реши все задачи
Коротко
- У металлов на внешнем уровне обычно 1–3 электрона, радиус атома больше, электроны удерживаются слабее. У неметаллов — обычно 4–7 электронов, радиус меньше, выше электроотрицательность. Неметаллы расположены в правой верхней части Периодической системы: главным образом в главных подгруппах IV–VII групп; водород — в I группе, благородные газы — в VIII.
- Кристаллические решётки: ионная, атомная (ковалентная), молекулярная, металлическая. Для простых веществ-неметаллов характерны молекулярная и атомная. Примеры: \(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{N_2}\), \(\mathrm{H_2}\), \(\mathrm{I_2}\) — молекулярная; алмаз \(\mathrm{C}\), кремний \(\mathrm{Si}\), бор \(\mathrm{B}\) — атомная.
- Металлы пластичны, ковки, имеют металлический блеск, хорошо проводят тепло и ток. Неметаллы чаще хрупкие, обычно не имеют металлического блеска и плохо проводят ток; их свойства очень разнообразны. \(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{N_2}\), \(\mathrm{H_2}\) — бесцветные газы без запаха, малорастворимые в воде; \(\mathrm{H_2}\) самый лёгкий, \(\mathrm{O_2}\) немного тяжелее воздуха, \(\mathrm{N_2}\) — немного легче.
1. Строение атомов металлов и неметаллов
Главное различие — число электронов на внешнем энергетическом уровне и прочность их связи с ядром:
- Металлы: на внешнем уровне обычно 1–3 электрона. Радиус атома сравнительно большой, поэтому валентные электроны удерживаются слабее. Атомы металлов легко отдают электроны, то есть проявляют восстановительные свойства.
- Неметаллы: на внешнем уровне обычно 4–7 электронов. Радиус атома меньше, электроны удерживаются сильнее. Атомы неметаллов чаще принимают электроны или образуют общие электронные пары — ковалентные связи.
Водород — важное исключение: у него 1 электрон, но это неметалл. У благородных газов внешний уровень завершён: 8 электронов у неона, аргона и др., у гелия — 2.
Положение неметаллов в Периодической системе Д. И. Менделеева: они находятся преимущественно в правой верхней части таблицы — в главных подгруппах IV–VII групп. Водород стоит в I группе, благородные газы — в VIII. Граница между металлами и неметаллами условна: она проходит примерно по диагонали \(\mathrm{B}—\mathrm{Si}—\mathrm{As}—\mathrm{Te}—\mathrm{At}\).
2. Кристаллические решётки неметаллов
| Тип решётки | Что в узлах | Примеры | Типичные свойства |
|---|---|---|---|
| Ионная | ионы | \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{CaF_2}\) | твёрдые, хрупкие, высокие температуры плавления, проводят ток в расплаве или растворе |
| Атомная (ковалентная) | атомы, связанные ковалентными связями | алмаз \(\mathrm{C}\), \(\mathrm{Si}\), \(\mathrm{B}\) | очень тугоплавкие, твёрдые, нелетучие, часто диэлектрики или полупроводники |
| Молекулярная | молекулы | \(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{N_2}\), \(\mathrm{H_2}\), \(\mathrm{Cl_2}\), \(\mathrm{I_2}\), \(\mathrm{P_4}\), \(\mathrm{S_8}\) | низкие температуры плавления и кипения, летучесть, малая твёрдость |
| Металлическая | катионы металла и свободные электроны | \(\mathrm{Cu}\), \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{Na}\) | электро- и теплопроводность, пластичность, металлический блеск |
Для простых веществ-неметаллов наиболее характерны молекулярная и атомная решётки.
Примеры различия свойств:
- \(\mathrm{O_2}\) — молекулярное вещество: газ, при сильном охлаждении сжижается при \(-183\,^\circ\mathrm{C}\), легкоплавкое и летучее.
- Алмаз \(\mathrm{C}\) — атомная решётка: очень твёрдое и тугоплавкое вещество, нелетучее.
- \(\mathrm{I_2}\) — молекулярное вещество: твёрдое, но легкоплавкое и летучее.
- \(\mathrm{Si}\) — атомная решётка: твёрдый, тугоплавкий полупроводник.
Главная логика: чем прочнее связи между частицами в решётке, тем выше температура плавления, твёрдость и меньше летучесть.
3. Физические свойства неметаллов и металлов
Металлы — обычно твёрдые вещества, кроме ртути; имеют металлический блеск, пластичны, ковки, хорошо проводят тепло и электрический ток. Это связано с металлической решёткой и наличием свободных электронов.
Неметаллы — очень разные по свойствам:
- могут быть газами (\(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{N_2}\), \(\mathrm{H_2}\)), жидкостями (\(\mathrm{Br_2}\)) и твёрдыми веществами (\(\mathrm{I_2}\), \(\mathrm{S}\), алмаз, \(\mathrm{Si}\));
- твёрдые неметаллы чаще хрупкие;
- обычно не имеют металлического блеска, но есть исключения: иод и графит блестят;
- плохо проводят тепло и электрический ток, но графит проводит ток, а кремний — полупроводник;
- молекулярные неметаллы легкоплавкие и летучие, а атомные, наоборот, могут быть очень тугоплавкими и твёрдыми.
Кислород \(\mathrm{O_2}\): газ без цвета, вкуса и запаха; немного тяжелее воздуха, плотность около \(1{,}43\ \mathrm{г/л}\); малорастворим в воде; при \(-183\,^\circ\mathrm{C}\) сжижается в голубоватую жидкость. Имеет молекулярное строение.
Азот \(\mathrm{N_2}\): газ без цвета, вкуса и запаха; немного легче воздуха, плотность около \(1{,}25\ \mathrm{г/л}\); малорастворим в воде; кипит при \(-196\,^\circ\mathrm{C}\). Имеет молекулярное строение.
Водород \(\mathrm{H_2}\): газ без цвета, вкуса и запаха; самый лёгкий газ — примерно в \(14{,}5\) раза легче воздуха; малорастворим в воде; кипит при \(-253\,^\circ\mathrm{C}\). Имеет молекулярное строение.
Проверка и как рассуждать в похожем задании
- Определи число внешних электронов и положение элемента: 1–3 электрона и больший радиус — вероятнее металл; 4–7 электронов и меньший радиус — неметалл.
- Посмотри на строение вещества: отдельные молекулы — молекулярная решётка; непрерывная сетка из атомов — атомная; ионы — ионная; металл — металлическая.
- Свяжи решётку со свойствами: слабые силы между молекулами дают низкие температуры плавления и кипения; прочные ковалентные связи — высокую твёрдость и тугоплавкость.
Проверка: \(\mathrm{O_2}\), \(\mathrm{N_2}\), \(\mathrm{H_2}\) — газы с низкими температурами кипения, потому что состоят из молекул; алмаз и кремний тугоплавки, потому что имеют атомную решётку. Исключения — водород с одним электроном, проводящий графит, блестящий иод — не отменяют общих закономерностей.
