Условие задачи
Чем различается строение атомов и простых веществ у металлов и неметаллов?
Решение
Дисциплина, к которой относится эта задача, – химия, в частности, раздел, изучающий строение атомов, электронные конфигурации элементов и виды химических связей. Ниже приводится подробное решение с использованием правил именно этой дисциплины.
1. Строение атомов и их электронные конфигурации
• У металлов внешние электроны слабо притяжены ядром, благодаря чему их можно легко отщепить. Это приводит к относительно невысоким энергиям ионизации.
• У неметаллов внешние электроны значительно сильнее связаны с ядром, то есть энергия ионизации у них выше. Это обусловливает более стабильное распределение электронов вокруг атома.
2. Химическая связь в простых веществах
• Металлы:
– Атомы металлов в твёрдом состоянии образуют кристаллическую решётку. При этом их внешние электроны становятся делокализованными и образуют так называемое «электронное облако», которое охватывает весь кристалл.
– Такая система электронов обеспечивает металлическую связь, которая не зависит от направления, что объясняет высокую электрическую и тепловую проводимость металлов, их блеск и пластичность.
– Пример простого вещества: чистый металлический железный кристалл, где атомы Fe располагаются в упорядоченной решётке, а валентные электроны свободно перемещаются по всему объёму вещества.
• Неметаллы:
– В простых веществах неметаллов атомы, как правило, объединяются в дискретные молекулы или образуют гигантские ковалентные сети.
– Например, многие неметаллы существуют в виде двухатомных молекул: азот – N₂, кислород – O₂, хлор – Cl₂. В этих молекулах атомы соединены ковалентными связями, где электроны совместно используются для обеспечения заполнения внешних энергетических уровней.
– Некоторые неметаллы могут образовывать и более сложные структурные единицы. Так, углерод может существовать в виде аллотропа – алмаза, где каждый атом углерода образует ковалентные связи с четырьмя другими атомами, формируя трёхмерную ковалентную сеть, либо в виде графита, где атомы углерода, образуя слои, связаны внутри слоя ковалентно, а между слоями – слабее посредством ван-дер-ваальсовых сил.
3. Итоговое различие
• В атомном строении металлов преобладает тенденция к делокализации внешних электронов, что ведёт к образованию неориентированной металлической связи в кристаллических решётках.
• В атомном строении неметаллов внешние электроны остаются локализованными и участвуют в образовании направленных ковалентных связей, благодаря чему простые вещества могут существовать либо как отдельные молекулы (N₂, O₂, Cl₂), либо как крупные ковалентные сети (алмаз, кремний).
Таким образом, различие строения атомов и простых веществ у металлов и неметаллов заключается в следующем:
– Металлы характеризуются делокализованными, слабо связанными с ядром, внешними электронами, что способствует формированию металлической связи и кристаллической решётки с общим электронным облаком.
– Неметаллы обладают более сильной притяженностью внешних электронов к ядру, что приводит к образованию дискретных молекул или направленных ковалентных сетей, где связи локализованы между конкретными атомами.