Реферат : Металлы и неметаллы

1. Виды химических элементов

Введенное еще Я. Берцелиусом деление всех элементов на две противоположности: металлы и металлоиды (неметаллы) сохраняет свой смысл и поныне, хотя с открытием сложной внутренней структуры атома эти понятия наполнились иным содержанием. Металлические свойства элемент проявляет в том случае, когда энергетическое состояние его валентных электронов таково, что при реакциях они могут быть относительно легко оторваны от атома. Неметаллы стремятся при взаимодействиях сохранить свои электроны. В ряде случаев отнесение элемента к той или иной разновидности затруднено. В шестнадцатиклеточном варианте периодической системы Менделеева в правой меньшей части таблицы находятся неметаллы во главе с фтором, а в левом нижнем углу находится самый металлический элемент — Франции. Условно разделяющая их линия проходит от бора к астату. Из 106 открытых элементов 83 являются металлами. Каждый период начинается металлом, а завершается благородным газом. Начало периода — это начало заполнения электронами нового энергетического уровня: следовательно, как правило, у металлов в атоме небольшое число электронов на внешнем уровне: от одного до трех.

[sms]

Исключение составляют олово, свинец и германий, имеющие 4, сурьма и висмут — 5 и полоний — 6 электронов. Они расположены в больших периодах на самой границе условного деления металл — неметалл. Надо заметить, что принадлежность германия к металлам весьма сомнительна и вообще проявление элементом металлических или неметаллических качеств в ряде случаев зависит от процесса, в котором данный элемент участвует [Шретер В. и др. Химия: Справочное издание. — М.: Химия 1989, стр. 106 – 107].

Принципиальное отличие атомов металла и неметалла состоит в заполнении энергетических слоев электронами. По тому, на какой уровень попадает электрон по сравнению с атомом предыдущего, элементы делятся на несколько типов: s-, p-, d- и f-элементы [Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. — Л.: Химия, 1983]. Три из перечисленных типов (s-, d-, f-) являются металлами и содержат на внешнем уровне не более двух электронов. Остаются р-элементы, завершающие периоды. Из них только часть должна относиться к металлам. Так, члены подгруппы III А имеют на своем внешнем уровне З электрона и должны быть по своему характеру металлами. Здесь, однако, есть исключение. Алюминий относят к металлам, бор принято относить к неметаллам.

Увеличение размеров атомов у элементов одной и той же группы, но нижеследующих периодов ослабляет связь внешних электронов с ядром и, следовательно, способствует проявлению металлических качеств у веществ, относящихся к нижней части периодической системы. Так обстоит дело и в других группах, следующих за третьей. Все они начинаются типичными неметаллами, а заканчиваются металлами.

Важная особенность, позволяющая отнести элемент к категории металлов или неметаллов, — стремление образовать устойчивую внешнюю электронную конфигурацию: у металлов — путем отдачи, а у неметаллов — за счет присоединения электронов другого атома. В группе при переходе к элементам больших периодов усиливается способность к отдаче электронов, а при движении вдоль периода — противоположная тенденция. Атомные радиусы закономерно изменяются по периоду. Самый большой атом — у щелочных металлов. Затем размер атома постепенно уменьшается. Возрастание заряда ядра при неизменности числа слоев электронов приводит к тому, что эффективный положительный заряд ядра, действующий на внешние электроны, возрастает и компенсируется электроном не полностью. Тогда у атома проявляется стремление к присоединению дополнительных электронов, так как в этом случае устойчивость отрицательного иона больше, чем атома. Особенно четко проявляется это в конце периода. Влияние противоположных тенденций приводит к сходству элементов по диагонали. Так, по мере изучения свойств элементов явственней становится сходство химии лития и магния, бериллия и алюминия, бора и кремния и т. п. Такое сходство обусловлено тем, что увеличение энергии связи электронов с ядром при сдвиге вправо по периоду компенсируется ослаблением этой связи при переходе к нижерасположенному периоду.

Сопоставление по группам, выдвигая на первый план качества, общие для всей группы, несколько скрадывают индивидуальность каждого элемента. Приходится сталкиваться с трудностями отнесения членов одной и той же группы и даже подгруппы одних к металлам, а других к неметаллам, так как объединяет-то элементы в одну группу в большинстве случаев только высшая степень окисления, проявляющаяся при образовании ими соединений. Например, в подгруппу VA включаются газ (азот), твердые неметаллы (фосфор и мышьяк) и металлы (сурьма и висмут). Причем свойства соединений, куда они входят в степени окисления +5, существенно различаются. Большинство из 106 ныне известных элементов содержит в себе противоположные в химическом отношении свойства металла и неметалла. В зависимости от условий взаимодействия одни качества усиливаются, а другие ослабляются [Оленин С. С., Фадеев Г. Н. Неорганическая химия: Учебное пособие для студентов ВУЗов. — М.: Высшая школа, 1990, стр. 171 – 174].

Существует также геохимическая классификация элементов. Она проводится по признакам геохимического сродства, т. е. по способности элементов концентрироваться в определенной системе.

1. Литофильные элементы (“литос” — камень) — концентрируются в горных породах, характерно сродство кислороду и галогенам: C, Si, Ti, P, Zr, W, V, Mn, Cr, Al, О, галогены, щелочные и щелочно-земельные металлы.

2. Тиофильные элементы (“тио” — сера) — концентрируются в литосфере, близки к сере: Cu, Zn, Cd, Hg, Pb, Ag, Au, Sb, Se, Te, S, Sn.

3. Сидерофильные элементы (“сидеро” — железо): Fe, Co, Ni, Mo, платиноиды.

4. Атмофильные элементы — в наибольшем количестве присутствуют в атмосфере, часто находятся в элементарном составе: N, H, инертные газы.

2. Задача

Вычислить содержание серы и кальция в почве объемом 1,5 м3 при плотности 1,5 т/м3 (кларки S в почве — 0,085 %, Ca — 1,37 %).

Решение:

1. Определим массу почвы, в которой требуется вычислить содержание серы и кальция:

m = V * ,

где m – масса почвы (т), V – объем почвы (м3), – плотность почвы (т/м3).

m =1,5 * 1,5 = 2,25 (т)

2. Вычислим содержание серы в почве:

m (S) = (S) * m /100 %,

где (S) – кларк серы в почве.

m (S) = 0,085 * 2,25 / 100 = 0,0019 (т) или 1,9 кг

3. Вычислим содержание кальция в почве:

m (Са) = (Са) * m /100%,

где (Са) – кларк кальция в почве.

m (Са) = 1,37 * 2,25 / 100 = 0,0308 (т) или 30,8 кг

Ответ: содержание серы и кальция в почве равны соответственно 1,9 кг и 30,8 кг.

Библиографический список

Глинка Н. Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. — Л.: Химия, 1983.

Оленин С. С., Фадеев Г. Н. Неорганическая химия: Учебное пособие для студентов ВУЗов. — М.: Высшая школа. 1990.

Шретер В. и др. Химия: Справочное издание. — М.: Химия 1989.

[/sms]