Металлы и неметаллы тема по химии

Обновлено: 17.05.2024

В химии кроме терминов “атом” и “молекула” часто употребляется понятие “элемент” .

Химический элемент – это атомы одного и того же вида .

Так, например, атом водорода – это химический элемент водород; атомы кислорода и ртути – соответственно химические элементы кислорода и ртути.

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента.

В настоящее время известно 118 химических элементов, т.е. 118 видов атомов.

Простые и сложные вещества

По элементному составу различают простые вещества , состоящие из атомов одного элемента (H ₂ , O ₂ , Cl ₂ , P ₄ , Na, Cu, Au), и сложные вещества , состоящие из атомов разных элементов (H ₂ O, NH ₃ , OF ₂ , H ₂ SO ₄ , MgCl ₂ , K ₂ SO ₄ ).

Простые вещества – вещества, молекулы которых состоят из атомов одного вида (атомов одного химического элемента).

Сложные вещества (или химические соединения) – вещества, молекулы которых состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов).

Химические элементы образуют около 500 простых веществ, которые условно классифицируют на металлы и неметаллы по их основным физическим свойствам.

Различие понятий «химический элемент» и «простое вещество»

Каждое простое вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами.

Когда какое-нибудь простое вещество вступает в химическую реакцию и образует новое вещество, то оно при этом утрачивает большинство своих свойств.

Например, железо, соединяясь с серой, теряет металлический блеск, ковкость, магнитные свойства и др., следовательно, в сульфиде железа нет железа, каким мы знаем его в виде простого вещества. Но так как из сульфида железа при помощи химических реакций можно снова получить металлическое железо, то химики говорят, что в состав сульфида железа входит элемент железо, понимая под этим тот материал, из которого состоит металлическое железо.

Подобно железу, и сера находится в сульфиде железа не в виде хрупкого желтого горючего вещества серы, а в виде элемента серы.

Точно так же водород и кислород, входящие в состав воды, содержатся в воде не в виде газообразных водорода и кислорода с их характерными свойствами, а в виде элементов — водорода и кислорода.

Если же эти элементы находятся в «свободном состоянии», т. е. не связаны химически ни с каким другим элементом, то они образуют простые вещества.

Химический элемент можно определить, как вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств. При соединении друг с другом атомов одного и того же элемента образуются простые вещества, сочетание же атомов различных элементов дает или смесь простых веществ, или сложное вещество.

Различие между простым веществом и элементом становится особенно ясным, когда мы встречаемся с несколькими простыми веществами, состоящими из одного и того же элемента.

Возьмем, например, кусок фосфора. Это — белое, полупрозрачное вещество, очень ядовитое; на воздухе в темноте фосфор светится и может самовоспламеняться. Фосфор - простое вещество, он не может быть разложен на другие вещества. Однако, если нагреть фосфор без доступа воздуха, то через некоторое время его свойства изменятся: фосфор приобретает красно-фиолетовый цвет, перестает светиться в темноте, делается неядовитым и не самовоспламеняется на воздухе, причем эти новые свойства не исчезают по прекращении нагревания. Таким образом, несомненно происходит превращение одного вещества в другое, но превращение особое: взятое нами вещество не разлагается, и к нему ничего не присоединяется. Это заставляет признать оба вещества, как первоначально взятое, так и полученное после нагревания, лишь различными формами существования одного и того же элемента фосфора в свободном состоянии; первое из них называется белым, а второе — красным фосфором.

Доказательством того, что белый и красный фосфор действительно представляют собой различные формы одного и того же элемента и состоят из одинаковых атомов, служит их отношение к кислороду: при нагревании в кислороде как белый, так и красный фосфор взаимодействуют с ним, образуя одно и то же вещество — фосфорный ангидрид. Следовательно, элемент фосфор в свободном состоянии может существовать в виде различных простых веществ.

Подобно фосфору, и многие другие элементы в свободном состоянии существуют в виде нескольких различных простых веществ.

Аллотропия

Способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, называется аллотропией .

Углерод – С – алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Кислород – O – кислород (O ₂ ), озон (O ₃ ).

Сера – S – ромбическая, моноклинная, пластическая.

Фосфор – P – белый, красный, чёрный.

Например, аллотропные формы химического элемента углерода – алмаз и графит – отличаются строение их кристаллов.

Металлы и неметаллы

Наш мир наполняют различные простые вещества – металлы или неметаллы. При существовании 120 химических элементов, Вселенную наполняют более 400 простых веществ. Этот парадокс связан с понятием аллотропии – явлением образования одним химическим элементом двух и более простых веществ. Например, атом кислорода может формировать молекулярный кислород О2 и озон О3.

План урока:

Физические свойства металлов

Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.

Для металлов характерен ряд свойств:

твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
металлический блеск;
проводимость электрического тока и тепла;
пластичность.

Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
отсутствие блеска;
непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Красные ячейки – полуметаллы

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Способы получения металлов

Большую часть металлов получают из оксидов при нагревании.

Металлы, имеющие на внешнем уровне один-два электрона, получают с помощью электролиза расплавов.

Химические свойства металлов

Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.

Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.

Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N₂O₂).

2 Ca + MnO₂ → 2 CaO + Mn(нагревание)

Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.

Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.

Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)

2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂

Способы получения неметаллов

Неметаллы синтезируют из природных соединений с помощью электролиза.

2 KCl → 2 K + Cl₂

Также неметаллы получают в результате окислительно-восстановительных реакций.

SiO₂ + 2 Mg → 2 MgO + Si

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF₂.

Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.

3 F + 2 Al → 2 AlF₃ (нагревание)

S + Fe →FeS (нагревание)

Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.

2 C + MnO₂ → Mn + 2 CO

Коррозия металла

Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.

На благородных металлах не образуется коррозия.
На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.

Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.

Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.

Анод: Fe 2+ - 2e → Fe 0

Катод: 2H + + 2e → H₂

Способы защиты от коррозии

В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.

Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:

покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
краски, лаки, смазки.
Создание специальных сплавов

Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор. Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Применение металлов и неметаллов

В синтезе химических препаратов и лекарств применяются чистые металлы и неметаллы. В органической химии металлы используются в качестве катализаторов, а также при получении металлорганических соединений. Неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений.

Простые вещества – металлы и неметаллы 8 класс

Цели. В нетрадиционной форме обеспечить восприятие и осмысление понятий «простое вещество», «металлы и неметаллы»; активизировать интерес учащихся к изучаемому предмету, формировать «химический» стиль мышления при обсуждении относительности деления элементов на металлы и неметаллы.

Способствовать развитию эрудиции и познавательного интереса.

Задачи. Развить у учащихся способность легко отличать простые вещества от сложных; возбудить интерес к дальнейшей учебной деятельности, снять напряжение при ответах; включить элементы опережающего обучения как базу для более легкого последующего усвоения знаний о строении и свойствах веществ.

1. Вступительное слово учителя.

2. Подготовка и выполнение заданий группами.

3. Изучение основных свойств простых веществ – металлов и неметаллов.

4. Составление обобщающей схемы и закрепление изученного материала.

5. Домашнее задание.

6. Заключительное слово учителя. Оценка работы учащихся на уроке.

Учитель. Прежде чем мы запишем тему нашего урока, я попрошу вас отгадать загадку.

Мы с вами побываем в одной удивительной стране. Коренные жители этой страны назывались… Впрочем, догадайтесь сами по характеру жителей. Народ в этой стране был беден, но беспечен. Хотя в карманах у большинства из них не было ни одной свободной монеты (а деньги в стране назывались электронами), никто не горевал по этому поводу. Если же заводился хоть один лишний электрончик, то характер их портился, они становились агрессивными и даже опасными, поэтому скорее хотели от него избавиться, чтобы стать опять добрыми и веселыми.

Надо сказать, что «знать» этой страны отличалась от простых граждан своей скупостью. Свою «электронную валюту» они неохотно одалживали и при малейшей возможности стремились забрать еще.

• Скажите, кто были жители этой страны? (Металлы и неметаллы.)

• Объясните, почему простые жители и знать имели такие разные черты характера.

Подготовка и выполнение заданий группами

Фронтальная беседа

1) Что такое вещество? Какие вещества называются простыми?

2) Что мы знаем о металлах с точки зрения строения атома и почему они легко отдают электроны?

3) Что мы знаем о неметаллах с точки зрения строения атома и почему они легче принимают электроны, чем их отдают?

4) Опираясь на знания из курса физики, дайте характеристику металла как простого вещества.

5) Охарактеризуйте физические свойства неметаллов, сравнивая их со свойствами металлов.

Учитель. Итак, тема нашего урока, как вы уже наверняка поняли, «Простые вещества: металлы и неметаллы».

На доске вывешивается плакат (схема).

Учитель. Предлагаю вам разделиться на две группы и поработать с коллекциями. Для ответа на поставленные вопросы можно использовать схемы и таблицы из учебника, а также привлекать ваш жизненный опыт. На выполнение задания отводится пять минут. Рассмотрите физические свойства металлов и неметаллов по плану (у одной группы коллекция металлов, а у другой коллекция неметаллов).

План изучения физических свойств

1) Агрегатное состояние.

2) Температура плавления и кипения.

5) Электро- и теплопроводность.

6) Ковкость, пластичность, прочность.

7) Металлический блеск, непрозрачность.

Вопросы группам выдаются отпечатанными на карточке. Каждая группа готовит отчет о проделанной работе и выбирает выступающего.

Учитель. Говоря о свойствах металлов и неметаллов, уделите внимание применению этих веществ в соответствии с их характерами.

Изучение основных свойств простых веществ – металлов и неметаллов

Учитель (начинает объяснять новый материал, обращаясь к периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева). Ребята, вам уже известно, что металлы расположены в начале периодов, а в конце периодов расположены неметаллы. Если провести диагональ от элемента бора (В, № 5) до элемента астата (Аt, № 85), то ниже диагонали все элементы являются металлами, четыре ряда больших периодов также состоят из металлов. Над диагональю расположены неметаллы. Как видно из таблицы, металлов в природе значительно больше, чем неметаллов (из 110 химических элементов только 22 неметаллы, а остальные являются металлами).

Учитель отмечает, что у металлов много общих свойств, а для неметаллов более характерно различие в свойствах, чем общность. Обращает внимание ребят на металлический блеск кристаллического йода, подчеркивая тем самым относительность деления простых веществ на металлы и неметаллы.

В целях привития интереса к химии можно продемонстрировать характерные свойства металлов и неметаллов. Например, такие наглядные опыты:

• взаимодействие натрия с водой (предварительно добавив в воду раствор фенолфталеина);

• горение магния в кислороде;

• проверка на наличие водорода (характерный хлопок при поджигании); кислород и водород следует собрать заранее в газометре.

Составление обобщающей схемы и закрепление изученного материала

Учащимся (на каждый стол) выдается отпечатанная карточка (с таблицей) для обобщения изученного на уроке материала. Используя материал карточек, можно проводить рефлексию по изученному материалу – учащимся предлагается составить опорный конспект, ответить на вопросы.

Металлы и неметаллы

Все металлы, кроме ртути, в обычных условиях твердые вещества, характеризующиеся «металлическим» блеском, хорошей тепло- и электропроводимостью, пластичностью. Типичными металлами являются щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий) и щелочноземельные (кальций, стронций, барий, магний) металлы.

Неметаллы в обычных условиях находятся в твердом (фосфор, сера, селен, углерод и др.), жидком (бром) и газообразном (кислород, водород, азот и др.) состояниях. Твердые неметаллы отличаются хрупкостью и, как правило, обладают плохой тепло- и электропроводимостью.

Типичными неметаллами являются галогены (фтор, хлор, бром, иод), сера, селен, теллур, азот, фосфор, углерод.

Резкой границы между металлами и неметаллами не существует. Некоторые элементы одновременно совмещают свойства металлов и неметаллов, причем и те и другие свойства у них выражены недостаточно резко. Например, цинк, бериллий, алюминий, хром, олово, свинец в кислой среде проявляют свойства металлов, а в щелочной — неметаллов.

Все наиболее распространенные металлы и неметаллы как твердые, так и жидкие и газообразные, входят в ассортимент химических реактивов. Большинство металлов поступает в продажу в виде порошка, небольших слитков или кусков. Для облегчения работы с ними некоторые металлы переплавляют и выпускают в виде палочек (висмут, кадмий, олово, свинец), гранул (кадмий,, свинец, цинк), губки (олово), пыли (цинк, алюминий), листа или ленты (золото, медь), проволоки (алюминий, железо), стружки (железо) и т. п.

Некоторые металлы и неметаллы чрезвычайно легко окисляются на воздухе и поэтому их хранят в определенных условиях. Так, натрий и калий хранят под слоем керосина или другого углеводорода, а белый фосфор — под слоем воды.

Применение. Чистые металлы и неметаллы используют в неорганическом и органическом синтезе для получения химических реактивов и препаратов. Окислением некоторых металлов получают непосредственно окислы этих металлов реактивной чистоты, а растворением их в кислотах — соответствующие соли.

В органическом синтезе металлы находят применение в качестве катализаторов (алюминий, медь, никель, палладий, платина, серебро и др.), при получении металлоорганических соединений и т. д.

Белый фосфор, сера и другие неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений. Бром, хлор, иод используются в органическом синтезе для получения галогенорганических производных, а также для получения некоторых галогенсодержащих кислот и их солей.

Металлы и неметаллы играют известную роль и в аналитической химии. Большая группа металлов — алюминий, железо, цинк, магний, олово, никель — применяются в качестве восстановителей. Натрий используют для определения хлора в органических веществах, при восстановлении и гидрировании многих органических соединений, для глубокой осушки органических жидкостей, для приготовления амальгам и т. д. Бром служит окислителем при аналитических определениях марганца, никеля, хрома, висмута, железа, цианидов, роданидов, мочевины, муравьиной кислоты.

Чистые элементы, такие, как сера, свинец, алюминий, кобальт, медь, никель, олово, палладий, сурьма, цинк, характеризующиеся четкой температурой плавления, используются в термометрии для калибровки термометров и пирометров.

Металлы и неметаллы – в чем разница и как понять, когда металлические свойства усиливаются, а когда ослабевают

Металлы – это такие элементы, которые стараются отдавать свои электроны. Неметаллы – наоборот, стараются их принимать. Вам надо понять, почему это происходит, и что значат фразы типа «металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают». Сейчас я вам это объясню.

Почему металлические свойства слабеют «слева направо»

Итак. В атоме есть три частицы: протоны, нейтроны и электроны. У протонов заряд +1, у электронов -1. У нейтронов заряда нет.

Протоны и нейтроны находятся в ядре. Поэтому заряд ядра всегда плюсовой. А электроны крутятся вокруг ядра и притягиваются к нему, потому что у них заряд минусовой.

Электроны крутятся по электронным уровням – как планеты по орбитам вокруг Солнца.

Атомный номер показывает, сколько в атоме протонов. Как видите, это количество постоянно увеличивается.

Чем больше протонов, тем сильнее они «тянут» к себе электроны. Сравните:

Вывод – чем больше становится протонов, тем сильнее они удерживают электроны. Тем сложнее становится эти электроны отдавать. Поэтому слева направо, с увеличением порядкового номера (и, соответственно, числа протонов) металлические свойства слабеют, а неметаллические усиливаются.

На заметку – про радиус атома
Чем сильнее протоны притягивают электроны, тем ближе эти электроны становятся к протонам. Поэтому радиус атома уменьшается, атом как бы сжимается из-за увеличения заряда.

Почему неметаллические свойства слабеют «сверху вниз»

Идем дальше. Период в таблице показывает количество уровней (тех самых орбит), по которым летают электроны.

Чем больше период, тем больше этих орбит и тем дальше оказываются электроны от ядра. Сравните:

Кому сложнее удерживать электроны на последнем уровне? Меди, конечно, потому что эти электроны в два раза дальше от ядра, чем, например, у лития. Их проще становится отдать, чем пытаться удерживать.

Следовательно, «сверху вниз» количество уровней, по которым движутся электроны, растет, удерживать их становится сложнее, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – слабеют.

Еще про радиус
Если смотреть на таблицу «сверху вниз» радиус ядра растет, потому что уровней становится больше.

Да, заряд атома тоже растет, но все-таки расстояние перевешивает. Чем больше уровней, тем труднее становится держать электроны, даже несмотря на то, что заряд увеличивается.

Слева направо в таблице металлические свойства слабеют, неметаллические усиливаются из-за того, что ядро сильнее тянет к себе электроны.
Сверху вниз металлические свойства усиливаются, неметаллические слабеют, потому что уровней становится больше, и удерживать электроны на последних уровнях становится труднее.

Из этих двух положений следует, что в правом углу таблицы Менделеева будут сосредоточены неметаллы, а в левом – металлы.

Я нашел вам вот такую картинку, на ней показаны все неметаллы. То, что выделено курсивом – это так называемые металлоиды – вроде и не совсем металлы, и в то же время не неметаллы. Нечто среднее.

Это основа основ. Надеюсь, я объяснил понятно и вы разобрались. Если нет – перечитайте еще раз, задайте вопросы мне в комментариях. Только когда разберетесь – читайте дальше.

Свойства металлов

Эти свойства проявляются в разной мере, но все-таки присущи всем металлам:

Плавятся.
Их можно ковать.
Обладают металлическим блеском.
Проводят электрический ток. Это происходит благодаря металлической связи, которая соединяет их атомы.
Проводят тепло.
Твердые – это касается всех, кроме ртути.

На сегодняшний день металлов известно 87.

Свойства неметаллов

У них почти все наоборот:

Ковать нельзя, потому что они хрупкие.
Не обладают металлическим блеском.
Не проводят электрический ток (за редким исключением – кремний и графит могут быть проводниками).
Очень плохо проводят тепло.
Есть твердые, газообразные, жидкие.

Неметаллов на данный момент 22.

Это первая статья по химии на нашем сайте. Напишите, что не так, что нравится и не нравится. Я буду думать, как сделать материал лучше.

И еще – есть идея записывать видеоролики с объяснениями. Лично вам удобнее разбираться в чем-то, читая текст, или просматривая видео?

Читайте также: