§ 23. Металлы и неметаллы различаются по свойствам

Определения и обозначения

Металл как химический элемент — это вид атомов, которому в химии относят, например, медь, железо или алюминий. Металл как простое вещество состоит только из атомов одного металлического элемента: медь как вещество образована атомами элемента меди. Такое различие нужно, чтобы не путать характеристику атомов с тем, что можно наблюдать у образца вещества.

Неметалл как химический элемент — это вид атомов, например сера, кислород или углерод. Неметалл как простое вещество образован атомами одного неметаллического элемента: сера состоит из атомов серы, а графит — из атомов углерода. Разделение этих значений помогает правильно описывать свойства вещества и поведение элемента в реакциях.

Металлический блеск — это способность поверхности отражать свет так, что она выглядит блестящей. У металлов такой блеск обычно хорошо заметен после очистки или полировки поверхности. Признак полезен для сравнения веществ, но сам по себе ещё не доказывает, что перед нами металл.

Ковкость — способность вещества изменять форму при деформации без разрушения. Кусок ковкого металла можно раскатать в лист или сплющить, не расколов его на части. Это частный пример пластичности и объясняет, почему металлы используют для изготовления фольги, листов и деталей.

Как это устроено

Металлы и неметаллы сравнивают по совокупности физических свойств: блеску, способности проводить электрический ток и тепло, а также способности изменять форму. У металлов обычно наблюдаются блеск, высокая проводимость и пластичность. Неметаллы чаще лишены металлического блеска, плохо проводят ток и среди твёрдых веществ нередко бывают хрупкими, но это только общие закономерности.

Электропроводность металлов связана с их строением. В металлическом веществе частицы расположены упорядоченно, а некоторые электроны могут перемещаться по всему кристаллу, а не принадлежать только одному атому. Под действием электрического поля эти электроны движутся направленно, поэтому металл проводит ток.

Теплопроводность тоже объясняется подвижностью электронов и особенностями металлической структуры. Получив энергию в одном месте, электроны быстро передают её другим частицам кристалла. Поэтому тепло по металлическому предмету обычно распространяется быстрее, чем по большинству неметаллических веществ.

Металлы часто пластичны, потому что слои частиц в их кристаллической структуре могут смещаться, не разрушая всё вещество сразу. Поэтому металлическую заготовку можно гнуть, ковать или раскатывать. У многих твёрдых неметаллов связи и строение не позволяют слоям легко смещаться, поэтому при ударе они раскалываются и кажутся хрупкими.

Общие признаки нельзя превращать в строгие правила без исключений. Ртуть — жидкий металл при комнатной температуре, а графит — неметалл, хорошо проводящий электрический ток. Кроме того, физические свойства относятся к простому веществу, тогда как химические свойства описывают превращения элемента; по одному блеску или цвету нельзя устанавливать состав образца.

Сравнение характерных свойств металлов и неметаллов

Таблицу используют для первичного сравнения простых веществ по нескольким признакам. Если один признак не совпадает с общим правилом, проверяют остальные свойства и учитывают известные исключения. Точное распознавание вещества требует дополнительных данных, потому что похожие признаки могут встречаться у разных веществ.

Разбор задач

Задача 1

Даны медь и сера. Нужно определить, какое вещество является металлом, а какое — неметаллом, и назвать по одному характерному физическому свойству каждого. Нельзя делать вывод только по цвету образцов, поэтому сравним известные свойства веществ.

1. Медь относят к простым веществам металлов: она хорошо проводит электрический ток.
2. Сера относится к простым веществам неметаллов: она обычно плохо проводит электрический ток и является хрупким твёрдым веществом.
3. Сопоставляем результаты с характерными признаками металлов и неметаллов.

Ответ: медь — металл, её свойство — хорошая электропроводность; сера — неметалл, для неё характерны хрупкость и плохая электропроводность.

Задача 2

Графит проводит электрический ток. Требуется выяснить, можно ли поэтому считать его металлом. Здесь проверяется не только знание признака, но и умение учитывать исключения.

1. Проводимость действительно характерна для металлов, но слово «обычно» означает наличие исключений.
2. Графит является простым веществом неметалла углерода.
3. Следовательно, одной электропроводности недостаточно: нужно рассмотреть происхождение вещества и другие свойства.

Ответ: графит нельзя считать металлом только из-за проводимости; это неметалл и известное исключение.

Задача 3

Неизвестное твёрдое простое вещество блестит, хорошо проводит тепло и электрический ток и раскатывается в лист. Нужно сделать общий вывод, но не называть вещество без достаточных оснований.

1. Блеск, проводимость и способность раскатываться совпадают с характерными свойствами металлов.
2. По совокупности признаков вещество можно предварительно отнести к металлам.
3. Однако эти данные не сообщают цвет, плотность, температуру плавления и химические свойства, поэтому точное вещество установить нельзя.

Ответ: образец обладает типичными физическими свойствами металла, но его название по этим данным определить невозможно.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все металлы твёрдые. Так думают, потому что большинство знакомых металлов — твёрдые материалы. Проверка: вспомнить ртуть, которая при комнатной температуре является жидким металлом.

Ошибка: утверждать, что любой неметалл не проводит ток. Такое заключение не учитывает строение отдельных веществ. Проверка: знать исключение — графит, простое вещество углерода, проводит электричество.

Ошибка: приравнивать металлический блеск к принадлежности к металлам. Блестящая поверхность может быть у неметалла или появиться после обработки, поэтому одного внешнего признака мало. Проверка: дополнительно выяснить электропроводность, теплопроводность и пластичность.

Ошибка: путать свойства простого вещества со свойствами химического элемента. Образец меди проводит ток как вещество, но это не означает, что отдельный атом меди сам является проводником. Проверка: спросить себя, говорится ли о наблюдаемом веществе или о поведении элемента в химической реакции.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно различать химический элемент и простое вещество, а также знать, что физическое свойство можно наблюдать или измерять без превращения вещества в другое. Это помогает точно описывать результаты сравнения.

Свойства металлов и неметаллов связаны со строением атомов и химической связью. Позже эти знания помогут объяснить положение элементов в периодической таблице и особенности строения веществ.

Сравнение свойств пригодится при изучении химических реакций металлов и неметаллов. По нему легче предсказывать поведение веществ и понимать их роль в природе и технике.

Что запомнить

• Металлы и неметаллы различают по совокупности характерных свойств.
• Для металлов обычно характерны металлический блеск, высокая электропроводность и теплопроводность.
• Многие металлы пластичны и могут изменять форму без разрушения.
• Многие твёрдые неметаллы хрупки и плохо проводят электрический ток.
• У общих закономерностей есть исключения: например, ртуть жидкая, а графит проводит ток.
• Одно внешнее свойство не всегда позволяет надёжно определить, металл перед нами или неметалл.