Metallmaslar va ularning birikmalari

Metallmaslar davriy sistemaning o‘ng yuqori burchagida — bor–astat diagonalidan yuqorida va o‘ngda — joylashgan; ular 22 ta element (nodir gazlar bilan birga). Soni kam bo‘lsa-da, metallmaslar tabiatning asosini tashkil qiladi: atmosfera (N₂, O₂, Ar), suv (H, O), tirik organizmlar (C, H, O, N, P, S — "organogen" elementlar), Yer po‘sti (O, Si). Metallardan farqli ravishda ular elektron qabul qilishga moyil, shuning uchun ko‘pincha oksidlovchi bo‘ladi. Bu bob metallmaslarning umumiy qonuniyatlarini, vodorod va nodir gazlarni o‘rganadi; galogenlar, kislorod va oltingugurt, azot va fosfor, uglerod va kremniy alohida mavzularda ko‘riladi.

§1. Umumiy tavsif

• Tashqi pog‘onada 4–8 elektron bor (vodorod, geliy va bor — istisno), atom radiusi kichik, elektromanfiylik yuqori.
• Elektromanfiylik qatori: F > O > N > Cl > Br > I > S > C > P > Si — chapdagi element o‘ngdagi bilan birikmada manfiy oksidlanish darajasini oladi.
• Reaksiyalarda ko‘pincha oksidlovchi: metallar va vodorod bilan Cl₂ + H₂ → 2HCl, S + Fe → FeS.
• Ammo kuchliroq oksidlovchi bilan qaytaruvchi ham bo‘la oladi: S + O₂ → SO₂ (S⁰ → S⁺⁴), C + 2H₂SO₄ → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O. Faqat ftor hech qachon musbat oksidlanish darajasini namoyon qilmaydi — u eng kuchli oksidlovchi.

Oddiy moddalari ko‘pincha molekulyar tuzilishli (H₂, N₂, O₂, Cl₂, P₄, S₈), shuning uchun oson suyuqlanadi va uchuvchan; ba’zilari atom panjarali (olmos, kremniy, bor) va juda qattiq. Oddiy sharoitda metallmaslar orasida gazlar (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, nodir gazlar), bitta suyuqlik (brom) va qattiq moddalar (C, Si, P, S, I₂) bor. Ko‘pchiligi elektr tokini o‘tkazmaydi (grafit — istisno). Ko‘p metallmaslar allotropiyaga ega: kislorod va ozon, olmos va grafit, oq va qizil fosfor.

§2. Vodorod: tuzilishi va olinishi

Vodorod — eng yengil va koinotda eng ko‘p tarqalgan element (yulduzlar massasining asosiy qismi). Elektron formulasi 1s¹: bitta elektron berib H⁺ (I guruh kabi), bitta elektron olib H⁻ (VII guruh kabi) bo‘la oladi, shuning uchun davriy sistemada uning o‘rni ikki yoqlama. Izotoplari: protiy ¹H, deyteriy ²H (D), tritiy ³H (T, radioaktiv).
Olinishi:

Vodorod — rangsiz, hidsiz gaz, suvda deyarli erimaydi; M(H₂) = 2, havodan 29/2 = 14,5 marta yengil, shuning uchun probirka og‘zini pastga qaratib yig‘iladi.

§3. Vodorodning kimyoviy xossalari

• Qaytaruvchi — metallmaslar va oksidlar bilan: 2H₂ + O₂ → 2H₂O, H₂ + Cl₂ → 2HCl, N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃; metall oksidlaridan metallni qaytaradi: CuO + H₂ → Cu + H₂O (qora kukun qizaradi), Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O.
• Oksidlovchi — faol metallar bilan gidridlar hosil qilganda: 2Na + H₂ → 2NaH, Ca + H₂ → CaH₂ (vodorod −1). Gidridlar suv bilan vodorod ajratadi.
• Organik moddalar bilan: alkenlar, alkinlar, aldegidlarni gidrogenlash, yog‘larni qattiqlashtirish.

Vodorodning havo yoki kislorod bilan aralashmasi ("qaldiroq gaz") yondirilganda kuchli portlaydi, shuning uchun vodorod yoqishdan oldin uning tozaligi tekshiriladi. Vodorod ekologik toza yoqilg‘i hisoblanadi: yonganda faqat suv hosil bo‘ladi.

Misol

23,2 g Fe₃O₄ ni to‘liq qaytarish uchun necha litr vodorod (n.sh.) kerak va necha gramm temir olinadi?

1. n(Fe₃O₄) = 23,2/232 = 0,1 mol.
2. Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O: n(H₂) = 0,4 mol, V = 0,4·22,4 = 8,96 l.
3. n(Fe) = 0,3 mol, m = 0,3·56 = 16,8 g.

§4. Nodir gazlar

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn — VIIIA guruh. Tashqi pog‘onasi to‘liq (ns² np⁶, geliyda 1s²), shuning uchun kimyoviy jihatdan juda inert, molekulalari bir atomli. Faqat 1962 yildan boshlab ksenon va kriptonning ftor bilan birikmalari olingan (XeF₂, XeF₄, KrF₂). Argon havoning hajm bo‘yicha 0,93 % ini tashkil qiladi. Qo‘llanilishi: geliy — havo sharlari va dirijabllarda (yonmaydi), suyuq geliy — o‘ta past haroratlar olishda; neon — reklama chiroqlarida qizil nur; argon — payvandlashda va cho‘g‘lanma lampalarda inert muhit.

§5. Vodorodli birikmalar va kislorodli kislotalar

Guruhda pastga tushganda element–vodorod bog‘i uzunlashadi va kuchsizlanadi, shuning uchun proton osonroq ajraladi: H₂S suvdan, HI esa HF dan kuchli kislota. Ammiakning asosligi esa azotdagi taqsimlanmagan elektron jufti protonni biriktirishi bilan tushuntiriladi.
Bir element kislorodli kislotalarida uning oksidlanish darajasi oshgan sari kislota kuchayadi: HClO < HClO₂ < HClO₃ < HClO₄; H₂SO₃ < H₂SO₄; HNO₂ < HNO₃. Eng yuqori oksidlarning gidratlari davr bo‘ylab kuchayadi: H₂SiO₃ < H₃PO₄ < H₂SO₄ < HClO₄.

Misol

4,96 g X oddiy modda 6,4 g O₂ bilan to‘liq reaksiyaga kirishib XₐOᵦ oksidini hosil qildi. Elementni toping.

1. n(O₂) = 6,4/32 = 0,2 mol → n(O) = 0,4 mol.
2. Fosfor deb tekshiramiz: n(P) = 4,96/31 = 0,16 mol.
3. P : O = 0,16 : 0,4 = 2 : 5 → P₂O₅ — mos keladi; X — fosfor.

§6. Rasmiy test namunasi

C + 2H₂SO₄(kons.) → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O va P + 5HNO₃(kons.) → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O. Jami 18 g suv hosil bo‘ldi, H₃PO₄ mollari birinchi reaksiya gazlari moliga teng. Metallmaslar massasini toping.

Misol

1. n(C) = a: suv 2a, gazlar 3a. n(P) = b: suv b, H₃PO₄ b.
2. b = 3a, 2a + b = 18/18 = 1 → 5a = 1 → a = 0,2, b = 0,6.
3. m = 0,2·12 + 0,6·31 = 2,4 + 18,6 = 21 g.

O‘zingizni tekshiring

1. 8 g CuO ni to‘liq qaytarish uchun necha litr H₂ (n.sh.) kerak?

2. CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂ reaksiyasida vodorod qanday rol o‘ynaydi?

3. Qaysi biri eng kuchli qaytaruvchi: HF, HCl, HBr, HI?

4. Nima uchun nodir gazlar deyarli reaksiyaga kirishmaydi?

5. NH₃ suvda qanday muhit hosil qiladi?

6. 2,24 l H₂ va 2,24 l O₂ (n.sh.) portlatildi. Qaysi gaz va qancha ortib qoladi?

7. Vodorod havodan necha marta yengil?

8. Qaysi metallmas oddiy sharoitda suyuqlik?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Metallmaslar faqat oksidlovchi deb hisoblash: kuchliroq oksidlovchi bilan ular qaytaruvchi.
• HF ni eng kuchli galogenvodorod kislota deb yozish: u kuchsiz.
• Gidridlarda vodorodni +1 deb olish: u −1.
• Nodir gazlar hech qanday birikma hosil qilmaydi deb aytish: ksenon ftoridlari bor.
• Vodorodni faqat qaytaruvchi deb hisoblash: faol metallar bilan u oksidlovchi.