P-блоки

P-блоки — это группа элементов в периодической таблице химических элементов, у которых в последнем (валентном) электронном слое заполняется p-подуровень. P-блок является одним из четырёх основных блоков (s, p, d, f) и включает в себя элементы главных подгрупп III—VIII групп (по старой номенклатуре) или 13—18 групп (по современной номенклатуре IUPAC). К p-блоку относятся типичные неметаллы, металлоиды и некоторые металлы, а также все благородные газы (за исключением гелия, принадлежащего к s-блоку).

Расположение в периодической системе

P-блок расположен в правой части периодической таблицы. Его образуют шесть вертикальных столбцов (групп), которые соответствуют номеру группы (13–18). В каждом периоде p-блок начинается с элемента, у которого на p-подуровне появляется один электрон, и заканчивается благородным газом, у которого p-подуровень полностью заполнен (шесть электронов). Таким образом, p-блок охватывает элементы с 1 по 6 электронами на внешнем p-подуровне.

Граница между p-блоком и d-блоком проходит по 12-й группе (цинк, кадмий, ртуть, коперниций), после которой начинаются p-элементы 13-й группы. В первом и втором периодах p-блок отсутствует — элементы второго периода (бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон) считаются началом p-блока, а первый период содержит только водород и гелий (оба s-элементы).

Электронная конфигурация

Общая электронная конфигурация валентного слоя атомов p-элементов имеет вид ns²np¹⁻⁶, где n — номер периода, s-подуровень предвнешнего слоя полностью заполнен (два электрона), а на p-подуровне находится от 1 до 6 электронов. Например, для хлора (3-й период, 17-я группа) конфигурация внешнего слоя — 3s²3p⁵; для свинца (6-й период, 14-я группа) — 6s²6p². Исключение составляет гелий, который формально относится к s-блоку, так как его два электрона занимают только 1s-орбиталь (p-подуровня в первом периоде нет). У благородных газов последний p-подуровень полностью занят (p⁶), что обеспечивает их инертность.

Состав p-блока

В p-блок входят элементы 13-й (бор, алюминий, галлий, индий, таллий, нихоний), 14-й (углерод, кремний, германий, олово, свинец, флеровий), 15-й (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут, московий), 16-й (кислород, сера, селен, теллур, полоний, ливерморий), 17-й (фтор, хлор, бром, иод, астат, теннессин) и 18-й (неон, аргон, криптон, ксенон, радон, оганесон) групп. Всего к p-блоку относят 32 элемента (включая семь синтезированных сверхтяжёлых — с 113 по 118).

Граница между металлами и неметаллами

Внутри p-блока изменяется характер химических свойств по мере увеличения атомного номера и радиуса. В каждой группе сверху вниз усиливаются металлические свойства, поэтому p-блок неоднороден по типу элементов:

• Неметаллы — типичные p-элементы верхних периодов каждой группы (бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон; фосфор, сера, хлор, аргон; селен, бром, криптон). Они расположены в правом верхнем углу блока.
• Металлоиды (полуметаллы) — кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур, полоний (иногда также астат). Занимают диагональную область между неметаллами и металлами.
• Металлы — p-элементы нижних периодов: алюминий, галлий, индий, таллий, олово, свинец, висмут. Образуют компактную область в левом нижнем углу p-блока.

Таким образом, p-блок содержит как активные неметаллы (фтор, кислород), так и типичные металлы (свинец, висмут), а также инертные газы.

Химические свойства

Химические свойства p-элементов определяются, прежде всего, числом электронов на внешнем p-подуровне и энергетической близостью s- и p-орбиталей.

• Валентность. Для большинства p-элементов характерна высшая валентность, равная номеру группы (например, для углерода — IV, для серы — VI). Однако для тяжёлых p-элементов (таллий, свинец, висмут) часто проявляется так называемый «эффект инертной пары» — s-электроны внешнего слоя становятся настолько стабильными, что не участвуют в образовании связей, и элемент проявляет валентность на 2 меньше (например, таллий может быть одновалентным вместо трёхвалентного).
• Кислотно-основные свойства. Высшие оксиды и гидроксиды p-элементов в пределах периода изменяются от амфотерных (у алюминия) до типично кислотных (у серы и хлора). В группах сверху вниз кислотный характер высших оксидов ослабевает, а основной — усиливается (например, оксид углерода(IV) — кислотный, оксид свинца(IV) — амфотерный).
• Окислительно-восстановительная активность. p-Элементы могут выступать как окислители (особенно неметаллы: галогены, кислород) и как восстановители (например, углерод, олово). С увеличением атомного радиуса в группе восстановительная активность простых веществ растёт.

Применение

Элементы p-блока и их соединения чрезвычайно широко используются в промышленности, науке и быту.

• Углерод — основа органической химии и всех живых организмов; применяется в виде алмаза, графита, кокса, активированного угля.
• Кремний — основной материал микроэлектроники (полупроводники), основа стекольной и цементной промышленности.
• Азот — важнейшее удобрение (селитра, аммиак) и компонент атмосферы; используется для создания инертной среды.
• Кислород — дыхание, окисление, медицина, металлургия.
• Фтор — в составе фторопластов, зубных паст, в ядерной промышленности (гексафторид урана).
• Фосфор — удобрения, спички, фосфорная кислота.
• Аргон и неон — инертные газы для сварки, ламп освещения, лазеров.
• Свинец — аккумуляторы, защита от радиации, припои (в ряде стран использование ограничено из-за токсичности).

Биологическая роль

Многие p-элементы жизненно необходимы для организмов. Углерод, кислород, водород, азот, сера, фосфор, хлор входят в состав белков, нуклеиновых кислот, липидов и других биомолекул. Селен — важный антиоксидант (селенопротеины). Фтор участвует в минерализации костной ткани и эмали зубов. В то же время многие p-элементы (свинец, таллий, полоний, астат, сурьма) токсичны или радиоактивны, и их накопление в тканях опасно.

Исторические сведения

Первыми практически используемыми p-элементами были углерод (древесный уголь, сажа, графит) и сера (в составе пороха), известные с глубокой древности. Алюминий впервые получен в 1825 году Х. К. Эрстедом. Фосфор открыт в 1669 году алхимиком Х. Брандом. В XIX — начале XX века были открыты все естественные p-элементы, включая инертные газы (аргон — в 1894 году, неон и криптон — в 1898-м). Синтезированные сверхтяжёлые p-элементы (нихоний, ливерморий, оганесон и др.) получены на ускорителях в конце XX — начале XXI века.

Источники

1. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2002.
2. Гринвуд Н., Эрншоу А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
3. Химия: справочное издание / под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.
4. Эмсли Дж. Элементы. — М.: Мир, 1993.
5. Periodic Table of Elements (IUPAC). — Электронный ресурс, 2023.