1. Метали і неметали
Метали мають немолекулярну будову і подібні фізичні властивості. Усі метали (крім ртуті) за нормальних умов є твердими речовинами. Їх легко впізнати за характерним металічним блиском. Метали добре проводять тепло і електричний струм .
При ударі метали не руйнуються, а змінюють свою форму, тобто їм характерна пластичність. Метали можна кувати, прокатувати у бляхи, витягувати у дріт.
Неметали не мають загальних фізичних властивостей і не схожі на метали. У них немає металічного блиску (винятком є йод). У більшості неметалів низькі електропровідність і теплопровідність.
Більшість неметалів мають молекулярну будову . Такі речовини за нормальни умов є газами (водень, кисень, азот, озон, фтор, хлор, інертні гази), рідинами (бром) або крихкими легкоплавкими твердими речовинами (сірка, йод, білий фосфор).
Деякі неметали мають немолекулярну будову , наприклад, червоний фосфор, силіцій, алмаз і графіт. Такі речовини є твердими, тугоплавкими, нелеткими.
Визначити, чи є проста речовина металом або неметалом, можна за допомогою періодичної таблиці. Хімічні металічні елементи, які утворюють прості речовини з металічними властивостями, розташовуються у періодичній таблиці зліва нижче діагоналі « Гідроген — Бор — Силіцій — Арсен — Телур — Астат ». Вгорі праворуч розташовуються неметалічні хімічні елементи, які утворюють прості речовини з неметалічними властивостями.
Металічних елементів більше, ніж неметалічних елементів. Отже, і простих речовин металів існує більше, ніж з неметалів.
§ 14. Прості речовини. Метали і неметали металічні і неметалічні елементи
ЯКІ РЕЧОВИНИ НАЛЕЖАТЬ ДО ПРОСТИХ? Особливістю будь-якої науки є те, що досліджувані об’єкти підлягають класифікації*. Хімічна наука не є винятком, адже речовини без належної класифікації вивчати неможливо.
* Класифікація — поділ будь-чого за певними ознаками.
За своїм складом речовини поділяють на прості й складні.
• Прості речовини — це речовини, утворені атомами одного хімічного елемента.
У наведеному переліку формул: Fe, О2, Н2О, NaHCO3, NaCl, H2SO4, Ν2, Al2O3, Al, O3 знайдемо формули простих речовин. Користуючись зазначеним вище визначенням простих речовин, робимо висновок, що це будуть формули: Fe, О2, N2, Аl, О3. Інші формули утворені із символів різних хімічних елементів. Як вам відомо з природознавства, це — складні речовини.
Атоми одного хімічного елемента можуть утворювати кілька простих речовин. Наприклад, з атомів Оксигену складаються молекули кисню О2 та озону О3. Їх хімічні формули різняться кількістю атомів Оксигену. Саме це відображено на малюнку 55.
Мал. 55. Моделі молекул кисню (а) та озону (б)
З атомів Карбону утворені найтвердіша природна речовина алмаз і графіт, що залишає написи на папері. Хімічні формули обох цих речовин записують однаково — С. Відмінності у властивостях алмазу й графіту зумовлені не різним кількісним чи якісним складом, а різним просторовим розміщення атомів Карбону в речовині один відносно одного (мал. 56). У графіту вони розміщені шарами, причому відстані між атомами в межах одного шару значно менші, ніж між сусідніми шарами (мал. 56, г.) Тому достатньо злегка натиснути на олівець і цілісність між шарами порушується. В алмазі атоми Карбону розміщені таким чином, що перебувають на однаковій відстані один від одного, а зв’язки між ними спрямовані до вершин тетраедра (мал. 56. б). Це зумовлює високу твердість речовини.
Мал. 56. Алмаз (а) та графіт (в) і моделі їх структури (б, г)
Беручи до уваги наведені приклади, поміркуйте, чого більше — хімічних елементів чи простих речовин.
За сучасною українською хімічною номенклатурою назви деяких простих речовин не збігаються з назвами хімічних елементів, з яких вони утворилися. У таблиці наведено приклади таких речовин. Ознайомтеся з ними.
Знайдіть у таблиці й випишіть у зошит назви й формули простих речовин, що мають двохатомні молекули.
Формули та назви простих речовин
Проста речовина
Назва хімічного елемента
Проста речовина
Назва хімічного елемента
Зверніть увагу! Назви простих речовин пишуть з малої букви, назви хімічних елементів — з великої.
МЕТАЛИ І НЕМЕТАЛИ. Прості речовини поділяють на метали і неметали. До металів належать цинк Ζn, калій К, кальцій Са, магній Mg, олово Sn, свинець Рb, мідь Сu, залізо Fe, алюміній Аl, срібло Ag, золото Au та інші (мал. 57).
Мал. 57. Зразки металів: а — цинк, б — алюміній, в — залізо, г — мідь
Прикладами неметалів є водень Н2, кисень О2, озон О3, азот N2, гелій Не, неон Nе, аргон Аr, вуглець С (таку спільну назву застосовують до всіх простих речовин Карбону), сірка S, фосфор Р, хлор Сl2, йод I2 та інші (мал. 58).
Мал. 58. Зразки неметалів: а — йод, б — сірка, в — фосфор, г — хлор
Серед хімічних елементів переважають металічні. З відомих на сьогодні хімічних елементів неметалічними є лише 22.
У параграфах 6 і 7 було розглянуто основні фізичні властивості речовин. Орієнтуючись на це, складемо характеристики простих речовин металів і неметалів.
Спільними властивостями всіх металів є висока теплопровідність й електропровідність; сірий, сріблясто-сірий колір (приклади винятків: золото — жовте, мідь — цегляно-червона); відсутність запаху; пластичність — їх легко кувати, витягувати в дріт, прокатувати в листи. Усі метали за кімнатної температури перебувають у твердому агрегатному стані, окрім ртуті (рідина).
Перелічені властивості металів не характерні для неметалів. Тому про них можна сказати, що це прості речовини, які не мають металічних властивостей. Так, неметали не проводять чи погано проводять тепло й електричний струм, є крихкими, а не пластичними. Водень, кисень, азот, фтор, хлор, гелій, аргон та інші за кімнатної температури перебувають у газоподібному агрегатному стані. Фосфор, вуглець, сірка, йод є твердими речовинами, бром — рідина. У неметалів спостерігається більше відмінностей за кольором, ніж у металів. Так, кисень та водень безбарвні, сірка — жовта, хлор — жовто-зелений, бром — темно-бурий.
Слід наголосити, що поділ простих речовин лише за фізичними властивостями на метали і неметали є неточним. Наприклад, неметал йод має металічний блиск, а неметалу графіту властива висока електропровідність. У наступних класах ви розширите знання про поділ простих речовин на метали і неметали на основі відмінностей будови їхніх атомів та хімічних властивостей.
РОЗМІЩЕННЯ МЕТАЛІЧНИХ І НЕМЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. Хімічні елементи, з атомів яких утворені прості речовини — метали, називають металічними, а хімічні елементи, з атомів яких утворені прості речовини — неметали, — неметалічними.
У параграфі 12 ви вперше ознайомилися з періодичною системою хімічних елементів. Відтепер вам відомо, що хімічні елементи розміщено за збільшенням заряду ядер атомів і що за кожним елементом незмінно закріплена одна клітинка. А чи існує якась закономірність у розміщенні металічних та неметалічних елементів у періодичній системі? Щоб одержати відповідь на це запитання, попрацюємо з таблицею. Оберемо для розгляду 1-й, 2-й і 3-й періоди. У першому періоді металічних елементів немає. Другий період розпочинається металічним елементом Літієм Li. Наступний елемент Берилій Be теж належить до металічних. Решта елементів цього періоду є неметалічними.
Третій період також розпочинається металічним елементом Натрієм Na, після якого розміщені ще два металічних елементи — Магній Mg та Алюміній Аl. Далі, як і в другому періоді, розміщені неметалічні елементи.
Прочитайте вголос назви елементів 1-го, 2-го і 3-го періодів.
Дещо по-іншому розміщені металічні й неметалічні елементи у вертикальних стовпчиках таблиці — групах, що пронумеровані римськими цифрами від І до VIII. Так, усі клітинки І і II груп (окрім першої у І групі) заповнені металічними елементами. На початку решти груп розміщені неметалічні елементи, а в кінці — металічні.
Знайдіть з учителем і прочитайте вголос назви неметалічних елементів, якими розпочинаються III—VIII групи.
Розглянуті приклади ілюструють загальне правило розміщення металічних і неметалічних елементів у періодах і групах періодичної системи:
• Металічні елементи розміщені у періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва на початку періодів і в кінці груп, а неметалічні — у кінці періодів і на початку груп.
ПОШИРЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ У ПРИРОДІ. У природі у складі різних речовин трапляються 92 хімічних елементи. Поширені вони в літосфері, гідросфері та верхніх шарах атмосфери нерівномірно. Є елементи-лідери, а є такі, вміст яких дуже малий.
Мал. 59. Поширення хімічних елементів у земній корі (за масою)
Пригадайте з географії, які оболонки Землі називають літосферою, атмосферою, гідросферою.
За малюнком 59 з’ясуйте, які три металічних і три неметалічних елементи найпоширеніші на Землі. Металічні чи неметалічні хімічні елементи переважають у складі речовин на планеті Земля?
Скарбничка ерудита
Серед простих речовин є свої «чемпіони» з тих чи інших фізичних властивостей. Так, алмаз має найвищу твердість, метал вольфрам — найбільш тугоплавкий. Найлегшим металом є літій, а найлегшим неметалом — водень. Серед металів найвищу теплопровідність мають срібло, мідь, алюміній. Низька теплопровідність у вісмуту й ртуті. Існують м’які метали, які можна різати ножем, наприклад, натрій, калій, кальцій, а найбільшу твердість серед металів має хром — ним можна різати скло. Висока пластичність у золота. Це дає змогу виготовляти з нього плівку всього лише 0,003 мм завтовшки.
1. Які речовини називають простими? Наведіть приклади.
2. На які групи поділяють прості речовини? Представників якої групи існує більше?
3. Назвіть спільні фізичні властивості металів.
4. Що вам відомо про розташування металічних і неметалічних елементів у періодичній системі?
5. Яким металічним елементом розпочинається 4-й період?
6. Яким неметалічним елементом розпочинається V група?
7. Назвіть по три найпоширеніші на Землі неметалічні і металічні хімічні елементи.
8. З переліку хімічних елементів виберіть неметалічні та розмістіть їх у порядку збільшення відносної атомної маси: Магній, Оксиген, Гідроген, Ферум, Нітроген, Хлор.
9. Користуючись періодичною системою хімічних елементів, назвіть хімічний елемент, який розміщений у 3-му періоді й VIII групі. До металічних чи неметалічних елементів він належить? Скільки протонів та електронів у складі його атома?
10. Заповніть пропуски в наведених реченнях словами «металічним», «неметалічним» та назвами відповідних елементів:
Другий період періодичної системи розпочинається ____ елементом ____, а закінчується ____ елементом ____.
Шоста група періодичної системи розпочинається ____ елементом ____, а закінчується ____ елементом ____.
11*. Укажіть якомога більше ознак, за якими укладено переліки простих речовин:
Виконайте і презентуйте навчальний проект на тему «Хімічні елементи в складі різних небесних тіл», наприклад, планет, Сонця, Місяця, метеоритів