Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
  • Главная >
  • Блог >
  • Чем отличаются металлы от неметаллов: физические и химические свойства
17.01.2023
200
Время чтения: 8 минут

Чем отличаются металлы от неметаллов: физические и химические свойства

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

О чем идет речь? Науке известно уже 118 химических элементов, которые делят на металлы и неметаллы. Основанием для классификации служат их физические и химические свойства, обусловленные строением атомов.

Чем отличаются? Еще М. В. Ломоносов отмечал отличие металлов от неметаллов, говоря, что «металлы – тела твердые, ковкие, блестящие». Также они отличаются по ковкости, пластичности, тепло- и электропроводности. Но давайте обо всем по порядку.

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Нахождение в природе металлов и неметаллов
  • Строение металлов и неметаллов
  • Положение неметаллов и металлов в таблице Менделеева
  • Сравнение металлов и неметаллов по физическим свойствам
  • Химические свойства металлов и неметаллов

Нахождение в природе металлов и неметаллов

Металлы в природе можно найти в виде руд или в соединениях – оксидах, сульфидах, карбонатах и т. д. Выделив нужный элемент из руды и проведя очистку, получают чистое вещество, которое для придания требуемых характеристик легируют добавками или применяют иные методы металлообработки. Все это является предметом изучения отдельной науки – металлургии.

В металлургии различают два вида руд, соответствующих двум видам металлов, которые могут быть черными (на основе железа) и цветными – порядка 70 элементов. Золоту, серебру и платине отведено место в группе благородных металлов. Эти вещества в небольших концентрациях можно найти в морской воде, а также в тканях и жидкостях живых организмов.

В наборе химических элементов, из которых состоит человеческое тело, порядка 3 % приходится на металлы. Кости содержат кальций в относительно большом количестве, а натрий служит электролитом – его содержат межклеточная жидкость и цитоплазма. Мышцы и нервная система накапливают магний, печень – медь, а в составе крови постоянно присутствует железо.

Простые неметаллы существуют в природе в газообразном состоянии – соединения фтора, хлора, кислорода, азота, водорода, инертных газов; в твердом виде – йод, астат, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор. Бром при комнатной температуре является жидкостью.

Отдельные неметаллические элементы могут проявлять аллотропию. Например, газообразный кислород может существовать в двух аллотропных модификациях – в виде кислорода O2 или озона O3.

Твердый углерод может иметь форму алмаза, астраленов, графена, графита, карбина, лонсдейлита, фуллеренов, стеклоугдерода, диуглерода, углеродных наноструктур – нанопены, наноконусов, нанотрубок, нановолокон и аморфного углерода. Ученые предполагают существование и других модификаций этого элемента, в частности, чаоита и металлического углерода.

Простые неметаллические вещества в виде молекул в природе редки. Это характерно для азота, кислорода и серы. Большинство неметаллов можно найти в виде химических соединений – воды, минералов, горной породы, силикатов, фосфатов, боратов и т. д. Распространенность таких веществ в атмосфере и земной коре может быть разной. Так, процентная доля кислорода, кремния и водорода относительно велика, а мышьяк, селен или йод встречаются значительно реже.

Строение металлов и неметаллов

Чем отличаются металлы от неметаллов? Расположение элементарных частиц в таблице Менделеева определяет их физико-химические свойства. Мысленно соединив их прямыми, можно получить структуру или кристаллическую решетку, узлы которой образованы разными структурами – атомами, молекулами и ионами (заряженными частицами).

Строение металлов и неметаллов

Отдельные неметаллические элементы имеют атомную кристаллическую решетку, в которой соединение частиц происходит за счет ковалентных связей. Речь идет о твердых и нелетучих веществах типа фосфора, кремния или графита.

Связи, соединяющие элементарные частицы молекулярных кристаллических решеток менее прочны. Для таких неметаллических элементов характерно жидкое или газообразное состояние, реже такие вещества бывают твердыми и легкоплавкими.

Чем отличаются атомы металлов от атомов неметаллов? Для металлов характерна потеря частью атомов наружных электронов, превращающая их в катионы – частицы с положительным зарядом, которые, соединяясь с электронами, образуют нейтральные частицы. Кристаллическая решетка всех этих элементов одновременно содержит катионы, атомы и электроны.

Положение неметаллов и металлов в таблице Менделеева

Внешние признаки и физические характеристики элемента не всегда позволяют отнести его к одной из групп. Металлы отличаются от неметаллов свойствами, обусловленными тем, как устроены их атомы. Первое отличие – количество электронов на наружном уровне: у большей части элементов данной группы – от одного до трех. Расположение на большем радиусе позволяет металлам легко отдавать эти субатомные частицы, обуславливая восстановительные свойства.

Положение неметаллов и металлов в таблице Менделеева

Принадлежность химических элементов к группе металлов или к группе неметаллов видна по их положению в периодической таблице элементов.

Для того чтобы понять это, проводим условную линию, которая начинается с 5-го номера – бора и заканчивается 85-м номером – астатом. Справа от этой диагонали расположено большинство неметаллов, которых в таблице немного – 22. Металлы будут находиться слева, по большей части в I, II и III группах.

Атом состоит из трех видов частиц – протонов и нейтронов, образующих ядро, и электронов. Как видно из названия, нейтроны не имеют заряда. Протоны обладают положительным зарядом (+1), а электроны – отрицательным (-1).

Ядро всегда заряжено положительно, а вращающиеся вокруг электроны притягиваются к нему за счет противоположного заряда. Вращение электронов происходит по орбиталям (электронные уровни) подобно движению планет вокруг звезды. Количество протонов в ядре атома называют атомным номером.

Чем больше атомный номер, тем с большей силой ядро удерживает электроны и тяжелее их отдает. По мере увеличения порядкового номера в таблице Менделеева и количества протонов происходит ослабление металлических и усиление неметаллических свойств.

О числе уровней (или орбиталей), по которым вращаются электроны, можно судить по периоду. Чем он больше, тем дальше от ядра орбиты, по которым движутся электроны внешнего уровня.

Если смотреть на таблицу, то с каждой строкой вниз возрастает число уровней, а значит, ядро все легче отдает электроны. Это приводит к усилению металлических свойств элементов и снижению неметаллических.

По мере роста числа уровней происходит увеличение диаметра ядер и их заряда. Однако растущее расстояние до наружных энергетических уровней берет верх.

У атомов неметаллических элементов внешние уровни содержат большее число электронов, чем объясняется высокая окислительная способность. Заполнение энергетического уровня происходит за счет присоединения недостающих субатомных частиц с отрицательным зарядом. Самыми выраженными окислительными свойствами отличаются неметаллы, расположенные во втором и третьем периодах VI и VII групп.

Если энергетический уровень заполнен, в нем содержится 8 электронов. Самая выраженная окислительная способность – у галогенов, имеющих валентность, равную единице, первое место среди которых занимает фтор, не имеющий незаполненных орбит.

Сравнение металлов и неметаллов по физическим свойствам

Для начала разберем агрегатные состояния элементов этих двух групп. При комнатной температуре все металлы – твердые вещества, кроме ртути, которая представляет собой серебристую жидкость. Вдыхание ее токсичных паров приводит к тяжелому отравлению.

Сравнение металлов и неметаллов по физическим свойствам

При нормальных условиях все металлы объединяет одна особенность – характерный блеск, связанный с хорошей отражающей способностью. Также эти элементы отличаются хорошей тепло- и электропроводностью, которые обусловлены свободными электронами, при отсутствии электрического поля их движение разнонаправленно и упорядочивается под его воздействием. Хуже всех металлов тепловую энергию и ток проводит серебро, а лучшие показатели у ртути.

Благодаря металлической связи все элементы этой группы обладают ковкостью и пластичностью. Лидером здесь является золото – из него можно получить листы не толще человеческого волоса.

Как правило, металлы и неметаллы обладают противоположными характеристиками. Последним свойственны низкие тепло- и электропроводность, у них отсутствует металлический блеск. При нормальных условиях неметаллы в большинстве своем газы, жидкости или хрупкие и плавкие твердые вещества. Такие свойства обусловлены особенностями молекулярного строения. Немолекулярное строение алмаза, красного фосфора или кремния делает их нелетучими и тугоплавкими.

Приведенная ниже таблица содержит основные характерные отличия обеих групп элементов:

Свойства
Металлы
Неметаллы
Агрегатное состояние при обычных температурах
Твердое, за исключением ртути
Твердое, жидкое, газообразное
Цвет
Серебристо-белый или серебристо-серый, за исключением 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

Химические свойства металлов и неметаллов

Взаимодействие с кислородом

Разберем, как взаимодействуют с кислородом представители группы металлов и неметаллов. Простые вещества, реагируя с молекулами кислорода, обычно образуют оксиды. Результатом таких реакций для металлов обычно становится образование основных оксидов, а для неметаллов – кислотных.

Металлы
Неметаллы
Обычно образуются основные оксиды: 2Mg + O2 = 2MgO и 3Fe + 2O2 = Fe3O4
Чаще образуются кислотные оксиды: S + O2 = SO2 и 4P + 5O2 = 2P2O5

Взаимодействие с хлором

Горение веществ может происходить не только в кислородной среде. Такой процесс возможен для некоторых материалов, когда они вступают в реакцию с хлором. Результатом такого воздействия для представителей обеих групп становится образование хлоридов.

Металлы образуют с хлором соединения, которые принято называть солями.

Хлориды неметаллов не принадлежат к солям.

Металлы
Неметаллы
Образуются соли: 2К + Cl2 = 2КCl и 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Образуются вещества, не относящиеся к солям: 2P + 3Cl2 = 2PCl3 и 2P + 5Cl2 = 2PCl5

Взаимодействие с водородом

Вступая в реакцию с водородом, активные металлы образуют твердые нелетучие гидриды, а неметаллы – летучие водородные соединения.

Металлы
Неметаллы
Образуются твердые нелетучие гидриды: 2Na + H2 = 2NaH и Ca + H2 = CaH2
Образуются летучие водородные соединения: Cl2 + H2 = 2HCl и С + 2Н2 = СН4

Взаимодействие с водой

Неметаллы и вода не вступают в реакцию. Взаимодействие с H2O характерно только для тех металлов, которые находятся слева от водорода в ряду активности. Реакция самых активных элементов из этой группы (щелочных и щелочноземельных) приводит к образованию щелочи и выделению водорода. Так, натрий, взаимодействуя с водой, образует гидроксид натрия и водород. В ходе таких химических реакций выделяется большое количество тепла.

Реакция некоторых металлов с водяными парами приводит к образованию оксидов и водорода.

Металлы
Неметаллы
Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с образованием щелочи и водорода: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 и Ba + 2H2O = Ba(OH)2 + H2
Многие неметаллы не вступают в реакцию с водой
При взаимодействии ряда металлов с парами воды при высоких температурах образуются оксиды и водород: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 и Zn + H2O = ZnO + H2

Взаимодействие с кислотами

Неметаллы обычно не реагируют с кислотами. Находящиеся слева от водорода в ряду активности металлы вступают с ними в реакцию замещения за исключением концентрированной серной и азотной (в любой концентрации) кислот. Результатом такого взаимодействия становится образование солей и выделение водорода.

Металлы
Неметаллы
Реагируют металлы, находящиеся слева от водорода в ряду активности с образованием солей и выделением водорода: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 и 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2
Не вступают в реакцию

Итак, мы выяснили, что между этими двумя большими группами химических элементов существует целый ряд серьезных отличий, затрагивающих их кристаллическое строение и физико-химические характеристики.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика