§ 24. Металлы и неметаллы есть в природе

Определения и обозначения

Самородные элементы — металлы или неметаллы, которые встречаются в природе в виде простых веществ. Например, самородными бывают золото, платина, медь и сера. Это понятие помогает отличить свободное состояние элемента от его нахождения в составе соединения.

Минерал — природное простое вещество или соединение, входящее в состав горных пород. Минералы образуют значительную часть земной коры, поэтому по их составу можно судить, какие элементы содержатся в природных богатствах. Для химии минерал важен как естественный источник веществ.

Руда — природное минеральное сырьё, из которого металл можно извлечь с практической выгодой. В руде металл находится в минералах, например в оксидах, сульфидах или солях. Термин показывает не только состав породы, но и возможность её полезной переработки.

Месторождение — скопление полезного ископаемого, пригодное для разработки. В одном месторождении могут находиться большие количества руды, угля, соли или другого сырья. Это понятие связано уже не с отдельным веществом, а с его запасами и условиями добычи.

Как это устроено

Большинство металлов химически активны, потому что их атомы сравнительно легко отдают электроны. Поэтому металл реагирует с кислородом воздуха, водой, серой или другими веществами и превращается в соединение. Так образуются природные оксиды, сульфиды, карбонаты и соли металлов.

Малоактивные металлы хуже вступают в реакции с веществами окружающей среды. Золото, платина и серебро могут долго сохраняться без превращения в соединения, поэтому встречаются самородными. Соединения таких металлов тоже существуют, но образуются реже или при особых условиях.

Неметаллы ведут себя по-разному из-за различий в их химических свойствах. Сера и углерод могут находиться как простые вещества, а кислород и азот — в свободном виде в воздухе. Одновременно многие неметаллы входят в состав соединений: хлор — в каменную соль, а кислород — в воду, оксиды и множество минералов.

Минерал, содержащий металл, становится рудой не автоматически. Учитывают, сколько металла в нём содержится, насколько легко отделить нужное вещество и сколько будет стоить переработка. Поэтому бедная порода с небольшим количеством металла может оказаться непригодной для добычи, а более богатый минерал — ценным сырьём.

Полезные ископаемые добывают из месторождений, где их скопление достаточно велико для разработки. После добычи сырьё измельчают, разделяют и подвергают химической переработке или используют почти без изменений. Способ применения выбирают по составу и свойствам веществ: из руды получают металл, из каменной соли — пищевую соль и химические продукты.

Нахождение металлов и неметаллов в природе

Сначала определите, является ли вещество простым или соединением, а затем свяжите его с химической активностью элемента. Для металлов дополнительно выясните, можно ли получить их из минерала с выгодой: тогда минерал относят к руде.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Определите, в каком виде — простого вещества или соединения — обычно встречается в природе активный металл, и объясните ответ.

1. Активный металл легко вступает в химические реакции и отдаёт электроны другим частицам.
2. В природе он соприкасается с кислородом, водой, серой и другими веществами.
3. В результате образуются оксиды, соли, сульфиды и другие соединения.

Ответ: активный металл обычно встречается в составе соединений, а не в виде простого вещества.

Задача 2

Условие. Разделите образцы на самородные вещества и минералы: самородная сера, золото, каменная соль, боксит.

1. Самородным называют элемент, существующий в природе как простое вещество.
2. Сера состоит из атомов одного элемента, а золото представляет собой простое вещество, поэтому оба образца самородные.
3. Каменная соль и боксит содержат соединения нескольких элементов, значит, их относят к минералам; боксит также является важной алюминиевой рудой.

Ответ: самородные вещества — сера и золото; минералы — каменная соль и боксит.

Задача 3

Условие. В двух образцах руды содержится разная доля металла. Какие сведения нужны, чтобы решить, какой образец выгоднее перерабатывать?

1. Сравните содержание металла: обычно более богатый образец позволяет получить больше металла из той же массы сырья.
2. Узнайте, в каком соединении находится металл и насколько легко его отделить от пустой породы.
3. Учтите стоимость добычи, перевозки, энергии, реагентов и очистки, а также количество отходов.

Ответ: одного сравнения доли металла недостаточно. Выгоднее тот образец, из которого металл можно получить нужного качества при меньших общих затратах.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что все металлы находятся только в соединениях. Так думают из-за высокой активности большинства металлов, но золото, платина и некоторые другие металлы бывают самородными. Проверьте себя: вспомните, способен ли металл долго сохраняться без реакции с окружающими веществами.

Ошибка: называть любое природное соединение металла рудой. Такое соединение может содержать слишком мало металла или требовать чрезмерно дорогой переработки. Проверьте, есть ли практическая выгода от его извлечения.

Ошибка: путать минерал и месторождение. Минерал — это природное вещество, а месторождение — достаточно крупное и пригодное для разработки скопление полезного ископаемого. Чтобы не ошибиться, спросите себя: речь идёт о составе вещества или о месте его добычи?

Ошибка: считать, что неметаллы встречаются только в соединениях. Сера, углерод, кислород и азот могут существовать как простые вещества. Проверьте состав: если частицы построены из атомов одного элемента, это простое вещество.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны различия между простыми веществами и соединениями, а также представление о химическом элементе. Эти знания позволяют определить, является ли природный образец самородным.

Тема связана с химической активностью металлов и неметаллов. Позже она поможет понять, почему металлы получают из одних соединений легче, чем из других.

Состав минералов и руд понадобится при изучении химических реакций, промышленного производства и использования природных ресурсов. По составу вещества выбирают способ его добычи и переработки.

Что запомнить

• В природе элементы встречаются как в виде простых веществ, так и в составе соединений.
• Большинство металлов из-за химической активности находится в составе соединений.
• Некоторые малоактивные металлы встречаются в самородном виде.
• Неметаллы могут находиться и в свободном состоянии, и в составе соединений.
• Минерал — природное вещество, а месторождение — скопление полезного ископаемого.
• Рудой называют сырьё, из которого металл можно извлечь с практической выгодой.