P-блок

P-блок — это совокупность химических элементов, у которых в атомах на внешнем энергетическом уровне (валентном слое) заполняется p-подуровень. В периодической системе Д. И. Менделеева p-блок включает элементы главных подгрупп III—VIII групп (по старой классификации — главных подгрупп III—VII групп и VIII группы, за исключением гелия). P-блок является одним из четырёх основных блоков периодической таблицы, наряду с s-блоком, d-блоком и f-блоком.

Общая характеристика

Атомы p-элементов имеют на внешнем энергетическом уровне от 2 до 8 электронов, причём p-подуровень заполняется после s-подуровня того же уровня. Валентными для p-элементов являются электроны, расположенные на внешнем s- и p-подуровнях. В связи с этим максимальная степень окисления p-элементов, как правило, равна номеру группы (за исключением кислорода, фтора и некоторых других). P-элементы проявляют широкий спектр химических свойств — от типичных металлов (например, алюминий, свинец) до типичных неметаллов (например, кислород, хлор, фтор).

Состав p-блока

В p-блок входят следующие элементы (по периодам):

• 2-й период: бор (B), углерод (C), азот (N), кислород (O), фтор (F), неон (Ne).
• 3-й период: алюминий (Al), кремний (Si), фосфор (P), сера (S), хлор (Cl), аргон (Ar).
• 4-й период: галлий (Ga), германий (Ge), мышьяк (As), селен (Se), бром (Br), криптон (Kr).
• 5-й период: индий (In), олово (Sn), сурьма (Sb), теллур (Te), йод (I), ксенон (Xe).
• 6-й период: таллий (Tl), свинец (Pb), висмут (Bi), полоний (Po), астат (At), радон (Rn).
• 7-й период: нихоний (Nh), флеровий (Fl), московий (Mc), ливерморий (Lv), теннессин (Ts), оганессон (Og).

Всего в p-блоке насчитывается 36 элементов (включая синтезированные). Элементы 7-го периода (нихоний, флеровий, московий, ливерморий, теннессин, оганессон) являются искусственно полученными радиоактивными элементами, их свойства изучены фрагментарно.

Периодические свойства

Металлические и неметаллические свойства

В p-блоке наблюдается ярко выраженная диагональная периодичность. Внутри каждой группы сверху вниз металлические свойства усиливаются, а неметаллические — ослабевают. Так, в 14-й группе (IVA) углерод — типичный неметалл, кремний — полуметалл, а олово и свинец — металлы. В 15-й группе (VA) азот и фосфор — неметаллы, мышьяк и сурьма — полуметаллы, висмут — металл. В 16-й группе (VIA) кислород, сера, селен и теллур — неметаллы, а полоний — металл. В 17-й группе (VIIA) все элементы (фтор, хлор, бром, йод, астат) являются неметаллами, хотя астат проявляет некоторые металлические свойства.

Электроотрицательность

P-элементы обладают, как правило, более высокой электроотрицательностью по сравнению с s-элементами. Наибольшей электроотрицательностью среди всех элементов обладает фтор (4,0 по шкале Полинга). В группах p-элементов электроотрицательность сверху вниз уменьшается, а в периодах слева направо — возрастает.

Энергия ионизации и сродство к электрону

Энергия ионизации p-элементов в целом выше, чем у s-элементов, и возрастает в периоде слева направо. Наибольшие значения энергии ионизации характерны для благородных газов. Сродство к электрону у p-элементов также высокое, особенно у галогенов, которые являются самыми сильными окислителями.

Классификация по группам

13-я группа (III группа, главная подгруппа) — элементы бора

Включает бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl) и нихоний (Nh). Для элементов этой группы характерна степень окисления +3. Бор — неметалл, остальные — металлы. Алюминий — самый распространённый металл в земной коре. Таллий проявляет устойчивую степень окисления +1.

14-я группа (IV группа, главная подгруппа) — элементы углерода

Включает углерод (C), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb) и флеровий (Fl). Углерод — основа органической химии. Кремний — второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода. Олово и свинец — широко используемые металлы. Для углерода и кремния характерна степень окисления +4, для олова и свинца — +2 и +4.

15-я группа (V группа, главная подгруппа) — элементы азота

Включает азот (N), фосфор (P), мышьяк (As), сурьму (Sb), висмут (Bi) и московий (Mc). Азот — основной компонент атмосферы Земли. Фосфор — важный биогенный элемент. Для элементов этой группы характерны степени окисления от -3 до +5. Висмут — самый тяжёлый стабильный элемент.

16-я группа (VI группа, главная подгруппа) — халькогены

Включает кислород (O), серу (S), селен (Se), теллур (Te), полоний (Po) и ливерморий (Lv). Кислород — самый распространённый элемент на Земле по массе, необходим для дыхания большинства живых организмов. Сера — важный промышленный элемент, входит в состав серной кислоты. Для халькогенов характерна степень окисления -2, а также +4 и +6 (кроме кислорода).

17-я группа (VII группа, главная подгруппа) — галогены

Включает фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I), астат (At) и теннессин (Ts). Галогены — самые активные неметаллы, сильные окислители. Фтор — самый электроотрицательный элемент. Хлор — важный промышленный реагент, используется для получения хлорной извести, пластмасс, растворителей. Для галогенов характерна степень окисления -1, а также положительные степени (кроме фтора).

18-я группа (VIII группа, главная подгруппа) — благородные газы

Включает гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn) и оганессон (Og). Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон — одноатомные газы. Гелий и неон — химически инертны. Криптон и ксенон могут образовывать соединения с фтором и кислородом. Радон — радиоактивен. Оганессон — синтезированный элемент, его химические свойства изучены слабо.

Применение p-элементов

P-элементы широко используются в различных отраслях промышленности, науки и техники.

• Углерод — основа органических соединений, используется в виде алмаза (абразивы, ювелирные изделия), графита (электроды, смазки), активированного угля (адсорбенты).
• Кремний — основной материал полупроводниковой промышленности (микроэлектроника, солнечные батареи).
• Алюминий — лёгкий и прочный металл, применяется в авиастроении, строительстве, упаковке.
• Фосфор — используется в производстве удобрений, спичек, моющих средств.
• Сера — применяется в производстве серной кислоты, резины, спичек, пороха.
• Хлор — используется для обеззараживания воды, производства пластмасс, отбеливателей.
• Благородные газы — применяются в осветительных приборах (неоновые лампы), лазерах, в качестве защитных сред (аргон в сварке), в медицине (ксенон как анестетик).

Значение в биологии

Многие p-элементы являются жизненно важными для живых организмов. Углерод, кислород, азот, фосфор и сера входят в состав основных биомолекул: белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов. Фтор и йод (в виде микроэлементов) необходимы для нормального функционирования организма (фтор — для зубной эмали, йод — для щитовидной железы). Некоторые p-элементы, такие как свинец и мышьяк, являются токсичными.

Источники

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
• Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. — М.: Мир, 1969.
• Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
• Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Советская энциклопедия, 1988—1998.
• Шрайвер Д., Эткинс П. Неорганическая химия. — М.: Мир, 2004.