非金属元素

非金属元素是一大类缺乏金属特性的化学元素。有别于常温常压下多为固态的金属，非金属元素在标准状态下的形态十分多变，从无色气体（如氢、氮、氧）到各种颜色的固体（如碳、磷、硫）。非金属元素通常是热和电的不良导体，且其固态通常缺乏延展性而易碎，表面大多不具光泽。与金属相比，非金属元素大多具有更高的电离能、电子亲和力、电负性和标准还原电位。通常一元素的这些值越高，其非金属性越强。非金属元素的原子之间主要以共价键相互连结，在化学反应中倾向于得到电子并形成酸性的化合物。
在元素周期表中，非金属元素的占比不到四分之一，且随着周期增大，元素的金属性越强，非金属元素因此越少。非金属元素皆为主族元素，且除了位于第1族顶端的氢之外，其它非金属元素都排在表的右侧和上侧。大部分非金属属于p区，氢和氦则是s区元素。
非金属元素的范畴并没有普遍认同的精确定义，通常包括氢、氦、硼、碳、氮、氧、氟、氖、硅、磷、硫、氯、氩、砷、硒、溴、氪、碲、碘、氙、氡等21种元素。也有观点认为硼、矽、砷、碲等类金属元素不属于非金属。由于砈在自然界中极其稀有，且具有强烈的放射性，在讨论非金属的定义时经常被忽略，然而理论和实验证据表明其性质较偏向于金属。超重元素鿬和鿫由于半衰期极短，目前尚无法透过实验来证实其性质是否具有非金属元素的特质。
根据计算，氢和氦这两种非金属约占可观测宇宙中普通物质质量的99% 。氢、碳、氮、氧和矽等五种非金属元素在地球的地壳、大气、海洋和生物圈扮演着主要组分，地球上所有生物体的主要结构便是由氢、氧、碳和氮构成。
非金属元素在现在社会中占有重要位置，几乎所有非金属元素在医学、制药、工业、电子、雷射和家居用品等领域中都有各自的用途。

**性质**
非金属在室温下可以是气体或固体（除了溴，惟一一个液体非金属元素）。非金属元素的固体大多没有闪亮的表面，但不同的元素具有不同的颜色，例如碳是黑色的，而硫是黄色的。非金属的硬度有明显的差别，例如硫是很软的，但钻石（碳的同素异形体之一）却是硬度最高的物质。固态的非金属质地易碎，而且密度比金属来得低。导热性大多不佳（钻石等除外），且多为电的绝缘体（石墨等除外）。

**非金属性**
非金属性是非金属元素的通性，它指某种非金属元素的原子得到电子的能力。某元素原子非金属性越强，即其得电子能力越强。
由元素周期表上看，靠右的元素非金属性比靠左的元素非金属性要强，靠上的元素非金属性比靠下的元素非金属性要强。
对于元素的单质，非金属性体现在单质的氧化性上。（参见元素周期律。）

**单质**

**物理性质**
非金属单质大多是分子晶体，少部分为原子晶体和过渡型的层状晶体。
单质共价键数大部分符合8-N规则- 稀有气体：8-8=0（2-2=0），为单原子分子- 卤素、氢：8-7=1（2-1=1），为双原子分子- ⅥA族的硫、硒：8-6=2，为二配位的链形与环形分子- ⅤA族的磷、砷：8-5=3，为三配位的有限分子P4,As4，灰砷和黑磷为层状分子- ⅣA族的碳、硅：8-4=4，为四配位的金刚石型结构。
少数分子由于形成π键、大Π键或d轨道参与成键，键型发生变化，于是不遵守8-N规则。如N2、O2分子中的原子间的键不是单键；硼单质和石墨结构中，键的个数也不等于8-N个。
物理性质可分为三类
# 稀有气体及O2、N2、H2、F2、Cl2：一般状态下为气体，固体为分子晶体，熔沸点很低
# 多原子分子，S8、P4等：一般状态下为固体，分子晶体，熔沸点低，但比第一类高
# 大分子单质，金刚石、晶态硅等：原子晶体，熔沸点高

**化学反应**
活泼非金属元素，如F2、Cl2、Br2、O2、P、S等，能与金属形成简单阴离子化合物（如硫化物）或含氧酸盐等。非金属元素之间也能形成卤化物、氧化物、无氧酸、含氧酸等。
大部分单质不与水反应，仅卤素与高温下的碳能与水发生反应。
非金属一般不与非氧化性稀酸发生反应，但是硼、碳、磷、硫、碘、砷等可以被浓HNO3、浓H2SO4及王水氧化。
除碳、氮、氧外，一般可以和碱溶液发生反应，对于有变价的主要发生歧化反应；Si、B则是从碱溶液中置换出氢气；浓碱时，F2能氧化出O2

**成键方式**
非金属原子之间主要成共价键，而非金属元素与金属元素之间主要成离子键。
非金属原子之间成共价键的原因是，两种原子均有获得电子的能力，都倾向于获得对方的电子使自己达到稳定的构型，于是两者就共用电子对以达此目的。
而金属原子失去电子的能力较强，与非金属相遇时就一者失电子、一者得电子，双方均达到稳定结构。
多原子的共价分子常常出现的一种现象是轨道杂化，这使得中心原子更易和多个原子成键。
非金属原子之间形成的共价键中，除了一般的σ键和π键，还有一种大Π键。大Π键是离域的，可以增加共价分子或离子的稳定性。

**化合物**
由于非金属元素复杂的成键方式，几乎所有的化合物中都含有非金属元素。
如果非金属元素与金属元素一同形成无机化合物，则可以形成无氧酸盐、含氧酸盐及配合物这几类物质。如果只由非金属元素形成无机物，则可以形成一系列共价化合物，如酸等。
非金属元素碳是有机化合物的基础。

**分子氢化物**
除稀有气体以外，所有非金属元素都能形成最高价态的共价型简单氢化物。- 熔沸点：同一族的熔点、沸点从上到下递增。但NH3、H2O、HF的沸点因为存在氢键而特别高。- 热稳定性：同一周期自左向右依次增加，同一族自上而下减少，与非金属元素电负性变化规律一样。- 还原性：除HF外都具有还原性，其变化规律与稳定性相反，稳定性大的还原性小。
此外C、Si、B能分别形成碳烷、硅烷、硼烷一系列非金属原子数≥2的氢化物。

**含氧酸及其盐**
除稀有气体（氙除外）外，所有非金属元素都能形成含氧酸，且在酸中呈正氧化态。同一族从下到上、同一周期从左到右，非金属最高价含氧酸的酸性逐渐增强。但其他价含氧酸不遵循此规律。
非金属含氧酸中，高氧化态的强酸常具有氧化性，如硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)等；一些弱酸如次氯酸也是氧化性酸。还原性酸包括亚硫酸、亚磷酸等。

**造字法**
在中文中，非金属元素的名称都没有金字旁，而是以它们在常温下的状态分别加气字头、三点水、石字旁。

**参考文献**

**引文**

**参考书目**
 Hermann A, Hoffmann R & Ashcroft NW 2013, "Condensed Astatine: Monatomic and metallic", Physical Review Letters, vol. 111, 10.1103/PhysRevLett.111.116404- Larrañaga MD, Lewis RJ & Lewis RA 2016, Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 16th ed., Wiley, Hoboken, New York, 978-1-118-13515-0- Mewes et al. 2019, Copernicium: A relativistic noble liquid, Angewandte Chemie International Edition, vol. 58, pp. 17964–17968, 10.1002/anie.201906966- Restrepo G, Llanos EJ & Mesa H 2006, "Topological space of the chemical elements and its properties", Journal of Mathematical Chemistry, vol. 39, 10.1007/s10910-005-9041-1- Smits et al. 2020, Oganesson: A noble gas element that is neither noble nor a gas, Angewandte Chemie International Edition, vol. 59, pp. 23636–23640, 10.1002/anie.202011976- Thornton BF & Burdette SC 2010, " Finding eka-iodine: Discovery priority in modern times date=20200923232105 ", Bulletin for the history of chemistry, vol. 35, no. 2, accessed September 14, 2021