Как в химии отличить металл от неметалла. Определение металла и его свойства

Все металлы, кроме ртути, в обычных условиях твердые вещества, характеризующиеся «металлическим» блеском, хорошей тепло- и электропроводимостью, пластичностью. Типичными металлами являются щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочноземельные (кальций, стронций, барий, магний) металлы.

Неметаллы в обычных условиях находятся в твердом (фосфор, сера, селен, углерод и др.), жидком (бром) и газообразном (кислород, водород, азот и др.) состояниях. Твердые неметаллы отличаются хрупкостью и, как правило, обладают плохой тепло- и электропроводимостью.

Типичными неметаллами являются галогены (фтор, хлор, бром, иод), сера, селен, теллур, азот, фосфор, углерод.

Резкой границы между металлами и неметаллами не существует. Некоторые элементы одновременно совмещают свойства металлов и неметаллов, причем и те и другие свойства у них выражены недостаточно резко. Например, цинк, бериллий, алюминий, хром, олово, свинец в кислой среде проявляют свойства металлов, а в щелочной - неметаллов.

Все наиболее распространенные металлы и неметаллы как твердые, так и жидкие и газообразные, входят в ассортимент химических реактивов. Большинство металлов поступает в продажу в виде порошка, небольших слитков или кусков. Для облегчения работы с ними некоторые металлы переплавляют и выпускают в виде палочек (висмут, кадмий, олово, свинец), гранул (кадмий, свинец, цинк), губки (олово), пыли (цинк, алюминий), листа или ленты (золото, медь), проволоки (алюминий, железо), стружки (железо) и т. п.

Некоторые металлы и неметаллы чрезвычайно легко окисляются на воздухе и поэтому их хранят в определенных условиях . Так, натрий и калий хранят под слоем керосина или другого углеводорода, а белый фосфор - под слоем воды.

Применение. Чистые металлы и неметаллы используют в неорганическом и органическом синтезе для получения химических реактивов и препаратов. Окислением некоторых металлов получают непосредственно окислы этих металлов реактивной чистоты, а растворением их в кислотах - соответствующие соли.

В органическом синтезе металлы находят применение в качестве катализаторов (алюминий, медь, никель, палладий, платина, серебро и др.), при получении металлоорганических соединений и т. д.

Белый фосфор, сера и другие неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений. Бром, хлор, иод используются в органическом синтезе для получения галогенорганических производных, а также для получения некоторых галогенсодержащих кислот и их солей.

Металлы и неметаллы играют известную роль и в аналитической химии. Большая группа металлов - алюминий, железо, цинк, магний, олово, никель - применяются в качестве восстановителей. Натрий используют для определения хлора в органических веществах, при восстановлении и гидрировании многих органических соединений, для глубокой осушки органических жидкостей, для приготовления амальгам и т. д. Бром служит окислителем при аналитических определениях марганца, никеля, хрома, висмута, железа, цианидов, роданидов, мочевины, муравьиной кислоты.

Чистые элементы, такие, как сера, свинец, алюминий, кобальт, медь, никель, олово, палладий, сурьма, цинк, характеризующиеся четкой температурой плавления, используются в термометрии для калибровки термометров и пирометров.

В природе существует очень много повторяющихся последовательностей:

• времена года;
• время суток;
• дни недели…

В середине 19 века Д.И.Менделеев заметил, что химические свойства элементов также имеют определенную последовательность (говорят, что эта идея пришла ему во сне). Итогом чудесных сновидений ученого стала Периодическая таблица химических элементов, в которой Д.И. Менделеев выстроил химические элементы по возрастанию атомной массы. В современной таблице химические элементы выстроены по возрастанию атомного номера элемента (количество протонов в ядре атома).

Атомный номер изображен над символом химического элемента, под символом - его атомная масса (сумма протонов и нейтронов). Обратите внимание, что атомная масса у некоторых элементов является нецелым числом! Помните об изотопах! Атомная масса - это средневзвешенное от всех изотопов элемента, встречающихся в природе в естественных условиях.

Под таблицей расположены лантаноиды и актиноиды.

Металлы, неметаллы, металлоиды

Расположены в Периодической таблице слева от ступенчатой диагональной линии, которая начинается с Бора (В) и заканчивается полонием (Po) (исключение составляют германий (Ge) и сурьма (Sb). Нетрудно заметить, что металлы занимают бОльшую часть Периодической таблицы. Основные свойства металлов: твердые (кроме ртути); блестят; хорошие электро- и теплопроводники; пластичные; ковкие; легко отдают электроны.

Элементы, расположенные справа от ступенчатой диагонали B-Po, называются неметаллами . Свойства неметаллов прямо противоположны свойствам металлов: плохие проводники тепла и электричества; хрупкие; нековкие; непластичные; обычно принимают электроны.

Металлоиды

Между металлами и неметаллами находятся полуметаллы (металлоиды). Для них характерны свойства как металлов, так и неметаллов. Основное применение в промышленности полуметаллы нашли в производстве полупроводников, без которых немыслима ни одна современная микросхема или микропроцессор.

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: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; Mg отдает два электрона: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2). А вот хлор (Cl), расположенный в конце периода, принимает один элемент: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .

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.

Группа IA(1) . Атомы элементов этой группы имеют во внешнем электронном слое всего по одному электрону, поэтому легко отдают один электрон.

Наиболее важные щелочные металлы - натрий (Na) и калий (K), поскольку играют важную роль в процессе жизнедеятельности человека и входят в состав солей.

Электронные конфигурации:

• Li - 1s 2 2s 1 ;
• Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
• K - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Группа IIA(2) . Атомы элементов этой группы имеют во внешнем электронном слое по два электрона, которые также отдают во время химических реакций. Наиболее важный элемент - кальций (Ca) - основа костей и зубов.

Электронные конфигурации:

• Be - 1s 2 2s 2 ;
• Mg - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
• Ca - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Группа VIIA(17) . Атомы элементов этой группы обычно получают по одному электрону, т.к. на внешнем электронном слое находится по пять элементов и до "полного комплекта" как раз не хватает одного электрона.

Наиболее известные элементы этой группы: хлор (Cl) - входит в состав соли и хлорной извести; йод (I) - элемент, играющий важную роль в деятельности щитовидной железы человека.

Электронная конфигурация:

• F - 1s 2 2s 2 2p 5 ;
• Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;
• Br - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

Группа VIII(18). Атомы элементов этой группы имеют полностью "укомплектованный" внешний электронный слой. Поэтому им "не надо" принимать электроны. И отдавать их они "не хотят". Отсюда - элементы этой группы очень "неохотно" вступают в химические реакции. Долгое время считалось, что они вообще не вступают в реакции (отсюда и название "инертный", т.е. "бездействующий"). Но химик Нейл Барлетт открыл, что некоторые из этих газов при определенных условиях все же могут вступать в реакции с другими элементами.

Электронные конфигурации:

• Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ;
• Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
• Kr - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Валентные элементы в группах

Нетрудно заметить, что внутри каждой группы элементы похожи друг на друга своими валентными электронами (электроны s и p-орбиталей, расположенных на внешнем энергетическом уровне).

У щелочных металлов - по 1 валентному электрону:

• Li - 1s 2 2s 1 ;
• Na - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
• K - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

У щелочноземельных металлов - по 2 валентных электрона:

• Be - 1s 2 2s 2 ;
• Mg - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
• Ca - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

У галогенов - по 7 валентных электронов:

• F - 1s 2 2s 2 2p 5 ;
• Cl - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;
• Br - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

У инертных газов - по 8 валентных электронов:

• Ne - 1s 2 2s 2 2p 6 ;
• Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
• Kr - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Дополнительную информацию см. в статье Валентность и в Таблице электронных конфигураций атомов химических элементов по периодам .

Обратим теперь свое внимание на элементы, расположенные в группах с символов В . Они расположены в центре периодической таблицы и называются переходными металлами .

Отличительной особенностью этих элементов является присутствие в атомах электронов, заполняющих d-орбитали :

1. Sc - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 ;
2. Ti - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

Отдельно от основной таблицы расположены лантаноиды и актиноиды - это, так называемые, внутренние переходные металлы . В атомах этих элементов электроны заполняют f-орбитали :

1. Ce - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 1 5d 1 6s 2 ;
2. Th - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 6d 2 7s 2

Благодаря своим выдающимся «заслу­гам» перед человечеством металлы попали в число важнейших объектов исследования. И хотя серьезные (по нынешним меркам) работы в этой области раз­вернулись только во второй половине XIX века, люди задолго до этого пытались понять, что такое металл. Самое известное из ранних определений металла было дано в середине XVIII века Михаилом Васильевичем

Ломоносовым: «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец».

Определение М. В. Ломоносова суммировало зна­ния того времени. Ни о протекании электрического тока, ни о роли электронов в металле тогда, конечно, никто и не подозревал. И тем не менее существовала твердая уверенность в особых свойствах металлов, которые сближали их между собой и выделяли из всего неорганического мира. Характерный блеск («светлое тело») и способность металлов пластично изменять свою форму под действием внешней нагруз­ки («ковать можно») считались их фундаментальны­ми отличительными чертами.

Спустя два с лишним века хорошо видны изъяны этого определения. Из числа металлов сразу выпала ртуть. При комнатной температуре она представляет собой жидкость и ковать ее никоим образом невоз­можно. Впрочем, эта ошибка была исправлена самим же Ломоносовым. Еще в 1759 году он (совместно с петербургским академиком И. А. Брауном) охладил в смеси из снега и азотной кислоты ртуть до перехода ее в твердое состояние. Твердая ртуть была ковкой, как свннец, и, следовательно, оказалась «чистокров­ным» металлом, ничуть не хуже любого другого из списка Ломоносова.

Другой «невинной жертвой» определения стала сурьма, известная людям еще с глубокой древности. В обычных условиях нельзя ковать и ее. Сурьма раз-’ летится на кусочки, если дюжий кузнец тронет ее своим молотом.

И «светлым телом» металл является не всегда. Во-первых, его поверхность может окисляться и те­рять блеск. Поэтому самородная медь и выглядит зеленым камнем. А во-вторых, и чистый металл мо­жет не блестеть. Очень тонкие листки серебра или зо­лота имеют совершенно неожиданный вид - они про­свечивают голубовато-зеленым цветом. А мелкие по­рошки металлов кажутся черными или темно-серыми.

Сегодня выделяют пять свойств, которыми, как правило, обладают металлы. К двум, указанным М. В. Ломоносовым, следует добавить высокую электро — и теплопроводность и рост электрического сопротивления при повышении температуры. Конечно, не все металлы и не при всех условиях обладают полной совокупностью этих свойств. И это неудиви­тельно: к числу металлов относится более 75 % всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева и подобрать при таком разнообразии абсолютно точ­ное определение - почти безнадежная задача. Тем не менее обычно для отличия металлов от неметаллов вполне достаточно даже старинного «рецепта» Ломо­носова. Никаких особых трудностей эта задача в по­давляющем большинстве случаев не вызывает. На­много более тонкими являются вопросы, как отли­чить металлы друг от друга и как распознать, чис­тым ли металлом или сплавом (и каких элементов| является блестящий образец явно металлического происхождения. История этой проблемы уводит нас в глубокую древность.

СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Все элементы в Периодической системе делят условно на металлы и неметаллы. К неметаллическим элементам относятся:

Не, Nе, Аr, Кr, Хе, Rn, F, С1, Вr, I, Аt, О, S, Sе. Те, N, Р, Аs, С, Si, В, Н

Все остальные элементы считаются металлическими.

Простые вещества (элементы в свободном виде) также подразделяют на металлы и неметаллы, основываясь на их физико-химических свойствах. Так, по физическим свойствам, например по электронной проводимости, бор это неметалл, а медь - металл, хотя и возможны исключения (графит).

В Периодической системе неметаллы - это элементы главных групп (А-групп), начиная с IIIА группы (бор); остальные элементы А-групп и все элементы Б- групп - металлы. В главных группах металлические свойства отчетливее выражены для более тяжелых элементов, причем в 1А-группу входят только металлы, а в VПА и VIIIА группы - только неметаллы.

В главных группах металлические свойства элементов увеличиваются, а неметаллические свойства уменьшаются с возрастанием порядкового номера элемента.

В периодах для элементов главных групп металлические свойства уменьшаются, а неметаллические свойства увеличиваются с возрастанием порядкового номера, элемента.

Отсюда следует, что самый типичный неметаллический элемент - это фтор, самый типичный металлический элемент - это франций.

В Периодической системе отчетливо видны естественные границы, относительно которых наблюдается изменение свойств элементов. 1А группа содержит типичные металлы, элементы VIIIА группы (благородные газы) - типичные неметаллы, промежуточные группы включают неметаллы «вверху» таблицы элементов и металлы «внизу» таблицы элементов. Другая граница между металлами и неметаллами соответствует элементам Ве - А1-Gе - Sb - Ро (диагональная граница). Элементы самой этой границы и примыкающие к ней обладают одновременно и металлическими, и неметаллическими свойствами, этим элементам свойственно амфотерное поведение. Простые вещества этих элементов могут встречаться как в виде металлических, так и неметаллических модификаций (аллотропных форм).

В качестве меры металлического и неметаллического характера элементов можно принять энергию ионизации их атомов. Энергия ионизации - это энергия, которую необходимо затратить для полного удаления одного электрона из атома. Обычно металлы обладают относительно низкой энергией ионизации (496 кДж/моль для Nа, 503 кДж/моль для Ва), а неметаллы - высокой энергией ионизации (1680 кДж/моль для F, 1401 кДж/моль для N). Атомам элементов, проявляющих амфотерное поведение (Ве, А1, Ge, Sb, Ро и др.), отвечают промежуточные значения энергии ионизации (762 кДж/моль для Ge, 833 кДж/моль для Sb), а благородным газам - наивысшие значения (2080 кДж/моль для Nе, 2372 кДж/моль для Не). В пределах группы Периодической системы значения энергии ионизации атомов уменьшаются с возрастанием порядкового номера элемента, т. е. при увеличении размеров атомов. Электроположительные и электроотрицательные элементы. В соответствии со склонностью атомов элементов образовывать положительные и отрицательные одноатомные ионы, различают электроположительные и электроотрицательные элементы.

Атомы электроотрицательных элементов обладают высоким сродством к электрону. Атомы таких элементов очень прочно удерживают собственные электроны и имеют тенденцию принимать дополнительные электроны в химических реакциях. Атомы электроположительных элементов обладают низким сродством к электрону. Атомы таких элементов слабо удерживают собственные электроны и имеют тенденцию терять эти электроны в химических реакциях.

Самыми электроположительными элементами являются типичные металлы (элементы 1А группы), а самыми электроотрицательными элементами - типичные неметаллы (элементы VПА группы).

Электроположительный характер элементов увеличивается при переходе сверху вниз в пределах главных групп я уменьшается при переходе слева направо в пределах периодов. Электроотрицательный характер элементов уменьшается при переходе сверху вниз в пределах главных групп и увеличивается при переходе слева направо в пределах периодов.

Химики разделили все простые вещества на металлы и неметаллы. Они сильно различаются по строению, физическим и химическим свойствам. Многие из них легко отличить визуально, например медь – металл, а бром – неметалл. Однако чтобы не допустить ошибку при классификации элементов, лучше опираться на знание четких признаков, свойственных металлам и неметаллам.

Определение

Элементы, отдающие электроны с внешнего энергетического уровня, называют металлами . Металлы – это, как правило, твердые вещества (особняком стоит ртуть, которая при нормальных условиях является жидкостью).

Элементы, принимающие электроны на внешний энергетический уровень, являются неметаллами . Они находятся в различных агрегатных состояниях. Кислород и азот – это газы, бром – жидкость, а к твердым веществам относятся, например, мышьяк, углерод и бор.

Сравнение

Все металлы наделены металлическим блеском, они превосходные проводники электрического тока и тепла. Большинство из них пластичны, при физическом воздействии металлы легко меняют форму. Неметаллы, наоборот, плохие проводники тепла и электрического тока.

Строение металлов и неметаллов – главная отличительная характеристика. Неметаллы – обладатели большего числа неспаренных электронов, размещающихся на внешних уровнях. Металлы имеют металлическую кристаллическую решетку. А неметаллам присущи молекулярные (к примеру, кислороду, хлору и сере) и атомарные (углероду, образующему алмаз) кристаллические решетки.

У металлов маленькая электроотрицательность, а значит и окислительно-восстановительный потенциал невелик. Они, как правило, принимают электроны и окисляются, проявляя восстановительные свойства. Неметаллы, наделенные большой электроотрицательностью и значительным окислительно-восстановительным потенциалом, могут выступать как в качестве окислителей, так и в качестве восстановителей (такое возможно в присутствии наиболее мощного окислителя).

У металлов есть весьма интересное свойство – амфотерность. Амфотерным металлам присущи свойства и металлов, и неметаллов. Например, цинк, находясь в состоянии высшей степени окисления, ведет себя как неметалл.

Выводы сайт

1. В физических свойствах.
2. В строении атомов.
3. В кристаллических решетках.
4. В химических свойствах.
5. В способности проявлять окислительно-восстановительные свойства.
6. В амфотерности металлов.

Главная » Упражнения » Как в химии отличить металл от неметалла. Определение металла и его свойства