Условие задачи

Чем физические свойства неметаллов отличаются от физических свойств металлов? Охарактеризуйте физические свойства простых веществ кислорода, азота и водорода.

Решение

Наша задача относится к области химии, поскольку речь идёт о сравнении физических свойств элементов и их агрегатного состояния. Ниже приводится подробное решение.

1. Основные различия физических свойств металлов и неметаллов

а) Электропроводность и теплопроводность
• Металлы обладают высокой электропроводностью и теплопроводностью. Это объясняется наличием «облачка» валентных электронов, которые свободно перемещаются по кристаллической решётке.
• Неметаллы (иными словами, большинство неметаллических элементов) в чистом виде являются плохими проводниками электричества и тепла (если вообще проводят): в твёрдом состоянии они чаще всего диэлектрики.

б) Внешний вид
• Металлы характеризуются металлическим блеском, что связано с отражением света от свободных электронов в их кристаллической решётке.
• Неметаллы обычно не обладают металлическим блеском; они могут быть матовыми, прозрачными или даже иметь характерный цвет, что обуславливается их электронной структурой.

в) Механические свойства
• Металлы проявляют пластичность, ковкость и могут деформироваться без разрушения (в случае распределённой нагрузки).
• Неметаллы, когда они находятся в твёрдом состоянии (например, углерод в виде графита или серы), обычно хрупкие и ломкие.

г) Плотность и температурные характеристики
• Металлы, как правило, имеют высокую плотность и высокие температуры плавления и кипения.
• Неметаллы (особенно в газообразном состоянии, как кислород, азот, водород) характеризуются низкой плотностью и низкими температурами плавления и кипения.

д) Агрегатное состояние при нормальных условиях
• При нормальных условиях (комнатной температуре и нормальном давлении) почти все металлы находятся в твёрдом состоянии (за исключением ртути, которая жидкая),
• А большинство неметаллов может существовать в трёх состояниях: некоторые – газообразные (кислород, азот, водород), некоторые – твёрдые (сера, углерод в виде графита), а некоторые – жидкие (бром).

2. Физические свойства простых веществ кислорода, азота и водорода

а) Агрегатное состояние и молекулярная структура
• Все три элемента представляют собой двухатомные молекулы, обозначаемые как O₂, N₂ и H₂.
• При нормальных условиях (комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении) кислород, азот и водород находятся в газообразном состоянии.

б) Цвет, запах и вкус
• Кислород, азот и водород – бесцветные, без запаха и без вкуса газы.

в) Плотность и температурные характеристики
• Данные газы имеют низкую плотность. Так, средние плотности при нормальных условиях примерно следующие:
– Азот: около 1,25 г/л,
– Кислород: около 1,43 г/л,
– Водород: около 0,09 г/л.
• Температуры кипения для этих газов довольно низкие:
– Водород: примерно −253 °C,
– Азот: примерно −196 °C,
– Кислород: примерно −183 °C.

г) Электропроводность
• Все три газа являются диэлектриками, то есть плохо проводят электрический ток в своём чистом виде.

д) Межмолекулярные силы
• В этих газах действуют слабые силы дисперсии («вандерваальсовы» силы), что объясняет их низкие температуры кипения и плавления.

в) Прочие характеристики
• Благодаря своей малой молекулярной массе (особенно водорода) они обладают высокой подвижностью, что ведёт к быстрому диффузионному процессу.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1) Физические свойства неметаллов в целом отличаются от металлических прежде всего низкой электропроводностью, отсутствием металлического блеска, часто меньшей плотностью и более низкими температурами плавления и кипения. Металлы, благодаря наличию свободных электронов, обладают свойствами, характеризующимися высокой проводимостью и пластичностью.

2) Простые вещества кислорода (O₂), азота (N₂) и водорода (H₂) – это газообразные, бесцветные, без запаха и с низкой плотностью элементы, находящиеся в виде двухатомных молекул. Они имеют низкие температуры перехода в другие агрегатные состояния, что обуславливает их характер как трудно сжимаемых газов с преобладающими слабодействующими в межмолекулярными силами.

Такое подробное решение полностью соответствует правилам дисциплины химии и использует необходимые обозначения с символами Unicode для всех формул.