По каким свойствам простые вещества подразделяются на металлы и неметаллы
Все химические элементы разделяют на металлы и неметаллы в зависимости от строения и свойств их атомов. Также на
металлы и неметаллы классифицируют образуемые элементами простые вещества, исходя из их физических и химических свойств.
В Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева неметаллы расположены по диагонали: бор – астат и над ней в главных подгруппах.
Для атомов металлов характерны сравнительно большие радиусы и небольшое число электронов на внешнем уровне от 1 до 3 (исключение: германий, олово свинец – 4;
сурьма и висмут – 5; полоний – 6 электронов).
Атомам неметаллов, наоборот, свойственны небольшие радиусы атомов и число электронов на внешнем уровне от 4 до 8 (исключение бор, у него таких электронов –
три).
Отсюда стремление атомов металлов к отдаче внешних электронов, т.е. восстановительные свойства, а для атомов неметаллов – стремление к приему недостающих до
устойчивого восьмиэлектронного уровня электронов, т.е. окислительные свойства.
В металлах – металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. В узлах решетки находятся положительно заряженные ионы металлов, связанные
посредством обобществленных внешних электронов, принадлежащих всему кристаллу.
Это обуславливает все важнейшие физические свойства металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность, пластичность (способность изменять форму под
внешним воздействием) и некоторые другие, характерные для этого класса простых веществ.
Металлы I группы главной подгруппы называют щелочными металлами.
Металлы II группы: кальций, стронций, барий – щелочноземельными.
В химических реакциях металлы проявляют только восстановительные свойства, т.е. их атомы отдают электроны, образуя в результате положительные
ионы.
1. Взаимодействуют с неметаллами:
а) кислородом (с образованием оксидов)
Щелочные и щелочноземельные металлы окисляются легко при обычных условиях, поэтому их хранят под слоем вазелинового масла или керосина.
4Li + O2 = 2Li2O
2Ca + O2 = 2CaO
Обратите внимание: при взаимодействии натрия – образуется пероксид, калия – надпероксид
2Na + O2 = Na2O2, К + О2 = КО2
а оксиды получают прокаливанием пероксида с соответствующими металлом:
2Na + Na2O2 = 2Na2O
Железо, цинк, медь и другие менее активные металлы медленно окисляются на воздухе и активно при нагревании.
3Fe + 2O2 = Fe3O4 (смесь двух оксидов: FeO и Fe2O3)
2Zn + O2 = 2ZnO
2Cu + O2 = 2CuO
Золото и платиновые металлы не окисляются кислородом воздуха ни при каких условиях.
б) водородом (с образованием гидридов)
2Na + H2 = 2NaH
Ca + H2 = CaH2
в) хлором (с образованием хлоридов)
2K + Cl2 = 2KCl
Mg + Cl2 = MgCl2
2Al + 3Cl2 =2AlCl3
Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется хлорид железа (III):
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
г) серой (с образованием сульфидов)
2Na + S = Na2S
Hg + S = HgS
2Al + 3S = Al2S3
Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется сульфид железа (II):
Fe + S = FeS
д) азотом (с образованием нитридов)
6K + N2 = 2K3N
3Mg + N2 = Mg3N2
2Al + N2 = 2AlN
2. Взаимодействуют со сложными веществами:
Необходимо помнить, что по восстановительной способности металлы расположены в ряд, который называют электрохимическим рядом напряжений или активности
металлов (вытеснительный ряд Бекетова Н.Н.):
Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Cu, Hg, Ag, Au, Pt
а) водой
Металлы, расположенные в ряду до магния, при обычных условиях вытесняют водород из воды, образуя растворимые основания – щелочи.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Ba + H2O = Ba(OH) 2 + H2↑
Магний взаимодействует с водой при кипячении.
Mg + 2H2O = Mg(OH) 2 + H2↑
Алюминий при удалении оксидной пленки бурно реагирует с водой.
2Al + 6H2O = 2Al(OH) 3 + 3H2↑
Остальные металлы, стоящие в ряду до водорода, при определенных условиях тоже могут вступать в реакцию с водой с выделением водорода и образованием
оксидов.
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑
б) растворами кислот
(Кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. См. раздел «Окислительно-восстановительные реакции».)
Обратите внимание: не используют для проведения реакций нерастворимую кремниевую кислоту
Металлы, стоящие в ряду до магния и активно реагирующие с водой, не используют для проведения таких реакций.
Металлы, стоящие в ряду от магния до водорода, вытесняют водород из кислот.
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑
Обратите внимание: образуются соли двухвалентного железа.
Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2↑
Образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции. Например, свинец практически не реагирует с раствором серной кислоты из-за образования на
поверхности нерастворимого сульфата свинца.
Металлы, стоящие в ряду после водорода, НЕ вытесняют водород.
в) растворами солей
Металлы, стоящие в ряду до магния и активно реагирующие с водой, не используют для проведения таких реакций.
Для остальных металлов выполняется правило:
Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, расположенные в ряду правее него, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее
него.
Cu + HgCl2 = Hg + CuCl2
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
Как и в случае с растворами кислот, образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции.
г) растворами щелочей
Взаимодействуют металлы, гидроксиды которых амфотерны.
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 [Zn(OH) 4] + H2↑
2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH) 4] + 3H2↑
д) с органическими веществами
Щелочные металлы со спиртами и фенолом.
2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2↑
2C6H5OH + 2Na = 2C6H5ONa + H2↑
Металлы участвуют в реакциях с галогеналканами, которые используют для получения низших циклоалканов и для синтезов, в ходе которых происходит усложнение
углеродного скелета молекулы (реакция А.Вюрца):
CH2Cl-CH2-CH2Cl + Zn = C3H6(циклопропан) + ZnCl2
2CH2Cl + 2Na = C2H6(этан) + 2NaCl
В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной неполярной связью. При этом образуются одинарные (в молекулах H2, F2,
Cl2, Br2, I2), двойные (в молекулах О2), тройные (в молекулах N2) ковалентные связи.
1. молекулярное
При обычных условиях большинство таких веществ представляют собой газы (Н2, N2, O2, O3, F2,
Cl2) или твердые вещества (I2, P4, S8) и лишь единственный бром (Br2) является жидкостью. Все эти вещества молекулярного строения, поэтому
летучи. В твердом состоянии они легкоплавки из-за слабого межмолекулярного взаимодействия, удерживающего их молекулы в кристалле, и способны к возгонке.
2. атомное
Эти вещества образованы кристаллами, в узлах которых находятся атомы: (Bn, Сn, Sin, Gen, Sen, Ten). Из-за большой прочности ковалентных связей они, как правило, имеют высокую твердость, и любые изменения, связанные с разрушением
ковалентной связи в их кристаллах (плавление, испарение), совершаются с большой затратой энергии. Многие такие вещества имеют высокие температуры плавления и кипения, а летучесть их весьма
мала.
Многие элементы – неметаллы образуют несколько простых веществ – аллотропных модификаций. Аллотропия может быть связана с разным составом молекул: кислород
О2 и озон О3 и с разным строением кристаллов: аллотропными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин, фуллерен. Элементы – неметаллы, имеющие аллотропные
модификации: углерод, кремний, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур.
У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение
электроотрицательности. В ряду неметаллов
At, B, Te, H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F
электроотрицательность возрастает и усиливаются окислительные свойства.
Отсюда следует, что для простых веществ – неметаллов будут характерны как окислительные, так и восстановительные свойства, за исключением фтора – самого
сильного окислителя.
1. Окислительные свойства
а) в реакциях с металлами (металлы всегда восстановители)
2Na + S = Na2S (сульфид натрия)
3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)
б) в реакциях с неметаллами, расположенными левее данного, то есть с меньшим значением электроотрицательности. Например, при взаимодействии фосфора и серы
окислителем будет сера, так как фосфор имеет меньшее значение электроотрицательности:
2P + 5S = P2S5 (сульфид фосфора V)
Большинство неметаллов будут окислителями в реакциях с водородом:
H2 + S = H2S
H2 + Cl2 = 2HCl
3H2 + N2 = 2NH3
в) в реакциях с некоторыми сложными веществами
Окислитель – кислород, реакции горения
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
2SO2 + O2 = 2SO3
Окислитель – хлор
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
2KI + Cl2 = 2KCl + I2
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
Ch2=CH2 + Br2 = CH2Br-CH2Br
2. Восстановительные свойства
а) в реакциях с фтором
S + 3F2 = SF6
H2 + F2 = 2HF
Si + 2F2 = SiF4
б) в реакциях с кислородом (кроме фтора)
S + O2 = SO2
N2 + O2 = 2NO
4P + 5O2 = 2P2O5
C + O2 = CO2
в) в реакциях со сложными веществами – окислителями
H2 + CuO = Cu + H2O
6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5
C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O
H2C=O + H2 = CH3OH
3. Реакции диспропорционирования: один и тот же неметалл является и окислителем и восстановителем
Cl2 + H2O = HCl + HClO
3Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O
Источник
Напомню, что в одной из предыдущих частей мы ввели такие понятия как металлические и неметаллические свойства, теперь же пришло время научится отличать металлы от неметаллов по таблице Менделеева.
Многие из Вас, столкнувшись с данным вопросом, могут справедливо заметить, дескать: “Ха, вот глупости. Автор не от мира сего, ведь металлы и неметаллы в таблице Менделеева отмечены разным цветом! Как сейчас помню таблицу Менделеева в учебнике, где неметаллы отмечены красным цветом, а металлы – чёрным и зелёным. Шах и мат.”
Не спешите с критикой
Это всё замечательно, отвечу я, да только учащиеся, что приходят на экзамен по химии, получают чёрно-белый вариант таблицы Менделеева и Ваше возможное замечание окажется неуместно.
Тот самый черно-белый вариант
И прежде чем мы всё-таки ответим на поставленный вопрос, нам необходимо освоить несколько базовых химических понятий, касающихся работы с таблицей Менделеева. Дело в том, что помимо довольно однозначно определяемых периодов и групп, в таблице Менделеева есть место так же и для, так называемым, подгрупп.
С сегодняшнего дня мы начнём различать главную подгруппу (или подгруппу А) и побочную подгруппу (или подгруппу В).
Как же определить к какой подгруппе относится тот или иной химический элемент?
На отношение к той или иной подгруппе химического элемента нам могут указать следующие знаки:
Во-первых, нередко в шапочке, где указан номер группы, к которому относится столбец, есть указание и на подгруппы:
Главная подгруппа – А, побочная – В
Во-вторых, само положение химического символа химического элемента в ячейке указывает на отношение к подгруппе. Так, если химический символ химического элемента смещён относительно центра ячейки влево, то мы имеем дело с элементом главной подгруппы (подгруппы А), если же вправо – то побочной подгруппы (подгруппы В)
Например, в совершенно случайной чёрно-белой таблице Менделеева мы видим, что фосфор относительно центра ячейки смещён влево, это значит, что фосфор – элемент главной подгруппы (подгруппы А) пятой группы.
“адрес” фосфора: P – II (период), VА (группа – подгруппа), 15 (порядковый номер).
Как понятие о подгруппах поможет нам отличать металлы от неметаллов?
А вот как: дело в том, что все элементы побочных подгрупп – это металлы!
Красным выделены все элементы побочных подгрупп первых шести периодов. Все они – металлы.
А через элементы главных подгрупп мы можем провести одну особенную диагональ, которая “отсечёт” металлы от неметаллов.
Данная диагональ проходит через такие неметаллы, как бор (B) – кремний (Si) – мышьяк (As) – теллур (Te) – астат (As).
Зелёным цветом выделены все неметаллы в таблице Менделеева
Таким образом все элементы главных подгрупп, что лежат ниже и левее данной диагонали являются металлами, а все, что лежат выше и правее – неметаллами.
Однако нельзя не заметить, что деление на металлы (Ме) и неметаллы (неМе) всё же несколько условно, а некоторые таблицы, Менделеева, которые Вы можете найти в сети, игнорируют указанные мной правила работы с подгруппами.
В следующей части мы выделим закономерности, согласно которым металлические и неметаллические свойства изменяются в пределах рассматриваемой Периодической системы Менделеева и разберёмся, какое отношение к этому имеет атомный радиус. А на этом у меня всё. Спасибо. Пока.
Источник
Об
атомах и химических элементах
Другого
ничего в природе нет
ни
здесь, ни там, в космических глубинах:
все
— от песчинок малых до планет —
из
элементов состоит единых.
С.
П. Щипачев, «Читая Менделеева».
В
химии кроме терминов “атом” и “молекула” часто
употребляется понятие “элемент”. Что общего и чем эти понятия различаются?
Химический
элемент – это
атомы одного и того же вида. Так, например, все атомы водорода –
это элемент водород; все атомы кислорода и ртути – соответственно элементы
кислород и ртуть.
В
настоящее время известно более 107 видов атомов, то есть более 107 химических
элементов. Нужно различать понятия “химический элемент”, “атом” и “простое
вещество”
Простые
и сложные вещества
По
элементному составу различают простые вещества, состоящие из атомов
одного элемента (H2, O2, Cl2, P4,
Na, Cu, Au), и сложные вещества, состоящие из атомов разных
элементов (H2O, NH3, OF2, H2SO4,
MgCl2, K2SO4).
К 70-м гг. XIX в. было уже известно более 60 химических элементов. Их условно классифицировали на металлы и неметаллы
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ | |
МЕТАЛЛЫ | НЕМЕТАЛЛЫ |
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ | |
Железо Fe, медь Cu, алюминий Al, ртуть Hg, золото Au, серебро Ag и другие | Уголь С, сера S, фосфор P, йод I2, кислород O2, водород H2 и другие. |
1. Твёрдое агрегатное состояние (исключение – ртуть) 2. Металлический блеск 3. Хорошие проводники тепла и электричества. 4. Пластичные и ковкие. | 1. Твёрдые (Уголь С, сера S, фосфор P, йод I2), жидкие (бром Br2) и газообразные (кислород O2, водород H2). 2. Металлическим блеском не обладают (исключение йод) 3. Не проводят тепло и электрический ток – ИЗОЛЯТОРЫ. 4. Хрупкие |
На
2019 год в периодической таблице – 118 химических элементов, которые
образуют около 500 простых веществ.
Самородное
золото – простое вещество
Способность
одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по
свойствам, называется аллотропией. Например, элемент кислород O
имеет две аллотропные формы – кислород O2 и
озон O3 с различным числом атомов в молекулах. Аллотропные
формы элемента углерод C – алмаз и графит – отличаются строение их кристаллов. Существуют
и другие причины аллотропии.
| Название элемента | Аллотропные формы | Пример простого вещества |
| Углерод С | Графит
|
|
| Углерод С |
|
Сложные
вещества часто называют химическими соединениями, например, оксид
ртути(II) HgO (получается путем соединения атомов простых веществ – ртути Hg и
кислорода O2), бромид натрия (получается путем соединения атомов
простых веществ – натрия Na и брома Br2).
Итак,
подытожим вышесказанное. Молекулы вещества бывают двух видов:
1. Простые –
молекулы таких веществ состоят из атомов одного вида. В химических реакциях не
могут разлагаться с образованием нескольких более простых веществ.
2. Сложные –
молекулы таких веществ состоят из атомов разного вида. В химических реакциях
могут разлагаться с образованием более простых веществ.
Различие
понятий “химический элемент” и “простое вещество”
Отличить
понятия “химический элемент” и “простое вещество” можно
при сравнении свойств простых и сложных веществ. Например, простое вещество
– кислород – бесцветный газ, необходимый для дыхания,
поддерживающий горение. Мельчайшая частица простого вещества кислорода –
молекула, которая состоит из двух атомов. Кислород входит также в состав оксида
углерода (угарный газ) и воды. Однако, в состав воды и оксида углерода входит
химически связанный кислород, который не обладает свойствами простого вещества,
в частности он не может быть использован для дыхания. Рыбы, например, дышат не
химически связанным кислородом, входящим в состав молекулы воды, а свободным,
растворенным в ней. Поэтому, когда речь идет о составе каких – либо химических
соединений, следует понимать, что в эти соединения входят не простые вещества,
а атомы определенного вида, то есть соответствующие элементы.
При
разложении сложных веществ, атомы могут выделяться в свободном состоянии и
соединяясь, образовывать простые вещества. Простые вещества состоят из атомов
одного элемента. Различие понятий «химический элемент» и «простое вещество»
подтверждается и тем, что один и тот же элемент может образовывать несколько
простых веществ. Например, атомы элемента кислорода могут образовать
двухатомные молекулы кислорода и трехатомные – озона. Кислород и озон – совершенно
различные простые вещества. Этим объясняется тот факт, что простых веществ
известно гораздо больше, чем химических элементов.
Пользуясь
понятием «химический элемент», можно дать такое определение простым и сложным
веществам:
Простыми
называют такие вещества, которые состоят из атомов одного химического элемента.
Сложными
называют такие вещества, которые состоят из атомов разных химических элементов.
Отличие
понятий «смесь» и «химическое соединение»
Сложные
вещества часто называют химическими соединениями.
Осуществите
переход по ссылке и просмотрите опыт взаимодействия простых веществ железа и серы.
Попробуйте
ответить на вопросы:
1.Чем
отличаются по составу смеси от химических соединений?
2. Сопоставьте
свойства смесей и химических соединений?
3. Какими
способами можно разделить на составляющие компоненты смеси и химического
соединения?
4. Можно
ли судить по внешним признакам об образовании смеси и химического соединения?
Сравнительная
характеристика смесей и химических
Вопросы для сопоставления смесей с химическими соединениями | Сопоставление | |
Смеси | Химические соединения | |
Чем отличаются по составу смеси от химических соединений? | Вещества можно смешивать в любых соотношениях, т.е. состав смесей | Состав химических соединений постоянный. |
Сопоставьте свойства смесей и химических соединений? | Вещества в составе смесей сохраняют свои свойства | Вещества, образующие соединения, свои свойства не сохраняют, так как |
Какими способами можно разделить на составляющие компоненты смеси и | Вещества можно разделить физическими способами | Химические соединения можно разложить только с помощью химических |
Можно ли судить по внешним признакам об образовании смеси и химического | Механическое смешивание не сопровождается выделением теплоты или | Об образовании химического соединения можно судить по признакам |
Задания
для закрепления
I.
Поработайте с тренажёрами
Тренажёр №1
Тренажёр №2
Тренажёр №3
Тренажёр №4
Тренажёр №5
II.
Решите задание
Из предложенного списка веществ выпишите отдельно
простые и сложные вещества:
NaCl, H2SO4, K, S8, CO2, O3,
H3PO4, N2, Fe. Объясните ваш выбор, в каждом
из случаев.
III.
Ответьте на вопросы
№1. Сколько простых веществ записано в ряду
формул:
H2O, N2, O3, HNO3,
P2O5, S, Fe, CO2, KOH.
№2. К сложным относятся оба
вещества:
А) С (уголь) и S (сера);
Б) CO2 (углекислый газ) и H2O
(вода);
В) Fe (железо) и CH4 (метан);
Г) H2SO4 (серная кислота)
и H2 (водород).
№3. Выберите правильное
утверждение: простые вещества состоят из атомов одного вида.
А) Верно; Б) Неверно
№4. Для смесей характерно то, что
А) Они имеют постоянный состав;
Б) Вещества в составе “смеси” не сохраняют
свои индивидуальные свойства;
В) Вещества в “смесях” можно разделить
физическими свойствами;
Г) Вещества в “смесях” можно разделить при
помощи химической реакции.
№5. Для “химических соединений”
характерно следующее:
А) Переменный состав;
Б) Вещества, в составе “химического соединения
«можно разделить физическими способами;
В) Об образовании химического соединения можно
судить по признакам химических реакций;
Г) Постоянный состав.
№6. В каком случае идёт речь
о железе как о химическом элементе?
А) Железо – это металл, который притягивается
магнитом;
Б) Железо входит с состав ржавчины;
В) Для железа характерен металлический блеск;
Г) В состав сульфида железа входит один атом железа.
№7.
В каком случае идёт речь о кислороде как о простом веществе?
А) Кислород – это газ, поддерживает дыхание и
горение;
Б) Рыбы дышат кислородом, растворённым в воде;
В) Атом кислород входит в состав молекулы воды;
Г) Кислород входит в состав воздуха.
Источник