Условие задачи

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

Решение

Дисциплина: ОБЩАЯ ХИМИЯ (физико-химические свойства веществ).

Решение:

1. Сравнение физических свойств неметаллов и металлов

Металлы характеризуются следующими физическими свойствами:
• Наличие характерного металлического блеска (глянцевость).
• Высокая плотность (за исключением некоторых лёгких металлов, например, магния или алюминия).
• Хорошая тепловая и электрическая проводимость. Это связано с наличием «электронного облака», которое обеспечивает свободное перемещение электронов.
• Пластичность, ковкость, что позволяет их деформировать без разрушения структуры.
• Часто высокая температура плавления и кипения (хотя встречаются и металлы с относительно низкими температурами плавления, например, ртуть).
• Твердая агрегатная фаза (за исключением ртути, которая при комнатной температуре жидкая).

Неметаллы, напротив, обладают следующими физическими свойствами:
• Отсутствие металлического блеска – их поверхность обычно выглядит матовой.
• Низкая электрическая и тепловая проводимость – в твердом состоянии неметаллы, как правило, являются плохими проводниками.
• Низкая пластичность, зачастую хрупкость – твердые неметаллы легко разламываются.
• Низкая плотность (хотя тут также имеются исключения, зависящие от конкретного вещества).
• Значительное разнообразие агрегатного состояния при нормальных условиях – неметаллы могут существовать в виде газов (например, кислород, азот), жидкостей (например, бром) или твердых веществ (например, углерод в виде графита или алмаза).
• Температуры плавления и кипения у неметаллов зачастую гораздо ниже, чем у металлов.

Таким образом, ключевым отличием является свойство электронной проводимости: у металлов свободные электроны обеспечивают их высокую проводимость, блеск и пластичность, а у неметаллов – отсутствие этих свободных электронов приводит к противоположным физическим характеристикам.

2. Физические свойства простых веществ кислорода, азота, водорода

О₂ (кислород):
• При нормальных условиях (комнатная температура и нормальное атмосферное давление) кислород существует в виде двуатомной молекулы О₂.
• Кислород — безцветный, безвкусный и не имеющий запаха газ.
• Он обладает относительно низкой температурой кипения (около –183 °C) и плавления (примерно –218 °C).
• Особенностью кислорода является парамагнетизм – наличие двух неспаренных электронов в молекуле приводит к ее слабому притяжению магнитным полям.

N₂ (азот):
• Азот также существует в виде двуатомной молекулы N₂ при нормальных условиях.
• Является безцветным, безвкусным и без запаха газом.
• Температура кипения азота составляет примерно –196 °C, а плавления около –210 °C.
• Азот – относительно инертный газ, то есть его молекула химически стабилизирована благодаря тройной ковалентной связи, что сказывается и на его физических свойствах (низкая реакционная способность, высокая прочность связи).

H₂ (водород):
• Водород существует как двуатомная молекула H₂.
• Это наиболее легкий газ, безцветный, без запаха и практически без вкуса.
• Температура кипения водорода составляет примерно –253 °C, а плавления около –259 °C.
• Благодаря малой массе молекул водород обладает высокой подвижностью; он отличается низкой плотностью и высокой диффузионной способностью.
• Водород в нормальных условиях является негорючим сам по себе, но при наличии кислорода и источника воспламенения легко вступает в реакцию (это уже химическое, а не физическое свойство).

Вывод:
• Физические свойства металлов и неметаллов кардинально различаются по таким параметрам как блеск, электропроводность, механическая пластичность, агрегатное состояние и плотность. Металлы обладают блеском, высокой проводимостью и пластичностью, тогда как неметаллы – матовыми, малопроводящими и хрупкими.
• Простые вещества О₂, N₂ и H₂ – все они являются двуатомными газами с низкими температурами кипения и плавления, однако отличаются между собой по электронной структуре (например, парамагнетизм кислорода, тройная связь в N₂, малой массой H₂), что определяет их уникальные физические характеристики.

Таким образом, анализируя физические свойства неметаллов, можно сделать вывод об отсутствии у них характерных для металлов особенностей (металлического блеска, высокой электропроводности и пластичности), а рассмотрение простых веществ кислорода, азота и водорода позволяет подчеркнуть общие для них газообразные физические свойства при нормальных условиях, наряду с их специфическими электронными и молекулярными характеристиками.