Одна из основных характеристик химических элементов — их металличность или неметалличность. Металлы имеют способность образовывать ионы положительного заряда, обладают свойствами проводить ток и тепло, имеют металлический блеск и характерную гладкую поверхность. Неметаллы же не образуют ионов положительного заряда, плохо проводят ток и тепло, обладают хрупкостью и часто имеют матовую поверхность.
В главных подгруппах периодической системы химических элементов располагаются элементы различной металличности. Первые элементы каждой главной подгруппы являются самыми металлическими, а последние элементы — самыми неметаллическими в данной подгруппе. Почему так происходит?
Это связано с изменением электронной конфигурации элементов в главных подгруппах. Первый элемент каждой главной подгруппы имеет внешний электрон в s-подуровне, а последний элемент — в ns-подуровне. При движении вправо по главной подгруппе количество s-электронов не меняется, а число ns-электронов увеличивается. Поэтому последний элемент главной подгруппы уже не имеет смещение электронов внутрь и своей электронной структурой напоминает элементы следующих подгрупп.
Увеличение металличности и уменьшение неметалличности в главных подгруппах
В главных подгруппах металличность увеличивается, а неметалличность уменьшается. Это обусловлено различием в строении атомов и их электронной конфигурации.
Металличность характеризуется способностью элементов проводить электронный ток. Металлы обладают высокой электропроводностью благодаря наличию свободных электронов. Наименование «металл» происходит от греческого слова «metallon», что означает «рудник» или «пещера».
Золото и серебро — наиболее популярные металлы, широко используемые для ювелирных изделий и декоративных элементов. Железо, свинец, алюминий, медь и цинк – металлы, используемые в промышленности для производства различных материалов и изделий.
Неметалличность – это свойство элементов, которые не проявляют способности проводить электрический ток. Они обычно образуют отрицательные ионы. Наименование «неметалл» происходит от греческого слова «metallon», которое означает «не вещество».
Кислород и азот – неметаллы, важные для поддержания жизни на Земле. Оксиды этих элементов являются основной причиной кислотного дождя, который оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
Увеличение металличности и уменьшение неметалличности в главных подгруппах объясняется ионизационной энергией и электроотрицательностью элементов. По мере движения от левого края периодической системы к правому, ионизационная энергия увеличивается, что приводит к уменьшению размера атома и увеличению его электроотрицательности. Это обусловлено увеличением притяжения ядра к электронам.
В целом, в главных подгруппах металличность увеличивается, поскольку количество вышестоящих слоев электронов остается постоянным, но количество электронов в оболочках становится больше. Неметалличность, наоборот, уменьшается, так как количество электронов внутренних оболочек остается постоянным, и атомы становятся большими, что снижает их электроотрицательность.
Увеличение количества электронов в валентной оболочке
Процесс увеличения металличности и уменьшения неметалличности в главных подгруппах химических элементов связан с изменением количества электронов в их валентной оболочке.
Металлы обладают характерной структурой атома, в которой валентная оболочка содержит меньшее количество электронов, чем оболочки более внутренние. Это создает электронную структуру, которая способствует легкой передаче электронов между атомами, что является ключевым фактором их металлических свойств.
Неметаллы, напротив, имеют валентную оболочку, содержащую большее количество электронов по сравнению с металлами. Это приводит к более сильному удержанию электронов в атоме, а следовательно, к менее металлическим свойствам.
В главных подгруппах периодической системы элементов происходит увеличение количества электронов во внешней оболочке с верхнего левого угла до нижнего правого угла. Например, первая группа содержит элементы, у которых в валентной оболочке находится всего один электрон. Эти элементы ведут себя как очень активные металлы.
После этого количество электронов в валентной оболочке постепенно увеличивается, что ведет к увеличению неметалличности этих элементов. Последняя группа, или группа инертных газов, содержит элементы, у которых в валентной оболочке находятся полностью заполненные электронные орбитали, что делает их неметаллическими и неактивными.
Таким образом, увеличение количества электронов в валентной оболочке является ключевым фактором в изменении металличности и неметалличности элементов в главных подгруппах периодической системы элементов.
Усиление межатомных связей
Увеличение металличности и уменьшение неметалличности в главных подгруппах химических элементов связано с усилением межатомных связей.
Межатомные связи – это электростатические взаимодействия между атомами, которые обеспечивают устойчивость молекулы или кристаллической решетки. В случае металлических элементов, межатомные связи осуществляются за счет обмена свободными электронами, которые образуют электронное море или облако внутри кристаллической решетки. Это позволяет металлам обладать высокой проводимостью электричества и тепла.
В главных подгруппах, где находятся переходные металлы, особенностями является наличие свободных, локализованных d-электронов в их атомных оболочках. Эти электроны играют важную роль в формировании межатомных связей и определяют особенности химических свойств переходных металлов. Они могут участвовать в образовании ковалентных, ионных и металлических связей в зависимости от условий реакции.
Неметаллы, напротив, обладают сильно локализованными электронами в своих внешних атомных оболочках. Эти электроны, известные как валентностные электроны, могут образовывать ковалентные связи между атомами и создавать структуры сетчатой кристаллической решетки, характерные для неметаллов.
Усиление межатомных связей в металлах обусловлено легким движением свободных электронов внутри кристаллической решетки, что обеспечивает высокую деформируемость и пластичность металлов. В случае неметаллов, межатомные связи более жесткие и строго направленные, что делает их хрупкими и неспособными к деформации.
| Металлы | Неметаллы |
|---|---|
| Высокая электропроводность | Низкая электропроводность |
| Высокая теплопроводность | Низкая теплопроводность |
| Пластичность | Хрупкость |
Влияние электроотрицательности
Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе электроны в химической связи. Чем выше электроотрицательность элемента, тем больше у него способность притягивать электроны. Поэтому элементы с высокой электроотрицательностью обычно проявляют неметаллические свойства.
В главных подгруппах периодической таблицы, металличность увеличивается по направлению от верхнего левого угла таблицы к нижнему правому. Это связано с увеличением атомного радиуса и слабым притяжением электронов ядром. Больший радиус и слабое притяжение электронов обеспечивают хорошую проводимость электричества и тепла, что характерно для металлов.
В то же время, электроотрицательность увеличивается по направлению от нижнего левого угла таблицы к верхнему правому. Это связано с увеличением заряда ядра и уменьшением размера атома. Больший заряд ядра притягивает электроны сильнее, что делает эти элементы более неметаллическими.
Таким образом, электроотрицательность играет ключевую роль в определении металличности и неметалличности элементов в главных подгруппах периодической таблицы.
Ионизационная энергия
В главных подгруппах периодической системы элементов ионизационная энергия обычно увеличивается при движении слева направо. В первом периоде она увеличивается из-за уменьшающегося размера атомов и увеличения зарядов ядер. Во втором периоде она также возрастает, но уже не так сильно, потому что вторая электронная оболочка оказывает экранирующий эффект на первую.
В пределах одной группы ионизационная энергия обычно уменьшается сверху вниз. Это связано с увеличением размера атомов и увеличением расстояния между ядром и электронами во внешней электронной оболочке. Более удаленные электроны слабее притягиваются к ядру и их удаление требует меньшей энергии.
Таким образом, в главных подгруппах металличность увеличивается, а неметалличность уменьшается с увеличением значения ионизационной энергии.
Электропроводность вещества
Электропроводность вещества зависит от его структуры и атомной структуры. Металлы обладают свободными электронами, которые могут свободно двигаться между атомами. Это объясняется специфической структурой металлической связи, где положительные ионы располагаются в решетке, а свободные электроны заполняют пространство между ними. Благодаря наличию свободных электронов металлические элементы способны легко проводить электрический ток.
В случае неметаллов, электропроводность гораздо ниже из-за особенностей их атомной структуры. В неметаллах отсутствуют свободные электроны, которые могли бы проводить электрический ток. Вместо этого, неметаллы образуют ковалентные связи, где электроны принадлежат парам атомов и образуют сильные связи, не позволяющие им перемещаться свободно. Это объясняет низкую электропроводность неметаллов.
Таким образом, увеличение металличности в главных подгруппах связано с наличием свободных электронов и способностью проводить электрический ток, в то время как уменьшение неметалличности связано с отсутствием свободных электронов и низкой электропроводностью.