Условие задачи
Чем различается строение атомов металлов и неметаллов? Укажите положение элементов-металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по химии, в частности по атомной структуре и классификации элементов согласно Периодической системе Менделеева.
─────────────────────────────
1. Различия в строении атомов металлов и неметаллов
а) Электронная конфигурация и распределение электронов
• В атомах металлов внешние (валентные) электроны слабо связаны с ядром и расположены в орбиталях с высокой протяжённостью (например, ns‑орбитали). Это приводит к тому, что такие электроны могут легко отрываться и переходить в состояние делокализованного электронного «облака».
• В атомах неметаллов валентные электроны находятся ближе к ядру, их возбужденность ниже, а электроны более локализованы. Это способствует образованию направленных ковалентных связей.
б) Энергия ионизации и электроотрицательность
• Металлы характеризуются низкими значениями энергии ионизации, что свидетельствует о лёгкости отдачи электрона. Низкая электроотрицательность означает невысокую склонность притягивать внешние электроны.
• Неметаллы, наоборот, имеют высокие энергии ионизации и большую электроотрицательность, что обеспечивает сильное притяжение внешних электронов и возможность их участия в образовании ковалентных связей.
в) Химическая связь
• В металлах формируется так называемая металлическая связь, при которой валентные электроны образуют «электронное море» вокруг положительно заряженных ионов, что объясняет их высокую электропроводность, пластичность и блеск.
• В неметаллах преобладают ковалентные связи, в которых электроны локализованы между атомами, обеспечивая конкретную направленность и прочность связи, но не дающие металлам характерных физических свойств (электропроводности в твердом состоянии, блеска и пластичности).
─────────────────────────────
2. Положение элементов-металлов в Периодической системе Менделеева
а) Распределение по таблице
• Металлы составляют большинство элементов Периодической системы и занимают преимущественно левую и центральную части таблицы.
• В частности, щёлочные металлы (например, литий, натрий, калий) находятся в первой группе. Щелочноземельные металлы (например, магний, кальций) расположены во второй группе.
• Переходные металлы (например, железо, медь, цинк) занимают центральную часть таблицы, охватывая группы от 3 до 12.
• Кроме того, существуют также металлы, принадлежащие к лантаноидам и актиноидам, которые обычно располагаются отдельно в нижней части таблицы.
б) Характер распределения
• В периодической системе Менделеева элементы упорядочены по увеличению атомной массы (позже – по атомному номеру), при этом схожие по строению атома и химическим свойствам элементы группируются в одни и те же столбцы (группы).
• Металлы демонстрируют сходные свойства: они имеют блестящую поверхность, в большой степени подвижность валентных электронов, высокую электропроводность, а также склонность к образованию положительных ионов.
─────────────────────────────
Вывод
Атомы металлов отличаются от атомов неметаллов главным образом характеристиками их валентных электронов. Металлы имеют слабо удерживаемые, делокализованные электроны, позволяющие формировать металлическую связь, тогда как неметаллы обладают более жестко локализованными электронами, что благоприятствует образованию ковалентных связей. В Периодической системе Менделеева металлы располагаются преимущественно в левой (группы 1 и 2) и центральной частях таблицы, включая также переходные металлы, а неметаллы – в правой части системы.