4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Глава IX. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА И ДВОЙНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. КРАТКИЙ ОБЗОР ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ s- И р-ЭЛЕМЕНТОВ

§ IX.1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕ. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Из 108 химических элементов, известных в настоящее время, в составе земной коры обнаружено 88. Но основными в земной коре являются восемь элементов: кислород, кремний, алюминий, натрий, железо, кальций, магний и калий. Суммарное содержание этих элементов составляет 98,5 масс, доли, %. Менее распространены титан, фосфор, водород и марганец. Их общее содержание в земной коре равно примерно 1 масс, доли, %. Следовательно масс, доля остальных 76 химических элементов менее 0,6%.

Преобладающими в земной коре являются кислородные соединения,

например алюмосиликаты и другие силикаты, образующие большинство горных пород. Широко распространены также карбонаты, сульфиды и сульфаты. Ряд элементов встречается в природе в виде простых веществ.

Вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента, называют простыми. Молекулы простых веществ могут быть одно-, двух- и многоатомными.

В настоящее время известно более 400 простых веществ, т. е. значительно больше, чем химических элементов. Это объясняется тем, что многие элементы способны к образованию двух или нескольких простых веществ, называемых аллотропными модификациями.

Аллотропия может быть обусловлена или различным числом атомов данного элемента в молекуле вещества, например кислород и озон или различной кристаллической структурой образующихся модификаций, например олово серое и белое. Способность веществ при определенных температурах (давлениях) образовывать в твердом состоянии различные типы кристаллических структур называют полиморфизмом. Полиморфные модификации могут иметь не только простые вещества, но и соединения. Например, для известно более сорока модификаций. Для обозначения аллотропных и полиморфных модификаций используют греческие буквы а, р, у и т.д., где а — самая низкотемпературная модификация. При нагревании до определенной температуры происходит переход к следующей модификации, которая обычно имеет менее плотную упаковку.

Свойства простых веществ периодически изменяются в зависимости от порядкового номера элемента Однако зависимость свойств у простых веществ от порядкового номера элемента имеет более сложный вид, чем аналогичная зависимость у свободных атомов. Это вызвано тем, что свойства простых веществ определяются не только природой атомов элементов, их образующих, но и видом химической связи между атомами в веществе, структурой вещества и некоторыми другими факторами.

Как видно из рис. IX. 1, температура плавления простых веществ с начала периода увеличивается до максимальных значений, затем уменьшается до минимальных значений у благородных газов. Стандартная энтропия простых веществ (рис. IX.2), наоборот, вначале уменьшается, достигая минимума, а затем возрастает до максимума у благородных газов. Это связано с переходом от мягкого щелочного металла к твердым ковалентным веществам (например, алмазу или кремнию), а затем — от твердых ковалентных полимеров к одноатомным благородным газам.

Окислительно-восстановительные свойства простых веществ (стандартные электродные потенциалы также зависят от

Рис. IX. 1. Зависимость температуры плавления вещества от порядкового номера элемента

порядкового номера элемента Z (рис. IX.3). Минимальные значения стандартных потенциалов имеют -металлы, расположенные

в начале периода, а максимальные значения имеют галогены как сильные окислители.

Металлы, неметаллы и полуметаллы.

Все простые вещества можно разделить на три класса: металлы, неметаллы и полуметаллы. Большинство простых веществ относится к металлам. Для них характерны кристаллическая решетка с металлической связью, металлический блеск, ковкость, пластичность, высокие теплопроводность и электрическая проводимость (см. § III.4).

Неметаллы, как правило, являются диэлектриками. При обычных условиях они находятся либо в виде двухатомных (галогены, водород, азот, кислород) и одноатомных молекул (благородные газы), либо в виде атомных кристаллов (сера, фосфор, углерод, селен). Промежуточное положение между металлами и неметаллами занимают полуметаллы (бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур). Для них характерны свойства металлов и неметаллов. Как правило, они имеют кристаллические атомные решетки с ковалентной связью. Многие из них являются проводниками.