Общие ⭐ химические свойства металлов и неметаллов, их взаимодействие

Сплавы металлов

По мере развития науки, человек понял, что соединяя воедино несколько различных металлов, можно получить вещество, которое будет превосходить по своим показателям исходные компоненты — так появились сплавы металлов.

Сплавы получают из расплавов металлов, которые в жидком виде хорошо растворяются и смешиваются друг с другом.

Главные разновидности сплавов металлов:

Механическая смесь металлов представляет собой смесь очень мелких кристаллов отдельных металлов, как, например, перемешать цемент с песком;
Твердые растворы представляют собой однородные кристаллы в узлах кристаллической решетки которых находятся атомы сплавляемых металлов;
Интерметаллические соединения получаются взаимным растворением металлов, в результате которого атомы образуют «экзотические» соединения, например, Ag₂Zn₅, Cu₃Zn.

Следует сказать, что сплавляются друг с другом не только металлы, в состав некоторых сплавов входят и неметаллы, с которыми металлы не только механически смешиваются, но и образуют атомные соединения, в результате чего полученный сплав обладает резко отличающимися физическими свойствами от исходных металлов. Современная наука разработала много разнообразных сплавов, которые обладают заранее заданными свойствами.

Как ищутся металлы и неметаллы

Определение металлов теоретическим методом

Теоретический метод:

Все металлы, за исключением ртути, находятся в твердом агрегатном состоянии. Они пластичны и без проблем гнутся. Также данные элементы отличаются хорошими тепло- и электропроводящими свойствами.
Если вам нужно определить список металлов, то проведите диагональную линию от бора до астата, ниже которой будут располагаться металлические компоненты. К ним относятся также все элементы побочных химических групп.
В первой группе первой подгруппе находятся щелочные, например, литий или цезий. При растворении образую щелочи, а именно гидроксиды. Обладают электронной конфигурацией вида ns1 с одним валентным электроном, который при отдаче приводит проявлению восстановительных свойств.

Во второй группе главной подгруппы находятся щелочно-земельные металлы по типу радия или кальция. При обычной температуре они обладают твердым агрегатным состоянием. Их электронная конфигурация имеет вид ns2. Переходные металлы располагаются в побочных подгруппах. Они обладают переменными степенями окисления. В низших степенях проявляются основные свойства, промежуточные степени выявляют кислотные свойства, а в высших степенях амфотерные.

Теоретическое определение неметаллов

В первую очередь, такие элементы обычно находятся в жидком или газообразном состоянии, иногда в твердом. При попытке согнуть их они ломаются по причине хрупкости. Неметаллы плохо проводят тепло и электрический ток. Неметаллы находятся в верхней части диагональной линии, проведенной от бора до астата. В атомах неметаллов содержится большое количество электронов, из-за чего им выгоднее принимать дополнительные электроны, нежели отдавать. К неметаллам также относят водород и гелий. Все неметаллы располагаются в группах со второй по шестую.

Химические способы определения

Есть несколько способов:

Нередко приходится применять химические методы определения металлов. Например, нужно определить количество меди в сплаве. Для этого следует нанести каплю азотной кислоты на поверхность и через некоторое время пойдет пар. Промокните фильтрованную бумагу и подержите над колбой с аммиаком. Если пятно окрасилось в темно-голубой цвет, то это свидетельствует о наличии меди в сплаве.
Предположим, что вам надо отыскать золото, но вы не хотите спутать его с латунью. Наносите на поверхность концентрированный раствор азотной кислоты в соотношении 1 к 1. Подтверждением большого количества золота в сплаве будет отсутствие реакции на раствор.
Очень популярным металлом считается железо. Для его определения нужно нагреть кусочек металла в соляной кислоте. Если это действительно железо, то колба окрасится в желтый цвет. Если для вас химия довольно проблемная тема, то возьмите магнит. Если это действительно железо,то оно притянется к магниту. Никель определяется практически таким же методом, как и медь, только дополнительно капните диметилглиоксин на спирт. Никель подтвердит себя красным сигналом.

Похожими методами определяются и остальные металлические элементы. Просто используйте необходимые растворы и все получится.

Сплавы

Металлы легко образуют сплавы — материалы, имеющие металлические свойства и состоящие из двух или большего числа химических элементов (простых веществ), из которых хотя бы один является металлом. Многие металлические сплавы имеют один металл в качестве основы с малыми добавками других компонентов. В принципе, чёткую границу между металлами и сплавами трудно провести, так как даже в самых чистых металлах имеются «следовые» примеси других химических элементов.

Все перечисленные выше предметы — станки, самолёты, автомобили, сковородки, вилки, ложки, ювелирные изделия — делают из сплавов. Металлы-примеси (легирующие компоненты) очень часто изменяют свойства основного металла в лучшую, с точки зрения человека, сторону. Например, и железо и алюминий — довольно мягкие металлы. Но, соединяясь друг с другом или с другими компонентами, они превращаются в сталь, дуралюмин и другие прочные конструкционные материалы. Рассмотрим свойства самых распространённых сплавов.

Сталь — это сплавы железа с углеродом, содержащие последнего до 2 %. В состав легированных сталей входят и другие химические элементы — хром, ванадий, никель. Сталей производится гораздо больше, чем каких-либо других металлов и сплавов, и все виды их возможных применений трудно перечислить. Малоуглеродистая сталь (менее 0,25 % углерода) в больших количествах потребляется в качестве конструкционного материала, а сталь с более высоким содержанием углерода (более 0,55 %) идет на изготовление режущих инструментов: бритвенные лезвия, сверла и др.

Железо составляет основу чугуна. Чугуном называется сплав железа с 2–4 % углерода. Важным компонентом чугуна является также кремний. Из чугуна можно отливать самые разнообразные и очень полезные изделия, например крышки для люков, трубопроводную арматуру, блоки цилиндров двигателей и др.

Бронза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим компонентом, а также с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75–90 % меди и 25–10 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Это очень прочный сплав. Из него делали оружие до тех пор, пока не научились получать железные сплавы. С применением бронзы связана целая эпоха в истории человечества: Бронзовый век.

Латунь — это сплавы меди с Zn, Al, Mg. Это цветные сплавы с невысокой температурой плавления, их легко обрабатывать: резать, сваривать и паять.

Мельхиор — является сплавом меди с никелем, иногда с добавками железа и марганца. По внешним характеристикам мельхиор похож на серебро, но обладает большей механической прочностью. Сплав широко применяют для изготовления посуды и недорогих ювелирных изделий. Большинство современных монет серебристого цвета изготавливают из мельхиора (обычно 75 % меди и 25 % никеля с незначительными добавками марганца).

Дюралюминий, или дюраль — это сплав на основе алюминия с добавлением легирующих элементов — медь, марганец, магний и железо. Он характеризуется своей стальной прочностью и устойчивостью к возможным перегрузкам. Это основной конструкционный материал в авиации и космонавтике.

Физические свойства

Для большинства неметаллов простых веществ в твердом агрегатном состоянии характерна молекулярная кристаллическая решетка. То есть эти неметаллы являются кристаллическими веществами. Поэтому при обычных условиях они имеют вид газов, жидкостей или твердых веществ с низкими температурами плавления. Примерами таких веществ являются газы: водород H₂ , неон Ne, жидкость – бром Br₂ , твердые вещества йод I₂, сера S₈, фосфор P₄ (белый фосфор). Существуют неметаллы (бор, углерод, кремний), которые имеют атомные кристаллические решетки.

Рис. 2. Неметаллы – жидкости, газы, твердые.

Важнейшие элементы, которые содержаться в живых организмах – органогены. Они образуют воду, белки, витамины, жиры. К ним относятся 6 элементов: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера.

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
возрастает атомный радиус;
возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R₂O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇ проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, RH₂, RH.

Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ — слабоосновный; RH₂ — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

электроотрицательность возрастает;
металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
атомный радиус падает.

Периоды и группы

Как уже говорилось выше, периодическая таблица состоит из семи периодов. В каждом периоде атомные номера элементов увеличиваются слева направо.

Свойства элементов в периодах изменяются последовательно: так натрий (Na) и магний (Mg), находящиеся в начале третьего периода, отдают электроны (Na отдает один электрон: 1s22s22p63s1; Mg отдает два электрона: 1s22s22p63s2). А вот хлор (Cl), расположенный в конце периода, принимает один элемент: 1s22s22p63s23p5.

Свойства химических элементов в пределах одного периода различаются.

В группах же, наоборот, все элементы обладают одинаковыми свойствами. Например, в группе IA(1) все элементы, начиная с лития (Li) и заканчивая францием (Fr), отдают один электрон. А все элементы группы VIIA(17), принимают один элемент.

Некоторые группы настолько важны, что получили особые названия. Эти группы рассмотрены ниже.

Типы кристаллических решеток

Все металлы в твердом состоянии представляют собой кристаллы. Кристалл – это совокупность атомов, расположенных в пространстве не хаотично, а в геометрически правильной последовательности. Пространственное расположение атомов и образует кристаллическую решетку.

В узлах пространственной кристаллической решетки металла правильно расположены положительно заряженные ионы, а между ними перемещаются свободные электроны – электронный газ. Переходя от одного катиона к другому, они осуществляют связь между ионами и превращают кристалл металла в единое целое. Эта связь, называемая металлической, возникает между атомами металлов за счет перекрывания электронных облаков внешних электронов. Металлическая связь отличается от неполярной ковалентной связи своей ненаправленностью. В кристалле металлического типа электроны не закреплены между двумя атомами, а принадлежат всем атомам данного кристалла, т. е. делокализованы. К особенности структуры металлических кристаллов относятся большие координационные числа – 8÷12, которым соответствует высокая плотность упаковки.

Кристаллическая решетка каждого металла состоит из положительно заряженных ионов одинакового размера, расположенных в кристалле по принципу наиболее плотной упаковки шаров одинакового диаметра.

Различают три основных типа упаковки, или кристаллической решетки.

1. Объемноцентрированная кубическая решетка с координационным числом, равным 8 (натрий, калий, барий). Атомы металла расположены в вершинах куба, а один – в центре объема. Плотность упаковки шарообразными ионами в этом случае составляет 68 %.

2. Гранецентрированная кубическая решетка с координационным числом, равным 12 (алюминий, медь, серебро). Атомы металла расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Плотность упаковки – 74 %.

3. Гексагональная решетка с координационным числом 12 (магний, цинк, кадмий). Атомы металла расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а еще три – в ее средней плоскости. Плотность упаковки – 74 %.

Из-за неодинаковой плотности атомов в различных направлениях кристалла наблюдаются разные свойства. Это явление, получившее название анизотропия, характерно для одиночных кристаллов – монокристаллов. Однако большинство металлов в обычных условиях имеют поликристаллическое строение, т. е. состоят из значительного числа кристаллов, или зерен, каждое из которых анизотропно. Разная ориентировка отдельных зерен приводит к усреднению свойств поликристаллического металла.

Особенности кристаллических решеток обусловливают характерные физические свойства металлов.

Химические свойства металлов

Химические свойства марганца, хрома и железа являются довольно типичными для всех металлов средней активности (стоящих в промежутке от алюминия до водорода).

Взаимодействие с простыми веществами

Как и другие металлы, железо, марганец и хром способны взаимодействовать со своими противоположностями, неметаллами, с образованием различных бинарных соединений.

При этом неметаллы, являющиеся сильными окислителями, окисляют железо и хром до +3, а неметаллы, являющиеся слабыми окислителями, — только до +2.

Железо, марганец и хром не реагируют с водородом и азотом ввиду неактивности последних. При взаимодействии с кислородом железо ржавеет: образуется смесь оксидов железа(II) и (III), то есть железная окалина Fe₃O₄.

Реакция с водой

Железо и хром являются металлами, стоящими в ряду активности до водорода, поэтому они могут вытеснять его из воды с образованием оксидов (соединений кислорода в степени окисления -2 с другими элементами) и вытесненного водорода.

Так как это металлы средней активности, они реагируют с водой не при нормальных условиях, а при очень высокой температуре.

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂

Марганец в ряду активности расположен до водорода, он может вступать в реакцию с водой, вытесняя из нее водород, но в отличие от хрома и железа образуется не оксид, а гидроксид.

Mn + 2H₂O = Mn(OH)₂ + H₂

Реакция с кислотами-неокислителями

Благодаря нахождению железа, марганца и хрома до водорода в ряду активности металлов, они также способны вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей.

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂Cr + H₂SO_{4 (разб.)} = CrSO₄ + H₂Mn + 2HBr = MnBr₂ + H₂

Реакция с солями

Как и прочие металлы, железо, марганец и хром могут вытеснять менее активные металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их солей.

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + CuCr + ZnCl₂ ≠Mn + AlCl₃ ≠

Реакции с окислителями

Из-за низких значений электроотрицательности, железо, марганец и хром являются типичными восстановителями, а следовательно, способны реагировать с окислителями.

Mn + 3NaNO₃ + 2NaOH = Na₂MnO₄ + 3NaNO₂ + H₂O Fe + 3KNO₃ + 2KOH = K₂FeO₄ + 3KNO₂ + H₂O2Cr + KClO₃ = Cr₂O₃ + KCl

После изучения свойств самих металлов, мы можем перейти к рассмотрению химических свойств соединений этих металлов.

Ориентир – фтор

Перейдем к рассмотрению свойств, которые растут при движении по таблице слева направо и снизу вверх (т.е. при движении к фтору – F).

Неметаллические/окислительные свойства

Здесь работает все с точностью до наоборот металлическим/восстановительным свойствам: неметаллические свойства будут увеличиваться слева направо в периодах, а в группах — снизу вверх.

Электроотрицательность

Это способность атомов оттягивать на себя электроны других атомов в химической связи. Электроотрицательность увеличивается при движении в периодической системе слева направо и снизу вверх. Самым электроотрицательным элементом является фтор, это нужно запомнить!

Кислотные свойства высших оксидов/гидроксидов

Кислотные свойства характеризуют способность соединений реагировать с основаниями и зависят уже от неметаллических свойств и меняются соответствующим образом — увеличиваются слева направо в периодах, а в группах — снизу вверх.

Энергия ионизации

Это энергия, необходимая для отрыва одного электрона от нейтрального атома. В группах она увеличивается снизу вверх, в периодах — слева направо.

Сродство к электрону

Это энергия, выделяющаяся при присоединении одного электрона к нейтральному атому. Она изменяется аналогично изменению энергии ионизации.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
отсутствие блеска;
непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Красные ячейки – полуметаллы

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Таблица Менделеева, предлагаемая на ЕГЭ и ОГЭ по химии

Напоминаю вам, что на ЕГЭ и ОГЭ по химии, на любой контрольной, на любом экзамене по химии вы имеете право использовать Периодическую таблицу и таблицу растворимости.

Вместе с вариантом ЕГЭ вы получите таблицу Менделеева, напоминающую ту, которая приведена ниже. Никакой дополнительной раскраски, все строго и лаконично. Если во время подготовки к ЕГЭ вы привыкли пользовались другим вариантом таблицы, это может создать вам определенные неудобства. Именно по этой причине я настоятельно рекомендую своим ученикам в течение нескольких месяцев перед экзаменом использовать только такой вариант таблицы:

Периоды	Группы элементов
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
1	1 H Водород 1,008						1 H Водород 1,008	2 He Гелий 4,003
2	3 Li Литий 6,941	4 Be Бериллий 9,012	5 B Бор 10,811	6 C Углерод 12,011	7 N Азот 14,007	8 O Кислород 15,999	9 F Фтор 18,998	10 Ne Неон 20,179
3	11 Na Натрий 22,989	12 Mg Магний 24,305	13 Al Алюминий 26,982	14 Si Кремний 28,086	15 P Фосфор 30,974	16 S Сера 32,066	17 Cl Хлор 35,453	18 Ar Аргон 39,948
4	19 K Калий 39,098	20 Ca Кальций 40,078	21 Sc Скандий 44,956	22 Ti Титан 47,88	23 V Ванадий 50,942	24 Cr Хром 51,996	25 Mn Марганец 54,938	26 Fe Железо 55,847	27 Co Кобальт 58,933	28 Ni Никель 58,69
29 Cu Медь 63,546	30 Zn Цинк 65,37	31 Ga Галлий 69,72	32 Ge Германий 72,59	33 As Мышьяк 74,92	34 Se Селен 78,96	35 Br Бром 79,904	36 Kr Криптон 83,80
5	37 Rb Рубидий 85,47	38 Sr Стронций 87,62	39 Y Иттрий 88,905	40 Zr Цирконий 91,22	41 Nb Ниобий 92,906	42 Mo Молибден 95,94	43 Tc Технеций 97,91	44 Ru Рутений 101,07	45 Rh Родий 102,905	46 Pd Палладий 106,4
47 Ag Серебро 107,868	48 Cd Кадмий 112,40	49 In Индий 114,82	50 Sn Олово 118,69	51 Sb Сурьма 121,75	52 Te Теллур 127,60	53 I Йод 126,904	54 Xe Ксенон 131,30
6	55 Cs Цезий 132,905	56 Ba Барий 137,33	57 La* Лантан 138,906	72 Hf Гафний 178,49	73 Ta Тантал 180,948	74 W Вольфрам 183,85	75 Re Рений 186,207	76 Os Осмий 190,2	77 Ir Иридий 192,22	78 Pt Платина 195,08
79 Au Золото 196,967	80 Hg Ртуть 200,59	81 Tl Таллий 204,383	82 Pb Свинец 307,2	83 Bi Висмут 280,980	84 Po Полоний 208,982	85 At Астат 209,987	86 Rn Радон 222,018
7	87 Fr Франций 222,019	88 Ra Радий 226,025	89 Ac^ Актиний 227,028	104 Rf &nbsp	105 Db Дубний	106 Sg Сиборгий	107 Bh Борий	108 Hs Хасий	109 Mt Мейтнерий	110
Высшие оксиды	R₂O	RO	R₂O₃	RO₂	R₂O₅	RO₃	R₂O₇	RO₄
Водородные соед.				RH₄	RH₃	H₂R	HR

*Лантаноиды

58
Ce
Церий
140,12

59
Pr
Празеодим
140,908

60
Nd
Неодим
144,24

61
Pm
Прометий
144,913

62
Sm
Самарий
150,36

63
Eu
Европий
151,96

64
Gd
Гадолиний
157,25

65
Tb
Тербий
158,925

66
Dy
Диспрозий
162,50

67
Ho
Гольмий
164,930

68
Er
Эрбий
167,26

69
Tm
Тулий
168,934

70
Yb
Иттербий
173,04

71
Lu
Лютеций
174,967

^Актиноиды

90
Th
Торий
232,038

91
Pa
Протактиний
231,036

92
U
Уран
238,030

93
Np
Нептуний
237,049

94
Pu
Плутоний
244,064

95
Am
Америций
243,061

96
Cm
Кюрий
247,070

97
Bk
Берклий
247,070

98
Cf
Калифорний
251,080

99
Es
Эйнштейний
252,083

100
Fm
Фермий
257,095

101
Md
Менделевий
258,099

102
No
Нобелий

103
Lr
Лоуренсий

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий — занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других — как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

Радиус атома — уменьшается;
Заряд ядра — увеличивается;
Электроотрицательность — увеличивается;
Кол-во электронов на внешнем слое — увеличивается;
Прочность связи внешних электронов с ядром атома — увеличивается;
Способность отдавать электроны — уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы — в конце (справа).

Атомы металлов:

как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 — у Sb, Bi; 6 — у Po);
имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

твердые вещества (кроме ртути);
обладают характерным металлическим блеском;
обладают высокой электро- и теплопроводностью;
обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл — хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий — вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см3), самая высокая — у осмия (22,48 г/см3).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Внутреннее строение и физические свойства металлов

Металлы — это простые вещества, атомы которых могут только отдавать электроны. Такая особенность металлов связана с тем, что на внешнем уровне этих атомов мало электронов (чаще всего от 1 до 3) или внешние электроны расположены далеко от ядра. Чем меньше электронов на внешнем уровне атома и чем дальше они расположены от ядра, — тем активнее металл (ярче выражены его металлические свойства).

Задание 8.1. Какой металл активнее:

Назовите химические элементы А, Б, В, Г.

Металлы и неметаллы в Периодической системе химических элементов Менделеева (ПСМ) разделяет линия, проведённая от бора к астату. Выше этой линии в главных подгруппах находятся неметаллы (см. урок 3). Остальные химические элементы — металлы.

Задание 8.2. Какие из следующих элементов относятся к металлам: кремний, свинец, сурьма, мышьяк, селен, хром, полоний?

Вопрос. Как можно объяснить тот факт, что кремний — неметалл, а свинец — металл, хотя число внешних электронов у них одинаково?

Существенной особенностью атомов металлов является их большой радиус и наличие слабо связанных с ядром валентных электронов. Для таких атомов величина энергии ионизации* невелика.

Часть валентных электронов металлов, отрываясь от атомов, становятся «свободными». «Свободные» электроны легко перемещаются между атомами и ионами металлов в кристалле, образуя «электронный газ» (рис. 28).

В последующий момент времени любой из «свободных» электронов может притянуться любым катионом, а любой атом металла может отдать электрон и превратиться в ион (эти процессы показаны на рис. 28 пунктирами).

Таким образом, внутреннее строение металла похоже на слоёный пирог, где положительно заряженные «слои» атомов и ионов металла чередуются с электронными «прослойками» и притягиваются к ним. Наилучшей моделью внутреннего строения металла является стопка стеклянных пластинок, смоченных водой: оторвать одну пластинку от другой очень трудно (металлы прочные), а сдвинуть одну пластинку относительно другой очень легко (металлы пластичные) (рис. 29).

Задание 8.3. Сделайте такую «модель» металла и убедитесь в этих свойствах.

Химическая связь, осуществляемая за счёт «свободных» электронов, называется металлической связью.

«Свободные» электроны обеспечивают также такие физические свойства металлов, как электро- и теплопроводность, пластичность (ковкость), а также металлический блеск.

Задание 8.4. Найдите дома металлические предметы.

Выполняя это задание, вы легко найдёте на кухне металлическую посуду: кастрюли, сковородки, вилки, ложки. Из металлов и их сплавов делают станки, самолёты, автомобили, тепловозы, инструменты. Без металлов невозможна современная цивилизация, так как электрические провода также делают из металлов — Cu и Al. Только металлы годятся для получения антенн для радио- и телеприёмников, из металлов делают и лучшие зеркала. При этом чаще используют не чистые металлы, а их смеси (твёрдые растворы) — СПЛАВЫ.

Химические особенности

Для большинства элементов этой группы характерна способность вступать в быстрые окислительно-восстановительные реакции, это обеспечивают особенности строения атомов неметаллов. Их атомы содержат большое количество электронов (4−8) на внешнем электронном уровне и способны принимать дополнительные для его устойчивой конфигурации. Благодаря этому образуются отрицательно заряженные ионы, увеличивающие заряд ядра, атом сжимается, а его радиус уменьшается.

Эти процессы ослабляют восстановительные свойства неметаллов, а окислительная способность и электроотрицательность увеличиваются. Некоторые, например, бром, являются окислителем для большинства металлов, но при этом выступают восстановителем для более сильных неметаллов.

Проявляемые химические свойства неметаллов, их активность, возможные степени окисления и характер получаемых соединений могут варьироваться в зависимости от их места в периодической системе и текущего агрегатного состояния.

Свойства неметаллов

У них почти все наоборот:

Ковать нельзя, потому что они хрупкие.
Не обладают металлическим блеском.
Не проводят электрический ток (за редким исключением – кремний и графит могут быть проводниками).
Очень плохо проводят тепло.
Есть твердые, газообразные, жидкие.

Неметаллов на данный момент 22.

Это первая статья по химии на нашем сайте. Напишите, что не так, что нравится и не нравится. Я буду думать, как сделать материал лучше.

И еще – есть идея записывать видеоролики с объяснениями. Лично вам удобнее разбираться в чем-то, читая текст, или просматривая видео?

Буду рад каждому вашему отзыву и комментарию.