Phi kim có bao nhiêu electron ngoài cùng

Trong hóa học, phi kim là một nguyên tố hóa học mà tính kim loại của những nguyên tố này không chiếm ưu thế. Ở điều kiện tiêu chuẩn (298K và 1 bar), trạng thái vật chất của phi kim đa dạng, từ khí không màu (như hydro) đến chất rắn ánh kim có nhiệt độ nóng chảy cao (như bor). Các electron trong phi kim hoạt động khác với các electron trong kim loại. Trừ một số ngoại lệ, thông thường electron các phi kim được cố định tại chỗ, do đó tính dẫn nhiệt và dẫn điện kém và phi kim ở trạng thái rắn thường giòn hoặc vỡ vụn. Còn electron trong kim loại nói chung chuyển động tự do và đây là lý do vì sao mà kim loại là chất dẫn điện tốt và hầu hết dễ dàng có thểkéo sợi. Các nguyên tử phi kim có độ âm điện từ trung bình đến cao; chúng có xu hướng nhận electron trong các phản ứng hóa học và tạo thành các hợp chất có tính acid .

Hai phi kim, hydro và heli, chiếm khoảng 99% vật chất thông thường trong vũ trụ quan sát được (tính theo khối lượng). Vỏ Trái Đất, khí quyển Trái Đất, đại dương và sinh quyển được cấu tạo phần lớn từ năm nguyên tố phi kim gồm hydro, carbon, nitơ, oxy và silic.

Hầu hết các phi kim có vai trò trong sinh học, công nghệ hoặc ngành nông nghiệp. Các sinh vật sống được cấu tạo gần như hoàn toàn từ các phi kim hydro, oxy, carbon và nitơ. Gần như tất cả các phi kim đều có những ứng dụng riêng trong y học và dược phẩm; laser và ánh sáng; đồ gia dụng trong gia đình.

Thuật ngữ phi kim loại (non-metallic) có từ ít nhất là năm 1566, cho đến nay chưa có định nghĩa chính xác nào được thống nhất rộng rãi về phi kim. Một số nguyên tố có sự pha trộn rõ rệt của tính chất kim loại và phi kim; các nguyên tố nằm giữa ranh giới phi kim-kim loại có thể xếp vào các nhóm khác nhau tùy thuộc vào tiêu chí phân loại. Có 14 nguyên tố luôn được công nhận là phi kim và có 9 nguyên tố nữa có thể xếp vào phi kim hay kim loại tùy thuộc vào tiêu chí xếp loại của bảng tuần hoàn.

Phi kim là một nguyên tố hóa học có khối lượng riêng tương đối thấp và độ âm điện từ trung bình đến cao. Nhìn chung, các nguyên tố này không có hoặc ít tính chất của một kim loại hơn như ánh kim, khả năng uốn dẻo kéo sợi, dẫn nhiệt và điện tốt, và độ âm điện thấp. [1] Vì không có định nghĩa chặt chẽ về phi kim[2][3][4] nên có thể gặp nhiều biến thể phân loại các nguyên tố là phi kim hay kim loại, phụ thuộc vào tính chất của nguyên tố và quan điểm tính chất đó được coi là biểu hiện của tính chất phi kim hoặc kim loại.[5]

Năm 2020, mặc dù Steudel[6] đã công nhận 23 nguyên tố là phi kim, nhưng vẫn còn nhiều quan điểm gây tranh cãi. 14 chất được chấp nhận một cách rộng rãi gồm hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh; các halogen như fluor, chlor, brom và iod; khí hiếm như heli, neon, argon, krypton, xenon và radon; (Larrañaga và cộng sự). Các tác giả này công nhận carbon, phosphor và seleni là phi kim, tuy nhiên Vernon [7] trước đó cho rằng ba nguyên tố này được tính là nguyên tố á kim. Các nguyên tố thường được công nhận là á kim gồm bor ; silic; germani ; arsen; antimon và teluri do các tiêu chí được sử dụng để phân biệt giữa kim loại và phi kim không đủ để đưa đi đến kết luận. Dưới góc nhìn theo tính chất hóa học, các nguyên tố á kim nêu trên được xếp vào nguyên tố phi kim.

Trong số 118 nguyên tố đã biết,[8] chỉ có 23 nguyên tố có thể được coi là phi kim. [9] Astatin, halogen thứ năm, thường bị bỏ qua do tính hiếm và tính phóng xạ mạnh; [10] Bằng chứng lý thuyết gián tiếp và bằng chứng thực nghiệm cho thấy astatin là một kim loại. [11] Các nguyên tố siêu nặng như copernici ( Z = 112) và oganesson (118) có thể là phi kim; nhưng quan điểm này chưa được xác nhận. [12]

Khoảng một nửa số nguyên tố phi kim là khí có màu hoặc không màu; phần còn lại phần lớn là chất rắn có tính ánh kim. Brom là chất lỏng duy nhất dễ bay hơi đến nỗi khi đựng brom thì thường thấy lớp khói của nó bao phủ xung quanh. Lưu huỳnh là phi kim rắn có màu duy nhất. Các phi kim lỏng có tỷ trọng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi rất thấp, và là chất dẫn nhiệt và dẫn điện kém. [13] Các nguyên tố phi kim rắn có khối lượng riêng thấp, giòn hoặc dễ gãy, vỡ vụn với độ bền cơ học và cấu trúc thấp.[14] Có thể dẫn điện kém, có thể dẫn điện tốt, tùy vào từng nguyên tố.

Cấu trúc đa dạng và sự sắp xếp liên kết của các phi kim giải thích sự khác biệt về trạng thái vật chất. Những nguyên tử tồn tại dưới dạng nguyên tử rời rạc (ví dụ: xenon) hoặc phân tử (ví dụ: oxy, lưu huỳnh, brom) có xu hướng có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp khi chúng được giữ với nhau bởi lực phân tán London (London dispersion forces, [15]) . Đây là lực tương tác yếu các nguyên tử hoặc phân tử của chúng,[16] do vậy ở nhiệt độ phòng là chất khí. Các phi kim tạo thành cấu trúc khổng lồ, chẳng hạn như chuỗi có tới 1.000 nguyên tử (ví dụ: selen), [17] dạng lớp (ví dụ: carbon) hoặc mạng lưới ba chiều (ví dụ: silic), có điểm nóng chảy và sôi cao hơn, vì cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ liên kết cộng hóa trị; do vậy ở nhiệt độ phòng chúng đều là chất rắn. Những nguyên ở gần bên trái của bảng tuần hoàn, hoặc xa hơn một cột, thường có một số tương tác á kim yếu giữa các phân tử hay các nguyên tử của nhau, phù hợp với tính chất vừa kim loại, vừa phi kim của chúng; gồm bor, [18] carbon, [19] phosphor, [20] arsen, [21] seleni, [22] antimon, [23] teluri, [24] và iod. [25]

1. ^ Glinka 1959, p. 77;Oxtoby, Gillis & Butler 2015, p. I.23
2. ^ Godovikov & Nenasheva 2020, p. 4
3. ^ Sanderson 1957, p. 229
4. ^ Morely & Muir 1892, p. 241
5. ^ Kneen, Rogers & Simpson 1972, pp. 218–219
6. ^ Steudel 2020, p. 43
7. ^ Vernon 2013
8. ^ IUPAC Periodic Table of the Elements
9. ^ Johnson 2007, p. 13
10. ^ Bodner & Pardue 1993, p. 354; Cherim 1971, p. 98
11. ^ Restrepo et al. 2006, p. 411; Thornton & Burdette 2010, p. 86; Hermann, Hoffmann & Ashcroft 2013, pp. 11604‒1‒11604‒5
12. ^ Mewes et al. 2019; Smits et al. 2020
13. ^ Kneen, Rogers & Simpson 1972, pp. 261–264
14. ^ Phillips 1973, p. 7
15. ^ Danh pháp lấy từ: //vdocs.pl/download-file/c1-cac-khai-niem-co-ban-printpdf-41zgpo2vg3?hash=aeff99b054392fe70695533026b52434
16. ^ Zumdahl & DeCoste 2010, pp. 455, 456, 469, A40
17. ^ Still 2016, p. 120
18. ^ Siekierski & Burgess 2002, p. 86
19. ^ Charlier, Gonze & Michenaud 1994
20. ^ Taniguchi et al. 1984, p. 867: "... black phosphorus ... [is] characterized by the wide valence bands with rather delocalized nature."; Morita 1986, p. 230; Carmalt & Norman 1998, p. 7: "Phosphorus ... should therefore be expected to have some metalloid properties."; Du et al. 2010. Interlayer interactions in black phosphorus, which are attributed to van der Waals-Keesom forces, are thought to contribute to the smaller band gap of the bulk material (calculated 0.19 eV; observed 0.3 eV) as opposed to the larger band gap of a single layer (calculated ~0.75 eV).
21. ^ Wiberg 2001, pp. 742
22. ^ Evans 1966, pp. 124–25
23. ^ Wiberg 2001, pp. 758
24. ^ Stuke 1974, p. 178; Donohue 1982, pp. 386–87; Cotton et al. 1999, p. 501
25. ^ Steudel 1977, p. 240: "... considerable orbital overlap must exist, to form intermolecular, many-center ... [sigma] bonds, spread through the layer and populated with delocalized electrons, reflected in the properties of iodine (lustre, color, moderate electrical conductivity)."; Segal 1989, p. 481: "Iodine exhibits some metallic properties ..."