
非金属单质与金属单质在化学性质上有显著差异。非金属单质通常易获得电子,表现出氧化性,并且它们的性质变化基本上遵循元素周期表中非金属性的变化规律。除了氟气和氧气外,大多数非金属单质同时具有氧化性和还原性。以下是对非金属单质化学性质的实际意义的分类讨论:
1. 活泼的非金属单质,如氟气(F2)、氧气(O2)、氯气(Cl2)、溴气(Br2),具有强烈的氧化性,常用作氧化剂。它们的氧化性强弱可以通过标准电极电势进行定量判断,对于给定的反应,可以根据电极电势的正值或负值来判断反应的方向,或者通过反应的自由能变化(△G < 0)来判定反应是否自发进行。例如,中国的四川省盛产井盐,盐卤水中的碘含量约为0.5~0.7克/立方分米。当通入氯气时,可以制备出碘,反应方程式为Cl2 + 2I- → 2Cl- + I2。但需注意的是,通入的氯气不能过量,因为过量的Cl2会将I2进一步氧化成碘酸根(IO3-),从而无法得到预期的产品I2。
2. 不活泼的非金属单质,如碳(C)、氢气(H2)、硅(Si),通常用作还原剂。例如,中国主要的燃料煤炭或用于炼铁的焦炭就是利用了碳的还原性;硅的还原性不如碳强,不与单一酸反应,但能溶于氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的混合酸中,也能与强碱反应生成硅酸盐和氢气。
3. 许多非金属单质,如氯气(Cl2)、溴气(Br2)、碘(I2)、磷(P4)、硫(S8)等,既能发生氧化反应也能发生还原反应,并且能发生歧化反应。以氢气(H2)为例,在高温下氢气变得较为活泼,能在氧气中燃烧,产生无色但温度较高的火焰(氢氧焰)。然而,当氢气与活泼金属反应时,它表现出氧化性,反应生成的氢化锂(LiH)和氢化钙(CaH2)都是离子型氢化物,在这些晶体中,氢以H-离子状态存在,它们是优良的还原剂,能够还原一些金属氧化物或卤化物。
4. 一些不活泼的非金属单质,如稀有气体、氮气(N2)等,通常不与其他物质反应,因此常用作惰性介质或保护性气体。