1. Металлы — (лат. metallum от др.-греч. metallon — шахта, рудник) — группа химических элементов, обладающих в виде простых веществ при нормальных условиях характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и характерный металлический блеск.
2. Электрохимический ряд активности металлов (ряд напряжений, ряд (вытеснения) Бекетова, ряд стандартных электродных потенциалов) — последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения их стандартных электрохимических потенциалов E 0 , отвечающих полуреакции восстановления катиона металла: Me n+ : Me n+ + nē → Me 0 . Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.
3. Неметаллы — это химические элементы, которые образуют в свободном состоянии простые вещества, не обладающие физическими и химическими свойствам металлов.
Золото — САМЫЙ СТОЙКИЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!
Из известных к настоящему времени 118 элементов к металлам и металлоидам относятся 96 элементов, тогда как к неметаллам относят всего 22 элемента.
Нахождение в природе.
Большая часть металлов присутствует в природе в виде руд и соединений. Они образуют оксиды, сульфиды, карбонаты и другие химические соединения. Для получения чистых металлов и дальнейшего их применения необходимо выделить их из руд и провести очистку. При необходимости проводят легирование и другую обработку металлов. Изучением этого занимается наука металлургия.
Металлургия различает руды чёрных металлов (на основе железа) и цветных (в их состав не входит железо, всего около 70 химических элементов). Золото, серебро и платина относятся также к драгоценным (благородным) металлам. Кроме того, в малых количествах они присутствуют в морской воде и в живых организмах (играя при этом важную роль).
Известно, что организм человека на 3 % состоит из металлов. Больше всего в организме кальция (в костях) и натрия, выступающего в роли электролита в межклеточной жидкости и цитоплазме. Магний накапливается в мышцах и нервной системе, медь — в печени, железо — в крови.
Основные физические свойства металлов.
- Твердость. Все металлы (кроме ртути) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.
- Температура плавления. Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39°C (ртуть) до 3410°C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.
- Плотность. В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.
- Пластичность. Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.
- Электропроводность. Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
- Теплопроводность. Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения. Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.
- Цвет. Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.
Электрохимический ряд напряжений металлов.
НЕМЕТАЛЛЫ. Общая характеристика неметаллов. Все элементы периодической системы элементов Д.И. Менделеева условно делят на металлы и неметаллы.
К неметаллам относят 22 элемента (около 20% от всех элементов), из них s-элементы: водород Н и гелий Не, остальные — р-элементы главных подгрупп: 5 элементов VIII А-подгруппы благородные (инертные) газы — неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn; 5 элементов VII А-подгруппы — фтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At; 4 элемента VI А-подгруппы — кислород О, сера S, селен Se, теллур Те; 3 элемента V А-подгруппы — азот N, фосфор Р, мышьяк As; 2 элемента IV A- подгруппы — углерод С, кремний Si, 1 элемент III А- подгруппы — бор В. Выделение неметаллов в отдельный класс связано с их резко отличительными свойствами. Для неметаллов нехарактерны типичные свойства металлов: электропроводность, теплопроводность, ковкость, блеск.
Такие неметаллы как О, Н, С, N — органогены, составляют основу жизни на Земле, они заслуживают особого положения среди других элементов и глубокого изучения как во взаимосвязи друг с другом при сравнительной характеристике, так и с учетом специфических особенностей каждого из них. Положение неметаллов в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Неметаллы занимают верхний правый угол периодической системы элементов (ПСЭ), при этом в вершине этого угла находится фтор — самый активный неметалл, а граница неметаллов проходит по диагонали через всю периодическую систему «бор-астат». Такое положение неметаллов в ПСЭ неслучайно.
Источник: videouroki.net
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Одним из важных признаков ряда химических элементов является металличность. Под «металличностью» подразумевают существование простых веществ в виде металлов, проявление в сложных веществах исключительно положительных степеней окисления, основные свойства оксидов элементов в низких степенях окисления.
Химический элемент называют металлом, если его простое вещество имеет физические свойства металла.
Общие физические свойства металлов хорошо известны. При обычной температуре это твердые (кроме ртути) вещества с характерным металлическим блеском; имеют высокую электро- и теплопроводность. При ударе металл, как правило, не раскалывается, а расплющивается. Это свойство называют пластичностью, или ковкостью. Металлы образуют между собой разнообразные сплавы, которые тоже обладают металлическими свойствами.
К металлам относится большая часть химических элементов. Если применить классификацию элементов по 5-, р-, d-, /-блокам, то окажется, что металлами являются все элементы d- и /-блоков, элементы s-блока (кроме водорода и гелия) и несколько элементов p-блока. Все элементы, расположенные в Периодической таблице после радона, в том числе и вновь открываемые, — металлы.
Металличность возникает при наличии достаточного числа свободных валентных орбиталей, незначительно различающихся по энергии. Чем выше главное квантовое число заполняющегося уровня, тем меньше различие в энергиях подуровней. В результате металличность увеличивается в группах при переходе сверху вниз. В периодах слева направо по мере увеличения числа валентных электронов и уменьшения числа остающихся вакансий металличность понижается. Граница между металлами и неметаллами проходит по диагонали p-блока элементов через бор — кремний — мышьяк — теллур — астат; ниже диагонали находятся металлы, на самой диагонали и выше нее — неметаллы.
Атомы элементов металлов всегда имеют достаточное число свободных орбиталей, по которым могут распределяться валентные электроны. При этом условии между атомами возникает металлическая связь. В металлах с малым числом валентных электронов (группы IA, НА) все электроны участвуют в образовании металлической связи. В структурах металлов с достаточно большим числом валентных электронов (элементы d-блока) могут одновременно возникать ковалентные и металлические связи.
Электроотрицательность металлов в целом ниже, чем неметаллов. Она изменяется от 0,7 у цезия до 2,5 у золота. Последнее значение близко к электроотрицательности неметалла иода. Поэтому можно сделать вывод, что значение электроотрицательности не определяет принадлежность элемента к металлам или неметаллам.
Степени окисления металлов в сложных веществах, за редким исключением, положительные. Поэтому получение металлов из руд, т. е. природных соединений, осуществляется восстановлением. Производство металлов и их сплавов — задача металлургии, важной отрасли промышленности. Обширные знания о процессах получения металлов, накопленные металлургами до формирования химии как самостоятельной науки, в дальнейшем стали составной частью химии.
В металлургии применяют различные восстановители в зависимости от природы получаемого металла и состава имеющегося сырья:
- • неметаллы — уголь, кремний, водород;
- • металлы — натрий, кальций, алюминий, железо;
- • сложные вещества — оксид углерода(Н), метан, карбид кальция, гидрид натрия;
- • катод при электролизе играет роль восстановителя.
Методы получения металлов подразделяют на высокотемпературные (пирометаллургия) и низкотемпературные (гидрометаллургия), а также на химические и электрохимические (электролиз). Применение этих методов для получения отдельных металлов показано на рис. 5.1.
По химической активности металлы сильно отличаются друг от друга. Активные металлы (натрий, кальций и др.) бурно реагируют с водой. Стойкие металлы (золото, платина, иридий) не реагируют с концентрированными кислотами, кислородом, хлором.
Металлы можно расположить в ряд по снижению их восстановительной способности в водной среде:
Это электрохимический ряд напряжений металлов. С его помощью решают вопрос о возможности замещения металла в соли или водорода в кислоте каким-либо другим металлом. При этом необходимо учитывать, что ожидаемая реакция замещения металла не может быть осуществлена, если взятый металл реагирует с водой. Электрохимический ряд напряжений металлов можно применять также к реакциям металлов с твердыми солями и оксидами, но лишь при условии, что данные металлы достаточно удалены друг от друга в электрохимическом ряду напряжений. Близко расположенные металлы могут менять последовательность в зависимости от условий проведения реакции.
Рис. 5.1. Способы получения металлов
Можно ли восстановить олово из раствора SnCl2 магнием или натрием? Напишите уравнение реакции.
Согласно положению в электрохимическом ряду напряжений как натрий, так и магний могут замещать олово в солях. Однако натрий быстро реагирует с водой. Поэтому для восстановления олова следует взять магний:
Типичные соединения металлов — оксиды, гидроксиды, бинарные и кислородсодержащие соли, комплексные соединения. Для металлов в растворах наиболее характерно образование катионов. Однако понятие металличности не исключает и способность входить в состав анионов. Как неметаллы, так и металлы в высоких (+5 и выше) степенях окисления дают оксиды с кислотными свойствами. Элементы хром и марганец образуют сильные кислоты Н2Сг207 и НМп04 соответственно.
Многие элементы-металлы необходимы для жизни. По массе в организме человека больше всего кальция — около 1 кг. Он сосредоточен в костях, а также в небольшом количестве обязательно содержится в крови и клетках. Далее следуют калий и натрий.
Содержание каждого из них превышает 100 г. Еще около 10 элементов-металлов (железо, кобальт, медь, цинк и некоторые другие) необходимы для жизни в малых количествах. Они регулируют скорость биохимических превращений, входя в состав ферментов.
Вопросы и задания
- 1. Какие химические элементы являются металлами?
- 2. Перечислите металлы, относящиеся к p-блоку элементов.
- 3. Перечислите важнейшие общие свойства металлов.
- 4. По каким признакам классифицируют металлы?
- 5. Каково практическое значение металлов?
- 6. Какие реакции лежат в основе методов получения металлов?
Источник: studme.org
Чем в химии отличаются металлы и неметаллы, есть ли разница – сравнение
Химики делят все простые вещества на металлы и неметаллы. Они имеют большую разницу. При этом далеко не всем известно, чем конкретно отличаются металлы от неметаллов. Разница касается структуры, физических характеристик и химических свойств. Многие вещества удается определить визуально. Однако этот метод сложно назвать достоверным.
Чтобы не допустить ошибку, стоит опираться на четкие признаки, характерные для рассматриваемых веществ.
Определение неметаллов
Под этим термином понимают элементы, которые принимают электроны на внешний энергетический уровень. Они могут обладать различными агрегатными состояниями. Так, кислород и азот представляют собой газы, а бром – жидкость. Твердыми веществами являются углерод, бор, мышьяк.
Понятие металлов
В это понятие входят элементы, которые отдают электроны с внешнего энергетического уровня. Чаще всего они представлены в твердом агрегатном состоянии. Единственным исключением считается ртуть. При нормальных условиях она представляет собой жидкость.
Как отличить металл от неметалла в химии?
Важным различием между рассматриваемыми элементами считается положение в таблице Менделеева. Чтобы определить разновидность вещества, стоит провести диагональную линию от бора до астата.
Элементы, которые находятся выше черты, считаются неметаллами, а ниже – металлами. При этом все химические вещества побочных подгрупп представляют собой только металлы. Таким образом, можно увидеть, что количество металлических элементов в таблице значительно больше.
В основной подгруппе первой группы присутствуют щелочные металлы. К ним относят литий, рубидий, натрий. Также туда входят калий, фраций, цезий, калий. Эти элементы получили такое название, поскольку при растворении в воде они формируют щелочи. При этом образуются растворимые гидроксиды.
Для щелочных металлов характерна электронная конфигурация внешнего энергетического уровня ns1. Это означает, что на наружной оболочке присутствует один валентный электрон. Отдавая его, вещества проявляют восстановительные характеристики.
Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»
В основную подгруппу второй группы входят щелочноземельные металлы. К ним относятся магний, радий, барий. Также в эту группу входят стронций, бериллий, кальций. Эти вещества отличаются серым окрасом. При комнатной температуре они имеют твердую консистенцию.
На внешнем энергетическом уровне эта разновидность металлов отличается электронной конфигурацией ns2.
Вещества, которые входят в побочные подгруппы, считаются переходными металлами. В атомах этих элементов присутствуют валентные электроны, которые располагаются на d-орбиталях и f-орбиталях.
Для переходного подтипа характерны переменные уровни окисления. В низших степенях они проявляют основные характеристики, в промежуточных – амфотерные, а в высших – кислотные.
В верхнем правом углу периодической системы Менделеева находятся неметаллы. На внешнем энергетическом уровне атомы этих элементов содержат много электронов. Потому им выгоднее принимать дополнительные электроны, нежели отдавать свои собственные.
Во втором периоде находятся вещества от бора до неона, в третьем – от кремния до аргона. Четвертый период включает элементы от мышьяка до криптона. К пятому периоду относятся йод, ксенон и теллур, к шестому – радон и астат. Гелий и водород тоже считаются неметаллами.
Важным отличием рассматриваемых веществ считается строение их атомов. При этом стоит учитывать количество электронов на внешнем энергетическом уровне. У атомов металлов оно составляет от 1 до 3. Обычно для них характерен больший радиус. Атомы металлов беспрепятственно отдают наружные электроны, поскольку отличаются выраженными восстановительными характеристиками.
Неметаллы отличаются большим числом электронов на внешнем уровне. С этим связана их окислительная активность. Неметаллы притягивают электроны, которых им не хватает. Как следствие, энергетический уровень полностью заполняется. Наиболее выраженные окислительные свойства характерны для неметаллов второго и третьего периода шестой и седьмой групп.
Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»
Для полного энергетического уровня характерно 8 электронов. Наибольшей окислительной способностью отличаются галогены, которые имеют валентность I. Лидирующие позиции среди них занимает фтор, поскольку это вещество лишено свободных орбиталей.
Рассматриваемые вещества отличаются по структуре. На физические свойства элементов влияет порядок размещения элементарных частиц. Если условно соединить их воображаемыми линиями, удастся получить структуру, которая называется кристаллической решеткой. В ней могут присутствовать разные элементы – молекулы или атомы. Также в структуру входят ионы, которые представляют собой заряженные частицы.
У отдельных неметаллов образуется атомная кристаллическая решетка. Ее частицы соединяются ковалентными связями. Вещества с такой структурой бывают твердыми и нелетучими. К ним, в частности, относят кремний, графит, фосфор.
Для молекулярной кристаллической решетки характерна более слабая связь между элементарными частицами. Как правило, такие неметаллы представлены в виде газа или жидкости. Иногда это могут быть твердые легкоплавкие неметаллы.
При этом часть атомов любых металлов теряет наружные электроны. Этот процесс сопровождается их превращением в катионы, которые представляют собой положительно заряженные частицы. Они опять соединяются с электронами и формируют нейтрально заряженные элементы. Таким образом, в металлической решетке одновременно присутствуют атомы, электроны и катионы.
Отличаются и физические свойства рассматриваемых веществ. Основной характеристикой считается агрегатное состояние. Традиционно все металлы представляют собой твердые вещества. Исключением является лишь ртуть, которая является тягучей серебристой жидкостью. Ее пары считаются токсичным веществом, которое провоцирует интоксикацию организма.
Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»
Еще одной отличительной особенностью таких веществ считается металлический блеск. Это обусловлено тем, что поверхность металла отражает свет. Также для этих веществ характерна тепло- и электропроводность. Эта особенность связана с наличием в металлических решетках свободных электронов. В электрическом поле они начинают направленное движение.
Ток и тепло лучше всего проводит ртуть. При этом наименьшие показатели характерны для серебра.
Металлическая связь делает вещества ковкими и пластичными. По этим параметрам лидирующие показатели занимает золото. Из него удается раскатать пластину, толщина которой не превышает человеческий волос.
Чаще всего металлы и неметаллы обладают противоположными физическими свойствами. Так, для неметаллов характерны невысокие параметры электро- и теплопроводности. К тому же они отличаются отсутствием металлического блеска.
В обычных условиях неметаллы имеют жидкое или газообразное состояние. Твердые вещества всегда отличаются хрупкостью и легкоплавкостью. Это связано с молекулярным строением веществ. Кремний, алмаз и красный фосфор считаются нелетучими и тугоплавкими элементами, которые характеризуются немолекулярным строением.
Сравнительная таблица
Ключевые особенности веществ сведены в таблицу:
| Свойства | Металлы | Неметаллы |
| Агрегатное состояние при комнатной температуре | Твердое, кроме ртути | Твердое, жидкое, газообразное |
| Цвет | Серебристо-белый или серебристо-серый, кроме меди и золота | Разный – желтый, желто-зеленый, красно-бурый |
| Блеск | Металлический | Отсутствует |
| Ковкость | Хорошая | Отсутствует |
| Теплопроводность | Хорошая | Только углерод |
| Электропроводность | Хорошая | Только углерод и черный фосфор |
Выводы
Металлы и неметаллы имеют много отличий. Они затрагивают строение кристаллической решетки, физические характеристики и химические свойства.
Источник: otlichi.ru