Non metalli: proprietà, reazioni

Gli elementi classificati come non metalli si trovano, ad eccezione dell’idrogeno nei gruppi 14, 15 e 16 della Tavola Periodica.

Sebbene gli alogeni e i gas gas nobili siano non metalli in genere la chimica dei non metalli si sofferma sullo studio degli elementi idrogeno, carbonio, azoto, fosforo, zolfo e selenio.

Nonostante i non metalli siano in numero nettamente minore rispetto ai metalli essi sono i maggiori costituenti dell’aria, del mare e della terra di cui costituiscono il 74.3%.

Proprietà

I non metalli sono caratterizzati dall’essere cattivi conduttori di elettricità e di calore; tali elementi inoltre non sono duttili né malleabili ma sono fragili e si presentano sia gassosi che liquidi o solidi. Essi hanno alte energie di ionizzazione e alta elettronegatività, non mostrano lucentezza né riflettono la luce.

I non metalli presentano abitualmente da 4 a 8 elettroni nel loro livello esterno e hanno numeri di ossidazione da 1 a 4 sebbene  possano esibire anche numero di ossidazione + 5 come nel caso di P₂O₅,  +6 come nel caso di SO₃ o +7 come nel caso di HClO₄. Gli elementi non metallici hanno tendenza ad acquistare elettroni e dare ioni negativi come nel caso di NaF o di condividere elettroni quando si legano tra loro per dare legami covalenti come nel caso di O₂. Oltre a differenziarsi dai metalli per le loro caratteristiche fisiche i non metalli mostrano differenze anche in relazione alla reattività.

Ad esempio i metalli si ossidano in tutte le loro reazioni come ad esempio:
2 Al + 3 Br₂ → 2 AlBr₃

I non metalli invece possono sia ossidarsi che ridursi: ad esempio il fosforo è ossidato dall’ossigeno nella reazione

P₄ + 5 O₂ → P₄O₁₀
mentre è ridotto quando reagisce con il calcio per dare la fosfina:
6 Ca + P₄ → 2 Ca₃P₄

Tenendo conto che il potere ossidante aumenta da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto i non metalli, ad eccezione del carbonio e dell’idrogeno, sono buoni agenti ossidanti ed in particolare questa proprietà viene esibita dagli elementi più elettronegativi. Infatti non metalli con elettronegatività relativamente alta come ossigeno e cloro agiscono da ossidanti:

3 Cl_2(g) + PH_3(g) → PCl_3(l) + 3 HCl_(g)
3 O_2(g) + 2 H₂S_(g) → 2 SO_2(g) + 2 H₂O_(g)

mentre i non metalli con elettronegatività relativamente basse come carbonio e idrogeno possono agire da riducenti:

3 C_(s) + Fe₂O_3(s) → 3 CO_(g) + 2 Fe_(s)
H_2(g) + CuO_(s) → Cu_(s)  + H₂O_(g)

Reazioni con l’ossigeno

Essi reagiscono con l’ossigeno per dare ossidi acidi come ad esempio SO₂, N₂O₃ e P₂O₅. Gli ossidi acidi in acqua danno gli acidi ternari H₂SO₃, HNO₂, H₃PO₄.

Gli ossidi dei non metalli reagiscono con le basi per dare sale e acqua:
SO₃ + 2 NaOH → Na₂SO₃ + H₂O

Reazione con l’acqua

I non metalli non reagiscono con l’acqua anche se essa è presente sotto forma di vapore.

Reazione con gli acidi

Non tendono a reagire con gli acidi a meno che questi ultimi non abbiano, come nel caso dell’acido nitrico anche potere ossidante.

Ad esempio lo zolfo reagisce con l’acido nitrico secondo la reazione:
S + 6 HNO₃ → H₂SO₄ + 6 NO₂ + 2 H₂O