# Простые вещества: металлы и неметаллы

Химия · 8 класс · Воздух. Кислород. Понятие об оксидах
Источник: https://razlozheno.ru/subject/himiya/8/prostye-veschestva-metally-i-nemetally

Простые вещества можно разложить по полочкам двумя способами: по строению (молекулы или не молекулы) и по свойствам (металлы или неметаллы). А в конце разберёмся, как один элемент умудряется давать сразу несколько разных веществ.

## Чему научишься

- Отличить простое вещество молекулярного строения от вещества немолекулярного строения и привести примеры.
- Определить по свойствам, металл перед тобой или неметалл, и не попасться на исключения (ртуть, золото, медь, бром).
- Объяснить, что такое аллотропия, и назвать аллотропные модификации кислорода и углерода.

## С чего начать

Графит и бриллиант — это разные простые вещества, образованные атомами одного и того же химического элемента. А кислород, которым мы дышим, и озон — разные вещества, хотя атомы в них тоже одинаковые. Как так выходит: атомы те же, а вещества разные?

## 1. Простые вещества: молекулы и не молекулы

*Первый способ разложить вещества по полочкам — по строению*

Начнём с вопроса: если вещество состоит из атомов одного элемента, то из чего оно «сложено»? Оказывается, есть два варианта. Либо атомы собраны в отдельные группки, которые держатся поодиночке, либо группок нет, и всё вещество — сплошная масса атомов.

Представь два способа продавать яйца. Первый — в коробках по десять штук: коробка — это готовая «упаковка», и товар считают коробками. Второй — россыпью на весах: никаких коробок, одна общая куча. Молекула — это такая «коробка» из атомов. У одних веществ коробки есть, у других нет.

**Вещества молекулярного строения**

Простые вещества, образованные молекулами (например, водород, кислород, азот, фтор, хлор, бром, иод, сера).

**Вещества немолекулярного строения**

Простые вещества, не имеющие молекулярного строения (например, образованные углеродом, железом, медью и др.).

**Как не перепутать**

Аналогия: молекулярное вещество — яйца в коробках, немолекулярное — яйца россыпью на весах. Правило самопроверки: если вещество назвали в списке молекулярных (водород, кислород, азот, фтор, хлор, бром, иод, сера), оно «в коробках», а углерод, железо и медь — «россыпью».

Запомни, как выглядят «коробки» у знакомых веществ. Кислород — молекула $O_2$, бром — $Br_2$, иод — $I_2$: в каждой по два атома. Сера записывается как $S_8$ (и $S_2$) — это тоже молекулы, только из других наборов атомов. Водород, азот, фтор и хлор — тоже двухатомные молекулы.

Есть и особый случай — благородные газы. Они образованы не связанными друг с другом атомами: каждый атом сам по себе, никаких коробок.

**Пример: К какому типу по строению отнести вещество**

1. Берём иод. Смотрим в определение: иод назван среди веществ молекулярного строения.
2. Его молекула — $I_2$, два атома иода вместе. Значит, иод — вещество молекулярного строения.
3. Берём медь. Она названа среди образованных веществ немолекулярного строения. Значит, меди «коробки» не нужны.

**Проверь себя:** Бром записывают как $Br_2$. К какому по строению типу он относится?
**Ответ:** К веществам молекулярного строения: его молекула состоит из двух атомов брома.

### Проверь себя

**Какая особенность строения характерна для благородных (инертных) газов в отличие от других газообразных простых веществ?**
- Они образованы не связанными друг с другом атомами — верно
- Они имеют немолекулярную кристаллическую решётку при обычных условиях
- Их молекулы состоят из двух атомов с металлической связью
- Их молекулы всегда состоят из трёх атомов
> Инертные газы моноатомны и не формируют устойчивых двухатомных или многоатомных молекул.

**Какие из перечисленных веществ относятся к простым веществам молекулярного строения?**
- Сера ($S_8$)
- Железо
- Иод ($I_2$) — верно
- Кислород ($O_2$)
> Кристаллы иода сформированы двухатомными молекулами.

**Сколько атомов входит в состав молекулы серы, когда она находится в газообразном состоянии?**
- Один атом ($S$)
- Восемь атомов ($S_8$)
- Четыре атома ($S_4$)
- Два атома ($S_2$) — верно
> При переходе в газообразное состояние молекулы серы распадаются до двухатомных ($S_2$).

**Из скольких атомов состоят молекулы серы в твёрдом состоянии?**
- Из восьми атомов ($S_8$) — верно
- Из шести атомов ($S_6$)
- Из двух атомов ($S_2$)
- Из неограниченного числа атомов немолекулярного строения
> В твёрдом состоянии кристаллическая сера состоит из корончатых молекул $S_8$.

**К какому типу строения относятся такие простые вещества, как углерод, железо и медь?**
- Вещества немолекулярного строения — верно
- Двухатомные соединения
- Вещества молекулярного строения
- Благородные газы
> Железо, медь и углерод не состоят из изолированных молекул и образуют непрерывную кристаллическую решётку.

## 2. Металлы и неметаллы: второй способ — по свойствам

*Что общего у скрепки и ложки и чем они отличаются от серы*

Положи ложку в горячий чай — через минуту ручка тёплая. Согни скрепку — не ломается, а гнётся. Медный провод проводит электрический ток, а потом его ещё и вытягивают в тонкую проволоку. Всё это не случайности, а общие свойства целой группы веществ — металлов.

**Металлы**

Группа простых веществ, большинство из которых при обычных условиях — твёрдые вещества серого цвета с характерным металлическим блеском, хорошо проводящие теплоту и электрический ток и обладающие пластичностью (исключение по агрегатному состоянию — жидкая ртуть; по цвету — золото и медь).

**Неметаллы**

Группа простых веществ, большинство из которых плохо или совсем не проводят теплоту и электрический ток, не обладают пластичностью (их нельзя ковать, вытянуть в проволоку) и существенно различаются по агрегатному состоянию при обычных условиях (газы, жидкость бром, твёрдые вещества).

Слово «большинство» в обоих определениях стоит не зря: правила здесь с оговорками. Металл «обычно» серый твёрдый и блестящий, но ртуть при обычных условиях жидкая, а золото и медь не серые. Неметаллы — вообще пёстрая компания: кислород — газ, бром — жидкость, сера — твёрдое вещество.

*Рисунок: Образцы самородной серы и самородной меди с подписями.*

**Как не перепутать**

Аналогия: металл — это «проводник и пластилин» в мире веществ: тепло и ток по нему бегут легко, а форму можно менять, не ломая. Неметалл — «изолятор»: тепло и ток плохо идут, ковать нельзя. Правило самопроверки: свойства металлов обычно включают хорошую тепло- и электропроводность и пластичность, но отдельное свойство не служит достаточным признаком само по себе; учитывай совокупность свойств и возможные исключения.

**Металлы и неметаллы рядом**

| Признак | Металлы | Неметаллы |
| --- | --- | --- |
| Теплопроводность и электропроводность | хорошо проводят | плохо или совсем не проводят |
| Пластичность | пластичны, можно ковать и тянуть в проволоку | не пластичны, ковать нельзя |
| Агрегатное состояние | в основном твёрдые, исключение — ртуть | газы, жидкость бром, твёрдые вещества |
| Цвет и блеск | в основном серые, металлический блеск | сильно различаются; блеск не обязателен |
| Исключения | ртуть — жидкая; золото и медь — не серые | бром — единственная жидкость среди примеров |

**Неправильно:** Все металлы — твёрдые серые вещества.
**Правильно:** Так бывает у большинства, но ртуть при обычных условиях жидкая, а золото и медь не серые.

**Неправильно:** Все неметаллы — газы.
**Правильно:** Неметаллы различаются по агрегатному состоянию: есть газы, жидкость бром и твёрдые вещества, например сера.

**Проверь себя:** Золото жёлтое, а не серое. Значит, это не металл?
**Ответ:** Металл. Цвет — исключение: золото и медь не серые, зато они проводят ток и тепло и пластичны.

### Проверь себя

**Какой из перечисленных неметаллов при обычных условиях находится в жидком агрегатном состоянии?**
- Хлор ($Cl_2$)
- Бром ($Br_2$) — верно
- Фосфор
- Иод ($I_2$)
> Бром является единственным неметаллом, существующим при обычных условиях в виде жидкости.

**Какие из перечисленных металлов являются исключением по своему цвету, отличаясь от большинства представителей этой группы?**
- Медь — верно
- Ртуть
- Железо
- Золото
> Медь имеет характерный красноватый цвет, отличающийся от типичного серого цвета других металлов.

**Какими физическими свойствами обладает большинство металлов при обычных условиях?**
- Характерный металлический блеск — верно
- Хорошая тепло- и электропроводность
- Низкая плотность и хрупкость
- Пластичность
> Металлический блеск является одним из определяющих внешних признаков металлов.

**Какие из перечисленных неметаллов при обычных условиях находятся в твёрдом агрегатном состоянии?**
- Кремний
- Фосфор — верно
- Иод ($I_2$)
- Азот
> Фосфор относится к группе твёрдых неметаллов.

**Каково агрегатное состояние и внешний вид иода при обычных условиях?**
- Бесцветный газ с резким запахом
- Тёмно-серое кристаллическое вещество с металлическим блеском — верно
- Жёлтый нерастворимый порошок без блеска
- Красно-бурая жидкость с резким запахом
> Иод формирует тёмно-серые кристаллы со специфическим металлическим блеском.

**В чём заключаются основные отличия физических свойств неметаллов от металлов?**
- Все неметаллы имеют одинаковый серый цвет
- Большинство плохо или совсем не проводят теплоту и электрический ток
- Разнообразие агрегатных состояний при обычных условиях (газы, жидкость, твёрдые) — верно
- Твёрдые неметаллы не обладают пластичностью
> Неметаллы сильно варьируются по физическому состоянию в отличие от почти сплошь твёрдых металлов.

**Какие из перечисленных неметаллов при обычных условиях являются газами?**
- Бром
- Водород
- Азот
- Хлор — верно
> Хлор при обычных условиях представляет собой газ.

## 3. Аллотропия: один элемент — несколько веществ

*Почему грифель и бриллиант — родственники*

Теперь вернёмся к загадке из начала. Элемент и простое вещество — не одно и то же. Элемент — это вид атомов, а вещество — то, что из этих атомов собрано. Из одного и того же вида атомов можно собрать разные вещества.

**Как не перепутать**

Аналогия: из одного и того же набора кубиков можно построить и башню, и мост. Кубики одинаковые, а постройки совсем разные. Атомы элемента — кубики, простые вещества — постройки. Правило самопроверки: у аллотропных модификаций одинаковый «сорт» атомов, но вещества разные.

*Рисунок: Одинаковые кубики, из которых собраны две разные постройки: башня и мост.*

**Аллотропия**

Явление существования нескольких простых веществ, образованных атомами одного и того же химического элемента.

**Аллотропные модификации**

Разные простые вещества, образованные атомами одного и того же химического элемента.

Первый пример — кислород. Элемент один, а веществ два: кислород с молекулой $O_2$ и озон с молекулой $O_3$. Это аллотропные модификации одного элемента. Атомы те же, а «коробки» разные: в одной два атома, в другой три.

Второй пример — углерод. Его аллотропные модификации — графит, алмаз, фуллерены и нанотрубки. Графит и бриллиант — разные вещества, образованные атомами одного элемента. Грифель карандаша обычно содержит графит в смеси с другими компонентами.

*Рисунок: Кусок породы с алмазом, бриллиант и графит с подписями.*

**Названия вещества и элемента**

В русском языке названия простых веществ и химических элементов совпадают, за исключением озона (для кислорода) и графита, алмаза, фуллеренов, нанотрубок (для углерода). Поэтому по слову «кислород» не всегда понятно, о чём речь: об элементе или о веществе $O_2$.

**Пример: Найти аллотропные модификации**

1. Смотрим на вещества $O_2$ и $O_3$. Атомы в обоих — атомы кислорода, один и тот же элемент.
2. Но вещества разные: в первом молекула из двух атомов, во втором из трёх. Значит, это аллотропные модификации кислорода.
3. Теперь графит и алмаз: оба образованы атомами углерода, вещества разные. Значит, это тоже аллотропные модификации.

**Неправильно:** Озон и кислород — одно и то же вещество, потому что атомы одинаковые.
**Правильно:** Это разные простые вещества: $O_2$ и $O_3$. Они аллотропные модификации одного элемента.

**Проверь себя:** Графит и алмаз — это один элемент или разные?
**Ответ:** Один элемент — углерод, но два разных простых вещества: аллотропные модификации.

### Проверь себя

**Сколько простых веществ известно человечеству сегодня согласно учебному материалу, учитывая, что химических элементов открыто только 118?**
- Ровно 118
- Более 400 — верно
- Около 80
- Более 1000
> Количество простых веществ превышает число химических элементов более чем в три раза из-за существования аллотропии.

**Какие из перечисленных аллотропных модификаций углерода имеют собственные наименования в русском языке?**
- Графит
- Алмаз
- Фуллерены
- Нанотрубки — верно
> Углеродные нанотрубки представляют собой отдельные аллотропные формы с собственным названием.

**Какое простое вещество, образованное атомами кислорода, является единственным с собственным названием в русском языке, отличным от названия химического элемента?**
- Алмаз
- Графит
- Озон — верно
- Фторид
> Для кислорода только молекула $O_3$ имеет собственное наименование — озон.

**Каковы названия двух простых веществ молекулярного строения, образованных химическим элементом кислородом?**
- Кислород ($O_2$) и озон ($O_3$) — верно
- Графит и алмаз
- Оксид и пероксид
- Водород и озон
> Кислород образует две аллотропные модификации: двухатомную ($O_2$) и трёххатомную ($O_3$).

## Ключевые термины

- **Вещества молекулярного строения** — Простые вещества, образованные молекулами (например, водород, кислород, азот, фтор, хлор, бром, иод, сера).
- **Вещества немолекулярного строения** — Простые вещества, не имеющие молекулярного строения (например, образованные углеродом, железом, медью и др.).
- **Металлы** — Группа простых веществ, большинство из которых при обычных условиях — твёрдые вещества серого цвета с характерным металлическим блеском, хорошо проводящие теплоту и электрический ток и обладающие пластичностью (исключение по агрегатному состоянию — жидкая ртуть; по цвету — золото и медь).
- **Неметаллы** — Группа простых веществ, большинство из которых плохо или совсем не проводят теплоту и электрический ток, не обладают пластичностью (их нельзя ковать, вытянуть в проволоку) и существенно различаются по агрегатному состоянию при обычных условиях (газы, жидкость бром, твёрдые вещества).
- **Аллотропия** — Явление существования нескольких простых веществ, образованных атомами одного и того же химического элемента.
- **Аллотропные модификации** — Разные простые вещества, образованные атомами одного и того же химического элемента.

## Итог

- Простые вещества бывают молекулярного строения ($O_2$, $Br_2$, $I_2$, сера) и немолекулярного строения (углерод, железо, медь).
- Металлы обычно твёрдые, серые, блестящие, проводят тепло и ток и пластичны; исключения — жидкая ртуть, золото и медь по цвету.
- Неметаллы плохо проводят тепло и ток, не пластичны, а по агрегатному состоянию разные: газы, жидкость бром, твёрдые вещества.
- Аллотропия — существование нескольких простых веществ из атомов одного элемента: $O_2$ и $O_3$, графит, алмаз, фуллерены, нанотрубки.

## Шпаргалка

### Формулы молекул

- **$O_2$** — кислород, молекулярное вещество
- **$O_3$** — озон, модификация кислорода
- **$Br_2$** — бром, жидкий неметалл
- **$I_2$** — иод, молекулярное вещество
- **$S_8$** — сера, молекулярное вещество

### Металлы и неметаллы

| Признак | Металлы | Неметаллы |
| --- | --- | --- |
| Проводят тепло и ток | хорошо | плохо или совсем не проводят |
| Пластичность | пластичны | не пластичны |
| Агрегатное состояние | в основном твёрдые | газы, жидкость, твёрдые |
| Исключения | ртуть; золото и медь | бром — жидкость |

### Строение простых веществ

- **Молекулярное** — образовано молекулами, например кислород, сера, иод
- **Немолекулярное** — нет молекул, например углерод, железо, медь
- **Благородные газы** — атомы не связаны друг с другом

### Аллотропия

- **Аллотропия** — один элемент образует несколько простых веществ
- **Модификации кислорода** — $O_2$ и озон $O_3$
- **Модификации углерода** — графит, алмаз, фуллерены, нанотрубки

## Любопытное

- В русском языке почти всегда название простого вещества совпадает с названием элемента. Исключения — озон (для кислорода) и графит, алмаз, фуллерены, нанотрубки (для углерода).
- Среди металлов есть жидкий — ртуть, а среди неметаллов жидкость — бром. Оба при обычных условиях не твёрдые.