§ 50. Простые вещества делят на металлы и неметаллы

Определения и обозначения

Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. Например, в простом веществе кислороде находятся только атомы кислорода. Это понятие описывает конкретное вещество, а не вид атомов, поэтому его важно отличать от понятия химического элемента.

Металл — простое вещество, для которого характерны блеск, электропроводность, теплопроводность и способность к деформации. Например, медь проводит ток и может быть раскатана в тонкий лист. Название «металл» помогает объединить вещества с похожим набором физических свойств.

Неметалл — простое вещество, которое не обладает совокупностью характерных металлических свойств. Такие вещества могут быть газами, жидкостями или твёрдыми телами, поэтому их свойства заметно различаются. Термин нужен, чтобы обозначить группу веществ, не относящихся к металлам.

Металлический блеск — способность поверхности отражать свет так, как это обычно делают металлы. Блеск может быть заметен и у некоторых неметаллов, например у йода. Поэтому этот признак полезен для сравнения, но сам по себе не позволяет надёжно определить тип вещества.

Как это устроено

Деление простых веществ на металлы и неметаллы упорядочивает множество веществ по их физическим свойствам. Это позволяет сравнивать вещества и заранее предполагать, как они будут вести себя, например, при пропускании электрического тока или изменении формы. Различие устанавливают не по одному признаку, а по их совокупности. Так классификация остаётся полезной, даже если у отдельного вещества есть необычное свойство.

Характерные свойства металлов связаны с их строением. В металлическом веществе часть электронов может свободно перемещаться между частицами, поэтому она переносит электрический заряд и энергию — так металл проводит ток и тепло. Связи между частицами при этом не разрушаются сразу, когда их слои немного сдвигаются. Благодаря этому металл можно ковать или вытягивать, то есть он обладает пластичностью.

Неметаллы не образуют столь однородную группу, как металлы, потому что их частицы и строение веществ различаются. Поэтому неметаллы при обычных условиях встречаются и в виде газов, и в виде твёрдых тел, а некоторые свойства у них могут быть неожиданными. Например, графит проводит электрический ток, хотя это неметалл. Следовательно, описание «неметалл» не означает, что каждое вещество этой группы ведёт себя одинаково.

Периодическая система помогает предварительно определить, к какой группе относится простое вещество. Большинство элементов-металлов расположено в левой и центральной частях таблицы, а неметаллы — в правой части; водород находится слева, но относится к неметаллам. Граница между группами не превращает положение элемента в единственный признак, однако оно помогает проверить предположение о свойствах вещества. Для окончательного вывода учитывают и само простое вещество.

Классификация по одному внешнему признаку ненадёжна, потому что исключения встречаются в обеих группах. Йод блестит, но его относят к неметаллам; графит проводит ток, но он тоже неметалл, а ртуть остаётся металлом, хотя при обычных условиях жидкая. Кроме того, нельзя автоматически переносить свойства вещества на химический элемент: металл — это простое вещество, а элемент обозначает вид атомов. Сначала уточняют, о чём идёт речь, затем сопоставляют несколько признаков.

Сравнение простых веществ — металлов и неметаллов

Сравнивайте строки таблицы в комплексе: совпадение сразу нескольких признаков даёт более надёжный вывод, чем один внешний признак. Если свойство не совпадает с общей характеристикой, проверьте, не относится ли вещество к исключениям.

Разбор задач

Задача 1. Распределите железо, серу и кислород на металлы и неметаллы. Здесь нужно определить тип каждого простого вещества, а не просто назвать свойства атомов соответствующих элементов. Используем знакомые характеристики веществ и проверим вывод по расположению элементов в периодической системе.

1. Железо — твёрдое вещество с металлическим блеском, хорошо проводит тепло и электрический ток. По совокупности признаков оно относится к металлам.
2. Сера — твёрдое хрупкое вещество, которое плохо проводит электрический ток. Её относят к неметаллам.
3. Кислород при обычных условиях — газ и не проявляет характерных металлических свойств. Он относится к неметаллам; это также согласуется с положением элемента кислорода в периодической системе.

Ответ: железо — металл, сера и кислород — неметаллы. Решение опирается на свойства каждого простого вещества и проверку по таблице. Не следует делать вывод только по тому, что одно вещество твёрдое, а другое газообразное: агрегатное состояние само по себе не определяет группу.

Задача 2. Медь проводит электрический ток и поддаётся ковке, а сера хрупкая и не проводит ток. Объясните, к каким группам простых веществ они относятся. В условии даны сразу несколько признаков, поэтому их можно сопоставить с характерными свойствами групп. Важно объяснить не только ответ, но и то, почему этих данных достаточно для вывода.

1. У меди отмечены электропроводность и способность менять форму при ковке. Это типичные свойства металлов: металл сохраняет связь между частицами при смещении слоёв и проводит ток.
2. Сера хрупкая и не проводит электрический ток. Такое сочетание согласуется с распространёнными свойствами неметаллов.
3. Сопоставляем признаки целиком, а не используем один из них вне контекста. Два указанных свойства каждого вещества дают согласованную картину.

Ответ: медь относится к металлам, сера — к неметаллам. Вывод подтверждается совокупностью физических свойств. При этом для других веществ полезно проверять дополнительные признаки: среди неметаллов есть исключения, например проводящий ток графит.

Задача 3. Йод имеет блеск, а графит проводит электрический ток. Можно ли только по этим признакам отнести их к металлам? Требуется проверить, достаточно ли одного свойства для классификации. Сравним каждое наблюдение с другими известными признаками и учитываем, что оба вещества уже могут быть примерами исключений.

1. Йод действительно может блестеть, но блеск встречается и у некоторых неметаллов. Поэтому он не доказывает, что йод — металл.
2. Графит проводит электрический ток, однако эта способность тоже не уникальна для металлов. Графит — простое вещество углерода, относящееся к неметаллам.
3. Проверяем классификацию по совокупности свойств и по положению соответствующих элементов в периодической системе. Один признак рассматриваем как подсказку, а не как окончательное доказательство.

Ответ: нет, только по блеску йода и электропроводности графита относить их к металлам нельзя. Йод и графит — неметаллы. Эти примеры показывают, почему нужно учитывать несколько признаков и знать характерные исключения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать простое вещество и химический элемент одним и тем же. Их названия часто совпадают, поэтому легко забыть, что вещество состоит из атомов элемента, а элемент обозначает вид атомов. Проверьте себя вопросом: описывается ли конкретное вещество и его свойства или речь идёт об атомах? Например, металлическими свойствами обладает простое вещество железо.

Ошибка — объявлять вещество металлом только потому, что оно блестит. Блеск заметен и у некоторых неметаллов, в частности у йода, поэтому такой вывод основан на одном недостаточном признаке. Сравните вещество по электропроводности, теплопроводности и способности деформироваться. Если признаки противоречат друг другу, проверьте сведения о веществе и его место в периодической системе.

Ошибка — полагать, что каждый металл при обычных условиях твёрдый. Так думают, потому что твёрдыми являются почти все знакомые металлы, но ртуть — жидкость. Агрегатное состояние не отменяет принадлежность к металлам. Проверяйте тип вещества по характерным свойствам в целом, а не только по тому, твёрдое оно или жидкое.

Ошибка — ожидать, что каждый неметалл тусклый и не проводит ток. Большинство неметаллов плохо проводит электричество, поэтому обобщение кажется правдоподобным, но графит проводит ток, а некоторые неметаллы блестят. Чтобы проверить себя, вспомните исключения и сравните несколько свойств. Если один признак не совпал с ожидаемым, это ещё не повод менять всю классификацию.

Связь с другими темами

Для изучения этой темы нужно понимать, чем химический элемент отличается от простого вещества, и уметь находить элементы в периодической системе. Позже деление на металлы и неметаллы поможет объяснять, почему вещества образуют разные химические связи и обладают разными свойствами. Оно пригодится при изучении строения атома и химических реакций. Знание физических свойств также помогает связывать применение металлов и неметаллов с их особенностями.

Что запомнить

• Простое вещество состоит из атомов одного химического элемента.
• Простые вещества делят на металлы и неметаллы.
• Для металлов характерны электропроводность, теплопроводность, блеск и пластичность.
• Свойства неметаллов разнообразны.
• Не всякий блестящий материал — металл.
• У классификации есть исключения: например, ртуть — жидкий металл, а графит проводит ток.