀分子

· IV A 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 N 2 、 O 2 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 O 2 、 N 2 、 H 2 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， S 8 、 P 4 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

化學反應

活潑非金屬元素，如 F 2 ， Cl 2 ， Br 2 ， O 2 ， P S 等，能與金屬形成 鹵化物 、 氧化物 、 硫化物 ， 氫化物 或 含氧酸鹽 等。非金屬元素之間也能形成 鹵化物 、 氧化物 、 無氧酸 、 含氧酸 等。

大部分單質不與 水 反應，僅鹵素與高溫下的碳能與水發生反應。

非金屬一般不與非氧化性稀 酸 發生反應，硼、碳、磷、硫、碘、砷等才能被濃 HNO 3 、濃 H 2 SO 4 及 王水氧化 。

除碳、氮、氧外，一般可以和 鹼 溶液發生反應，對於有變價的主要發生 歧化反應 ； Si 、 B 則是從鹼溶液中置換出氫氣；濃鹼時， F 2 能氧化出 O 2

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。

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 NH 3 、 H 2 O 、 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 (H 2 SO 4 ) 、 硝酸 (HNO 3 ) 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。

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