Девятый класс → Metals and Nonmetals ↓
Физические свойства неметаллов
Неметаллы – это группа элементов, которые важны для множества химических и физических процессов, происходящих во Вселенной. В отличие от металлов, неметаллы обладают более разнообразными физическими свойствами и участвуют в более широком диапазоне реакций благодаря своим уникальным характеристикам. Понимание физических свойств неметаллов необходимо для понимания их роли в природе и технологиях.
Общие характеристики
Неметаллы демонстрируют разнообразие физических свойств, которые существенно отличаются от металлов. В общем, неметаллы могут находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии при комнатной температуре, что свидетельствует об их изменчивости. Вот некоторые общие характеристики неметаллов:
1. Состояние вещества
В то время как металлы обычно находятся в твердом состоянии при комнатной температуре, неметаллы могут находиться во всех трех состояниях вещества:
- Твердые тела: Примеры включают углерод, серу и фосфор.
- Жидкость: Бром – неметаллический элемент, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре.
- Газы: Такие элементы как кислород, азот и хлор существуют в газообразном состоянии в стандартных условиях.
2. Цвет и форма
Неметаллы варьируются по цвету и внешнему виду. Например, углерод может быть найден в виде графита, который черный и блестящий, или в виде алмаза, который бесцветный и прозрачный. Сера обычно желтая, а хлор - бледно-зеленый газ.
3. Блеск
Неметаллы обычно не имеют блестящих поверхностей, как металлы. Вместо этого они часто выглядят тусклыми. Например, сера и фосфор являются тусклыми твердыми телами, и даже когда углерод в твердом виде в форме графита, он не имеет металлического блеска.
4. Плотность
Неметаллы обычно имеют меньшую плотность, чем металлы. Это очевидно, если сравнить плотности таких элементов как кислород и азот (газы) или даже твердые неметаллы, такие как сера, плотность которых значительно ниже, чем у большинства металлов.
5. Твердость и пластичность
Неметаллы в основном мягкие, за исключением алмаза. Алмаз, форма углерода, является одним из самых твердых известных веществ. В отличие от этого, серу и фосфор можно легко раздавить. Кроме того, неметаллы хрупки в твердом состоянии, то есть они легко ломаются или крошатся, а не деформируются пластически, как металлы.
Проводимость
Одно из определяющих свойств неметаллов заключается в том, что они не могут проводить тепло и электричество так же эффективно, как металлы. Неметаллы, как правило, являются плохими проводниками, но могут варьироваться по электрической проводимости.
Электропроводность
Неметаллы обычно являются плохими проводниками электричества. Это связано с тем, что у них нет свободных электронов, способных проводить электричество, в то время как у металлов имеются кластеры локализованных электронов. Вот пример этого принципа:
Повторите эксперимент!
1. Подключите угольные стержни к батарее с помощью проводов.
2. Включите светодиод в цепь.
3. Обратите внимание, что графит проводит электричество, но большинство других неметаллов этого не делают.
Тем не менее, графит (форма углерода) является аномалией среди неметаллов. У него есть слои электронов, которые свободно могут перемещаться, что позволяет ему проводить электричество.
Теплопроводность
Неметаллы также плохо проводят тепло. Это свойство делает их отличными изоляторами. Например, пластик (полимер, сделанный из неметаллических элементов) используется в изоляции жилых помещений из-за неспособности проводить тепло.
Высокая энергия ионизации и электроотрицательность
Неметаллы обычно обладают более высокой энергией ионизации, чем металлы. Это означает, что требуется больше энергии для удаления электрона из атома неметалла, чем из атома металла.
Электроотрицательность
Неметаллы имеют высокую электроотрицательность. Они притягивают электроны к себе в химической реакции. Например, в молекуле H 2 O (вода) кислород (неметалл) притягивает электроны больше, чем водород, придавая молекуле её полярный характер.
Ковалентная связь
Неметаллы часто образуют ковалентные связи, которые включают обмен электронами между атомами. Эти ковалентные связи могут быть найдены в следующих случаях:
- Молекулы: Примеры включают
O 2иN 2. - Соединения: Например, в углекислом газе (
CO2) углерод обменивается электронами с кислородом.
Визуальный пример структур Льюиса
Вот как структурированы молекулы, такие как вода и углекислый газ, с общими электронами.
у
,
H—O—H
O—C—O
,
Применение неметаллов
Неметаллы, благодаря своим разнообразным свойствам, чрезвычайно полезны в повседневной жизни, а также в промышленных процессах. Вот некоторые примеры:
Медицина и биология
Неметаллы, такие как кислород и водород, являются основополагающими для жизни. Вода, содержащая эти элементы, жизненно необходима всем известным формам жизни.
Углерод в виде органического соединения является основой биологических молекул таких как белки, нуклеиновые кислоты и углеводы.
Промышленные применения
Хлор используется для очистки воды и в производстве бытовых чистящих средств.
Азот используется в пищевой промышленности для сохранения свежести упакованных продуктов путем вытеснения кислорода.
Экологическое значение
Неметаллы также играют важную роль в окружающей среде. Циклы кислорода и углерода важны для поддержания жизни на Земле.
Сера является частью естественного цикла серы, который важен для формирования дождя и плодородия почвы.
Заключение
Понимание физических свойств неметаллов помогает нам понять их роль как в природном, так и в искусственном мирах. От воздуха, которым мы дышим, до пищи, которую мы едим, неметаллы вовлечены почти во все аспекты жизни. Они не могут проводить электричество или тепло, как металлы, но их уникальные свойства обеспечивают решения для связывания, формирования сложных молекулярных структур, и предлагают множество применений в различных областях.
Короче говоря, неметаллы представляют собой чрезвычайно разнообразную группу элементов, чьи свойства существенно способствуют как природным процессам, так и технологическим достижениям, от которых мы зависим каждый день. Их изучение необходимо для любого, кто стремится понять химию и физический мир.
Комментарии