Андрей Смирнов
Время чтения: ~20 мин.
Просмотров: 7

Что такое металлы

Водородные соединения неметаллов

Группы IV V VI VII
Общие формулы водородных соед-й ЭН4 ЭН3 ЭН2 ЭН
2 период CH4метан NH3аммиак H2Oвода HF фторо-водород
3 период SiH4силан PH3фосфин H2S серо-водород HCl хлоро-водород
4 период   AsH3арсин H2Se селено-водород HBr бромо-водород
5 период     H2Te теллуро-водород HI йодо-водород

Все водородные соединения неметаллов образованы ковалентными связями, имеют молекулярное строение и являются газами при н.у. (за исключением воды).

Кислотные свойства водородных соединений, образованных неметаллами, в одном периоде увеличиваются с возрастанием группы неметалла (HCl более сильная кислота, чем PH3). Это обстоятельство объясняется увеличением полярности связи неметалл-водород.

Если брать кислотно-основные свойства в группах, то, кислотные свойства будут увеличиваться с увеличением периода — HF является самой слабой кислотой в VII группе, а HI — самой сильной. Это обстоятельство объясняется снижением прочности связи неметалл-водород по причине ее удлинения.

В заключение осталось сказать как ведут себя водородные соединения неметаллов в реакциях с водой:

  • Метан и силан плохо растворяются в воде;
  • Аммиак и фосфин, взаимодействуя с водой, образуют гидроксид аммония и гидроксид фосфония, являющиеся слабыми основаниями;
  • Сероводород, селеноводород, теллуроводород и все галогеноводороды (от фтороводорода до йодоводорода) — образуют кислоты той же формулы, что и сами водородные соединения.

И последнее — водородные соединения неметаллов в окислительно-восстановительных реакциях всегда являются восстановителями, поскольку здесь неметаллы имеют низшую степень окисления.

См. далее: Физические свойства неметаллов.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы существуют в различных агрегатных состояниях. Так, бор, углерод, фосфор – твердые соединения, бром – жидкость, азот, водород, кислород – газы. Все они не проводят электрический ток, менее прочные, чем металлы, имеют низкую теплопроводность. Вид кристаллической решетки также влияет на физические свойства неметаллов. Например, соединения с молекулярной решеткой (йод, сера, фосфор) имеют низкую температуру кипения и плавления, а также летучи. Атомное кристаллическое строение присуще кремнию, алмазу. Эти вещества очень прочные, их температуры плавления и кипения высокие.

Периодический закон: история открытия

К середине 19 века ученые открыли 63 химических элемента. Многие светлые умы предпринимали попытки найти какую-либо закономерность между ними, но успехов до этого времени не достиг никто. В 1829 году Дёберейнер открыл и опубликовал так называемый «закон триад». Его суть – атомный вес многих элементов близок к среднему значению 2 других элементов, которые близки к нему по свойствам. Опираясь на этот закон первую попытку расположить элементы в порядке возрастания их атомного веса предпринял А. Э. Шанкуртуа. Произошло это в 1862 году. Но модели расположения, которые он представил, не заинтересовали научную общественность.

Следующую попытку предпринял Д. А. Ньюланденс. Его модель имела название «закон октав». Она несколько напоминала таблицу Менделеева. Но научные деятели ее также не приняли, так как сам автор пытался найти в ней мистическую музыкальную гармонию. В это же время были предприняты еще несколько попыток систематизации, но они также успехом не увенчались.

Лишь в 1869 году Д. И. Менделеев в журнале Русского химического общества опубликовал свою первую схему периодической системы. Сущность открытия заключалась в том, что с ростом атомной массы элементов их свойства меняются не хаотично и монотонно, а периодически. После некоторого числа элементов с одинаковыми свойствами, расположенными по возрастанию атомного веса, свойства вновь начинают повторятся. В 1871 году Менделеев на основе всех этих данных смог сформулировать свой Периодический закон. Научную достоверность его подтвердили в 1875-1886 годах.

Существует легенда, что свою таблицу ученый увидел во сне. А проснувшись, просто ее записал и представил как открытие. На это сам химик сказал, что:«Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». На самом деле открытие заняло у него очень много времени.

Сам Дмитрий Иванович Менделеев был не только химиком, как предполагают многие люди. Он был еще и физиком, экологом, геологом, экономистом, приборостроителем и даже педагогом. За всю свою жизнь от провел во многих областях науки. Но именно открытие одного из фундаментальных законов природы принесло ему известность не только в научных кругах, но и среди обычных людей.

Смелости мысли Менделеева можно только позавидовать. Ученый решился опубликовать свой труд, чтобы представить его общественности. Если смотреть на это с одной стороны, то первоначальная таблица содержала много пустых клеток, так как еще не были открыты элементы, известные людям сейчас. Но с другой стороны, ученый предположил, что атомный вес некоторых элементов измерили неправильно, так как в противном случае они бы не вписались в созданную систему. И здесь от оказался прав

Первоначальный вариант был более прост и отражал то, что существует в природе. То есть она никаким образом не объясняла, почему все должно быть так, как предположил ученый. И только позже, когда появилась квантовая механика и принцип запрета Паули, науке стал понятен смысл расположения элементов в представленной системе.

Элементы включая уран существуют в природе. Можно назвать их натуральными. Все последующие, начиная с 93 номера – это искусственные, которые ученые создали в лаборатории. Самый большой номер на сегодняшний день – 118.

Теоретическое определение плотности

В приведенной выше таблице плотностей химических элементов красным обозначены металлы, для которых приведена теоретическая плотность. Эти элементы являются радиоактивными, и получены они были искусственно в небольших количествах. Указанные факторы затрудняют их точное измерение плотности. Однако величину ρ можно успешно рассчитать.

Метод теоретического определения плотности достаточно прост. Для этого нужно знать массу одного атома, количество атомов в элементарной кристаллической решетке и тип этой решетки.

Для примера приведем расчет для железа. Его атом имеет массу 55,847 а.е.м. Железо при комнатных условиях имеет ОЦК решетку с параметром 2,866 ангстрема. Поскольку на один элементарный кубик ОЦК приходится два атома, то получаем:

ρ = 2 * 55,847 * 1,66 * 10-27 / (2,8663 * 10-30) = 7,876 кг/м3

Если сравнить это значение с табличным, то видно, что различаются они лишь в третьем знаке после запятой.

Что такое удельный вес

Удельным весом называют плотность, умноженную на ускорение свободного падения (силу тяжести) или отношение веса тела к его объёму. Путать его с плотностью недопустимо. Однако часто это происходит из-за смешения понятий массы и веса. Вес тела, а следовательно и удельный вес, изменяется в зависимости от силы тяжести. Он не является постоянной величиной. В зависимости от места, где находится предмет, он имеет разные значения. Эта физическая величина будет разной даже в разных точках Земли. Ускорение свободного падения на экваторе больше, чем на полюсах. Масса и плотность постоянны.

К примеру, можно вычислить удельный вес серебра. На Земле эта величина будет составлять 10500 кг/м³ (плотность чистого металла). Умножив на 9,81м/с 2 (сила тяжести), можно получить 103005 Н/м³. А на Луне 10500 кг/м³ умножается на 1,62м/с 2 (сила тяжести на Луне). Результат уже другой — 17,01Н/м³. В кабине корабля, вращающегося вокруг Земли — невесомость, ускорение равно нулю. Следовательно, и вес любого материала здесь ноль.

Все значения будут разными. Самое большое значение будет в первом случае, потому что на Земле ускорение свободного падения имеет самое большое значение. В невесомости вещь не весит ничего. Плотность одного и того же материала в любом месте будет одинаковой. Она является константой.

Для того, чтобы составить таблицы удельного веса металлов на различных планетах (или в других условиях), необходимо знать ускорение свободного падения и плотность.

Физические

Все металлы обладают физическими и механическими свойствами. К физическим свойствам относятся:

  • плотность – содержание вещества в единице объёма;
  • температура плавления – значение, при котором металл переходит из твёрдого состояния в жидкое;
  • электропроводность – способность проводить электрический ток;
  • теплопроводность – способность передавать тепло;
  • удельная теплоёмкость – количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г металла на 1°С;
  • тепловое расширение – увеличение объёма при нагревании;
  • магнитные свойства – способность намагничиваться и притягивать другие металлы (свойством обладают железо, кобальт, никель, гадолиний).

В соответствии с температурой плавления все металлы делятся на два типа:

  • легкоплавкие – приобретают жидкую форму при температуре в пределах 1000°С (цезий, галлий, ртуть);
  • тугоплавкие – плавятся при температуре выше 1000°С (вольфрам, хром, ванадий).

К механическим свойствам относятся:

  • пластичность;
  • твёрдость;
  • упругость;
  • прочность.

Механические свойства металлов важны при создании сплавов – смесей металла и неметалла. Получившийся сплав проверяют на работоспособность и подвергают испытаниям – растяжению, ударам и т.д.

Сплавы, в состав которых входит железо, называются чёрными металлами. К цветным металлам относятся сплавы остальных металлов.

Рис. 3. Чёрные и цветные металлы.

Химические свойства

Прямая реакция соединения металлов и неметаллов приводит к получению бинарных соединений класса солей: нитридов, карбидов, хлоридов.

Например:

6Na + N2 = 2 Na3N.

Неметаллические элементы способны взаимодействовать друг с другом. Главное условие протекание таких процессов: элементы должны иметь различную электроотрицательность. Например:

6Cl2 + 4P =4 PCl3.

Большинство неметаллов, за исключением йода, напрямую окисляются кислородом. При этом образуются бинарные соединения – кислотные оксиды:

C + O2 = CO2 – диоксид карбона, или углекислый газ.

Возможны реакции неметаллов с некоторыми оксидами. Так, углерод применяют в качестве элемента, восстанавливающего металлы из их оксидов:

C + CuO = Cu + CO.

Кислоты – сильные окислители (например, нитратная), способны взаимодействовать с неметаллами, окисляя их до оксидов:

C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O.

Сравнение с неметаллами

Металлы существенно отличаются от неметаллов физическими и химическими свойствами. Сравнительная характеристика металлов и неметаллов представлена в таблице.

Признак

Металлы

Неметаллы

Блеск

Есть. Самые блестящие – ртуть, серебро, палладий

Отсутствует

Агрегатные состояния

Твёрдые (исключение – ртуть)

Газ, жидкость, твёрдое вещество

Электропроводность

Являются электропроводниками. Наилучшая электропроводность у серебра, золота, меди, алюминия

Являются изоляторами (исключение – углерод, кремний)

Пластичность

Ковкие

Хрупкие

Несмотря на то, что графит – модификация углерода, он имеет металлический блеск и обладает электропроводностью. Йод также напоминает металл характерным блеском.

Рис. 2. Графит.

Кислород и его особенности

Элемент является самым распространенным на Земле. Его содержание в почве составляет более 47%, а масса газа в воздухе равна 23,15%. Общие физические свойства неметаллов, таких как азот, кислород, водород, находящихся в газообразном состоянии, определяются строением их молекул.

Все они состоят из двух атомов, связанных ковалентными неполярными связями. В атоме кислорода на последнем энергетическом уровне находятся два свободных p-электрона. Поэтому степень окисления элемента обычно равна -2, а в соединениях со фтором (например, OF2) +2. Кислород плохо растворим в воде, при температуре -183 ⁰C он превращается в легко подвижную жидкость голубого цвета, способную притягиваться магнитом. Элемент представлен двумя простыми веществами: кислородом O2 и озоном O3. Характерный запах озона можно ощутить в воздухе после грозового дождя. Вещество чрезвычайно агрессивно, разлагает органические материалы и окисляет даже пассивные металлы, такие как платина или золото. Большинство сложных веществ — оксидов, солей, оснований и кислот — содержат в составе своих молекул атомы кислорода.

Место неметаллов в системе химических элементов

Изменение свойств атомов неметаллических элементов происходит с увеличением порядкового номера. В периоде благодаря увеличению заряда ядра происходит сжатие атома и уменьшение его радиуса. Также усиливается окислительная способность, а восстановительные свойства элементов ослабевают. Физические свойства неметаллов, а также особенности их взаимодействия с другими веществами зависят от строения их внешнего энергетического уровня. От него же зависит и способность атомов притягивать в сферу своего влияния чужие электроны. Например, во втором периоде от бора до фтора электроотрицательность неметаллов увеличивается. Самым активным среди всех неметаллических элементов является фтор. В своих соединениях он сильнее всех удерживает чужие электроны, сохраняя заряд -1.

Металлы и их отличительные свойства

Все химические элементы можно довольно условно поделить на металлы и неметаллы. Что же их отличает друг от друга? Как отличить металл от неметалла?

Из 118 открытых веществ 94 относят к группе металлов. Группа представлена разнообразными подгруппами:

  • Щелочные
  • Щелочноземельные
  • Переходные металлы
  • Легкие
  • Полуметаллы
  • Лантаноиды
  • Актиноиды
  • Неопределенные — Бериллий и Магний.

Какие же признаки являются общими для всех металлов?

  1. Все металлы при комнатной температуре являют твёрдыми веществами. Это справедливо для всех элементов, кроме ртути, которая тверда до минус 39 градусов Цельсия. В комнатных условиях ртуть — это жидкость.
  2. Большинство из элементов этой группы имеют довольно высокую температуру плавления. Например, Вольфрам плавится при температуре 3410 градусов Цельсия. По этой причине его используют для изготовления нити в лампах накаливания.
  3. Все металлы пластичны. Это проявляется в том, что кристаллическая решетка металла позволяет атомам смещаться. В результате металлы могут гнуться без физической деформации, поддаются ковке. Особой пластичностью обладают медь, золото и серебро. Именно поэтому исторически они были первыми металлами, которые обрабатывал человек. Далее он научился обрабатывать железо.
  4. Все металлы очень хорошо проводят электричество, что опять же связано со строением металлической кристаллической решетки, имеющей подвижные электроны. Кроме всего прочего, эти элементы очень легко проводят тепло.
  5. Ну и, наконец, все металлы имеют характерный, ни с чем не сравнимый металлический блеск. Цвет чаще всего сероватой с голубым отливом. Au, Cu или Cs имеют желтый и красный оттенки.

Периодическая система Менделеева

Периодическая таблица химических элементов была составлена Д. И. Менделеевым во второй половине XIX века. Что такое это, и для чего она нужна? Она объединяет все химические элементы по возрастанию атомного веса, причем, все они расставлены так, что их свойства изменяются периодическим образом.

Периодическая система Менделеева в химии свела в единую систему все существующие элементы, прежде считавшиеся просто отдельными веществами.

На основании ее изучения были предсказаны, а впоследствии — синтезированы новые химические вещества. Значение этого открытия для науки невозможно переоценить, оно значительно опередило свое время и дало толчок к развитию химии на многие десятилетия.

Существует три наиболее распространенных варианта таблицы, которые условно именуются «короткая», «длинная» и «сверхдлиннаяОсновной считается длинная таблица, она утверждена официально. Отличием между ними является компоновка элементов и длина периодов.

Что такое период

Система содержит 7 периодов. Они представлены графически в виде горизонтальных строк. При этом, период может иметь одну или две строки, называемые рядами. Каждый последующий элемент отличается от предыдущего возрастанием заряда ядра (количества электронов) на единицу.

Если не усложнять, период — это горизонтальная строка периодической таблицы. Каждый из них начинается металлом и заканчивается инертным газом. Собственно, это и создает периодичность — свойства элементов изменяются внутри одного периода, вновь повторяясь в следующем. Первый, второй и третий периоды — неполные, они называются малыми и содержат соответственно 2, 8 и 8 элементов. Остальные — полные, они имеют по 18 элементов.

Что такое группа

Группа — это вертикальный столбец, содержащий элементы с одинаковым электронным строением или, говоря проще, с одинаковой высшей валентностью. Официально утвержденная длинная таблица содержит 18 групп, которые начинаются со щелочных металлов и заканчиваются инертными газами.

Каждая группа имеет свое название, облегчающее поиск или классификацию элементов. Усиливаются металлические свойства в независимости от элемента по направлению сверху-вниз. Это связано с увеличением количества атомных орбит чем их больше, тем слабее электронные связи, что делает более ярко выраженной кристаллическую решетку.

История

Последовательность расположения металлов в порядке изменения их химической активности в общих чертах была известна уже алхимикам. Процессы взаимного вытеснения металлов из растворов и их поверхностное осаждение (например, вытеснение серебра и меди из растворов их солей железом) рассматривались как проявление трансмутации элементов.

Поздние алхимики вплотную подошли к пониманию химической стороны взаимного осаждения металлов из их растворов. Так, Ангелус Сала в работе «Anatomia Vitrioli» (1613) пришёл к выводу, что продукты химических реакций состоят из тех же «компонентов», которые содержались в исходных веществах. Впоследствии Роберт Бойль предложил гипотезу о причинах, по которым один металл вытесняет другой из раствора на основе корпускулярных представлений.

В 1793 году Алессандро Вольта, конструируя гальванический элемент (Вольтов столб), установил относительную активность известных тогда металлов: Zn, Pb, Sn, Fe, Cu, Ag, Au. «Сила» гальванического элемента оказывалась тем больше, чем дальше стояли друг от друга металлы в этом ряду (ряд напряжений). Однако Вольта не связал этот ряд с химическими свойствами металлов.

В 1798 году Иоганн Вильгельм Риттер указал, что ряд Вольта эквивалентен ряду окисления металлов (то есть последовательности уменьшения их сродства с кислородом). Таким образом, Риттер высказал гипотезу о возникновении электрического тока вследствие протекания химической реакции.

В эпоху становления классической химии способность элементов вытеснять друг друга из соединений стала важным аспектом понимания реакционной способности. Й. Берцелиус на основе электрохимической теории сродства построил классификацию элементов, разделив их на «металлоиды» (сейчас применяется термин «неметаллы») и «металлы» и поставив между ними водород.

Последовательность металлов по их способности вытеснять друг друга, давно известная химикам, была в 1860-е и последующие годы особенно основательно и всесторонне изучена и дополнена Н. Н. Бекетовым. Уже в 1859 году он сделал в Париже сообщение на тему «Исследование над явлениями вытеснения одних элементов другими». В эту работу Бекетов включил целый ряд обобщений о зависимости между взаимным вытеснением элементов и их атомным весом, связывая эти процессы с «первоначальными химическими свойствами элементов — тем, что называется химическим сродством». Открытие Бекетовым вытеснения металлов из растворов их солей водородом под давлением и изучение восстановительной активности алюминия, магния и цинка при высоких температурах (металлотермия) позволило ему выдвинуть гипотезу о связи способности одних элементов вытеснять другие из соединений с их плотностью: более лёгкие простые вещества способны вытеснять более тяжёлые (поэтому данный ряд часто также называют вытеснительный ряд Бекетова, или просто ряд Бекетова).

Не отрицая значительных заслуг Бекетова в становлении современных представлений о ряде активности металлов, следует считать ошибочным бытующее в отечественной популярной и учебной литературе представление о нём как единственном создателе этого ряда. Многочисленные экспериментальные данные, полученные в конце XIX века, опровергали гипотезу Бекетова. Так, Уильям Одлинг описал множество случаев «обращения активности». Например, медь вытесняет олово из концентрированного подкисленного раствора SnCl2 и свинец — из кислого раствора PbCl2; она же способна к растворению в концентрированной соляной кислоте с выделением водорода. Медь, олово и свинец находятся в ряду правее кадмия, однако могут вытеснять его из кипящего слабо подкисленного раствора CdCl2.

Бурное развитие теоретической и экспериментальной физической химии указывало на иную причину различий химической активности металлов. С развитием современных представлений электрохимии (главным образом в работах Вальтера Нернста) стало ясно, что эта последовательность соответствует «ряду напряжений» — расположению металлов по значению стандартных электродных потенциалов. Таким образом, вместо качественной характеристики — «склонности» металла и его иона к тем или иным реакциям — Нерст ввёл точную количественную величину, характеризующую способность каждого металла переходить в раствор в виде ионов, а также восстанавливаться из ионов до металла на электроде, а соответствующий ряд получил название ряда стандартных электродных потенциалов.

Металлы в таблице Менделеева

В системе Менделеева сплавы имеют преобладающее число и список их весьма велик – они начинаются с Бора (В) и заканчиваются полонием (Po) (исключением являются германий (Ge) и сурьма (Sb)). У этой группы есть характерные признаки, они разделены на группы, но их свойства при этом неоднородны. Характерные их признаки:

  • пластичность;
  • электропроводимость;
  • блеск;
  • легкая отдача электронов;
  • ковкость;
  • теплопроводность;
  • твердость (кроме ртути).

Из-за различной химической и физической сути свойства могут существенно отличаться у двух представителей этой группы, не все они похожи на типичные природные сплавы, к примеру, ртуть – это жидкая субстанция, но относится к данной группе.

В обычном своем состоянии она жидкая и без кристаллической решетки, которая играет ключевую роль в сплавах. Только химические характеристики роднят ртуть с данной группой элементов, несмотря на условность свойств этих органических соединений. То же самое касается и цезия – самого мягкого сплава, но он не может в природе существовать в чистом виде.

Некоторые элементы такого типа могут существовать только доли секунды, а некоторые не встречаются в природе совсем – их создали в искусственных условиях лаборатории. У каждой из групп металлов в системе есть свое название и признаки, которые отличают их от других групп.

При этом отличия у них весьма существенные. В периодической системе все металлы располагаются по количеству электронов в ядре, т.е. по увеличению атомной массы. При этом для них характерно периодическое изменение характерных свойств. Из-за этого в таблице они не размещаются аккуратно, а могут стоять неправильно.

В первой группе щелочей нет веществ, которые бы встречались в чистом виде в природе – они могут пребывать только в составе различных соединений.

Как отличить металл от неметалла?

Как определить металл в соединении? Существует простой способ определения, но для этого необходимо иметь линейку и таблицу Менделеева. Для определения надо:

  1. Провести условную линию по местам соединения элементов от Бора до Полония (можно до Астата).
  2. Все материалы, которые будут слева линии и в побочных подгруппах – металл.
  3. Вещества справа – другого типа.

Однако у способа есть изъян – он не включает в группу Германий и Сурьму и работает только в длинной таблице. Метод можно использовать в качестве шпаргалки, но чтобы точно определить вещество, следует запомнить список всех неметаллов. Сколько их всего? Мало – всего 22 вещества.

В любом случае, для определения природы вещества необходимо рассматривать его в отдельности. Легко будет элементы, если знать их свойства

Важно запомнить, что все металлы:

  1. При комнатной температуре – твердые, за исключением ртути. При этом они блестят и хорошо проводят электрический ток.
  2. У них на внешнем уровне ядра меньшее количество атомов.
  3. Состоят из кристаллической решетки (кроме ртути), а все другие элементы имеют молекулярную или ионную структуру.
  4. В периодической системе все неметаллы – красного цвета, металлы – черного и зеленого.
  5. Если двигаться слева направо в периоде, то заряд ядра вещества будет увеличиваться.
  6. У некоторых веществ свойства выражены слабо, но они все равно имеют характерные признаки. Такие элементы относятся к полуметаллам, например Полоний или Сурьма, они обычно располагаются на границе двух групп.

Важно запомнить, что при перемещении в таблице сверху вниз становятся сильнее неметаллические свойства веществ, поскольку там располагаются элементы, которые имеют отдаленные внешние оболочки. Их ядро отделено от электронов и поэтому они притягиваются слабее

Неметаллы

Основное отличие от металлов заключается в строении кристаллической решетки. Если у металлов кристаллическая решетка металлическая, то у неметаллов она может быть атомной или молекулярной. Молекулярной решеткой обладают некоторые газы — кислород, хлор, сера, азот. Вещества с атомной решеткой имеют твёрдое агрегатное состояние, относительно высокую температуру плавления.

Физические свойства неметаллов довольно разнообразны, неметаллы могут быть твердыми (йод, углерод, сера, фосфор), жидкими (только бром), газообразными (фтор, хлор, азот, кислород, водород) веществами с абсолютно разнообразным цветом. Агрегатное состояние может меняться под действием температуры.

С химической точки зрения, неметаллы могут выступать в роли окислителей и восстановителей. Неметаллы могут взаимодействовать между собой и с металлами. Кислород, к примеру, со всеми веществами выступает в роли окислителя, а вот с фтором выступает в роли восстановителя.

Аллотропия

Еще одно удивительное свойство неметаллов заключается в явлении, которое назвали аллотропией — видоизменение веществ, приводящее к различным аллотропным модификациям одного и того же химического элемента. С греческого можно перевести слово «аллотропия» как «другое свойство». Так оно и есть.

Рассмотрим более подробно на примере списка некоторых простых веществ:

  • Водород — при различной температуре это вещество может быть в виде орто-водорода и пара-водорода.
  • Углерод имеет огромное множество аллотропных модификаций — алмаз, графит, графен, карбин. Строение кристаллических решеток этих веществ различается.
  • Фосфор — встречается более 11 модификаций этого вещества. Интересен тот факт, что при модификации цвет вещества также меняется. Наиболее известны белый, черный и красный фосфор. Белый фосфор наиболее реакционный — он может самовоспламеняться, светится в темноте. Необходимо помнить, что белый фосфор очень ядовит для человеческого организма. В связи с этим не рекомендуется держать в доме различные предметы с фосфором. В советские годы очень популярны были статуэтки оленей или птиц, выполненные с применением белого фосфора. Они, конечно, очень красивы, но при этом ядовиты.
  • Кислород может существовать в виде формы О2 — это стандартный кислород, которым мы дышим, и О3 — озон. Озон — это не очень устойчивая форма. В стратосфере озон формирует озоновый экран, защищающий атмосферу от проникновения вредного солнечного ультрафиолета. Озон имеет особый запах, который мы ассоциируем с запахом свежести после грозы. По этому запаху можно определить озон. Дело в том, что под действием электрический разрядов в атмосфере образуются молекулы озона.

Модификации имеют и другие вещества

Конечно, деление всех простых веществ на группы металлов и неметаллов довольно условно. Это деление облегчает понимание свойств химических веществ, создает иллюзию их разделения на обособленные вещества. Как и все в мире, это деление относительное и зависит от внешних факторов окружающей среды — давления, температуры, света и т.д.

Металлы и их плотность

Металлические материалы представляют собой твердые вещества при комнатной температуре и атмосферном давлении (исключением является лишь ртуть). Они обладают высокой пластичностью, электро- и теплопроводностью и имеют характерный блеск в отполированном состоянии поверхности. Многие свойства металлов связаны с наличием у них упорядоченной кристаллической решетки, в узлах которой сидят положительные ионные остовы, связанные друг с другом с помощью отрицательного электронного газа.

Что касается плотности металлов, то она изменяется в широких пределах. Так, наименее плотными являются щелочные легкие металлы, такие как литий, калий или натрий. Например, плотность лития составляет 534 кг/м3, что практически в два раза меньше аналогичной величины для воды. Это означает, что пластинки из лития, калия и натрия не будут тонуть в воде. С другой стороны, такие переходные металлы, как рений, осмий, иридий, платина и золото, обладают огромной плотностью, которая в 20 и более раз превышает ρ воды.

Ниже приведена таблица плотности металлов. Все значения соответствуют комнатной температуре в г/см3. Если эти значения умножить на 1 000, то мы получим ρ в кг/м3.

Почему существуют металлы с высокой плотностью и с низким ее значением? Дело в том, что значение ρ для каждого конкретного случая определяется двумя основными факторами:

Особенностью кристаллической решетки металла. Если эта решетка будет содержать атомы в максимально плотной упаковке, тогда макроскопическая его плотность будет выше. Самой плотной упаковкой обладают ГЦК и ГПУ решетки.
Физическими свойствами атома металла. Чем больше его масса и чем меньше радиус, тем выше значение ρ. Этот фактор объясняет, почему металлами с высокой плотностью являются химические элементы с большим номером в периодической таблице.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации