Элементы p-блока и неметаллы

p-блок охватывает группы с 13 по 18 и содержит большинство неметаллов и металлоидов, демонстрируя самое богатое разнообразие степеней окисления, аллотропов и типов связей в периодической таблице.

Definition

Элементы p-блока — это элементы групп с 13 по 18, у которых электроны с наивысшей энергией заполняют p-подоболочку; они включают металлы, металлоиды и неметаллы и демонстрируют переменные степени окисления, обширную катенацию и разнообразные молекулярные структуры.

Scope

Эта тема охватывает описательную химию элементов групп с 13 по 18 (за исключением благородных газов, рассматриваемых отдельно): градиент металлоид–неметалл, множественные степени окисления и эффект инертной пары, катенацию и аллотропию у углерода, фосфора и серы, гидриды, оксиды, оксокислоты и галогениды неметаллов, а также аномальную химию элементов первого ряда. Особое внимание уделяется периодическим тенденциям и характерным соединениям, а не кластерным связям, которые рассматриваются в разделах о боре и электронно-дефицитных кластерах.

Core questions

• Как изменяется характер от металлического к неметаллическому по периоду и по группе в p-блоке?
• Почему тяжелые элементы p-блока предпочитают более низкие степени окисления (эффект инертной пары)?
• Как катенация и аллотропия придают углероду, фосфору и сере их разнообразные формы?
• Что определяет силу оксокислот неметаллов?

Key concepts

• Металлоиды и диагональная полоса
• Эффект инертной пары
• Катенация и аллотропия
• Гидриды и галогениды неметаллов
• Оксиды и оксокислоты
• Аномалия первого ряда

Key theories

Периодические тенденции и эффект инертной пары

В p-блоке по периоду электроотрицательность возрастает, а металлический характер уменьшается, в то время как по группе возрастающая неохота использовать валентные s-электроны стабилизирует степени окисления на две единицы ниже номера группы.

Катенация и аллотропия

Легкие элементы p-блока образуют прочные связи элемент–элемент, что придает углероду его обширную химию катенации и приводит к образованию аллотропов углерода, фосфора и серы с различными структурами и реакционной способностью.

Оксокислоты и оксиды неметаллов

Неметаллы образуют градуированный ряд оксидов и оксокислот, кислотность которых коррелирует со степенью окисления и электроотрицательностью центрального атома, систематизированный правилами, такими как правило Полинга для силы оксокислот.

Clinical relevance

p-блок поставляет углерод, азот, кислород и фосфор для биологии, кремний для полупроводников и стекла, галогены для дезинфицирующих средств и фармацевтики, а также связанный азот и фосфаты для удобрений.

History

Элементы p-блока сыграли центральную роль в создании и проверке периодической таблицы, при этом Менделеев предсказал свойства тогда еще неоткрытых элементов, таких как галлий и германий. Рентгеновские исследования Мозли определили их атомные номера, а шкала электроотрицательности Полинга систематизировала тенденции в их связях и кислотности.

Key figures

• Dmitri Mendeleev
• Henry Moseley
• Linus Pauling

Seminal works

• greenwood1997
• weller2018
• housecroft2018

Frequently asked questions

Что такое эффект инертной пары?

У более тяжелых элементов p-блока валентные s-электроны все более неохотно участвуют в образовании связей, поэтому степени окисления на две единицы ниже максимальной для группы становятся более стабильными, как, например, предпочтение свинцом степени окисления +2 вместо +4.

Почему химия углерода намного богаче, чем у более тяжелых элементов 14-й группы?

Углерод образует исключительно прочные связи углерод–углерод и углерод–водород и легко образует кратные связи, что позволяет обширную катенацию в цепи и кольца; более тяжелые элементы образуют более слабые связи и катенируют гораздо меньше, что ограничивает их структурное разнообразие.