Вопрос о том‚ из чего именно состоят неорганические вещества‚ является одним из фундаментальных в химии․ Если отвечать коротко: нет‚ не только из неметаллов․ Неорганические вещества состоят из атомов самых разных элементов‚ включая металлы‚ неметаллы и даже благородные газы․ Утверждать‚ что в их состав входят исключительно атомы неметаллов‚ — значит игнорировать огромный и важнейший класс химических соединений․
Давайте разберем этот вопрос подробно‚ опираясь на классификацию неорганических веществ и их строение․
Простые вещества: металлы и неметаллы
Все вещества делятся на простые (состоят из атомов одного элемента) и сложные (состоят из атомов разных элементов)․ В категории простых неорганических веществ баланс между металлами и неметаллами очевиден:
- Неметаллы: Это более хрупкие‚ чем металлы‚ элементы‚ не обладающие электропроводностью и проявляющие окислительные свойства․ В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной неполярной связью․ Многие неметаллы при обычных условиях газообразны (кислород‚ азот‚ хлор)‚ некоторые твёрдые (сера‚ фосфор) или жидкие (бром)․
- Металлы: Твёрдые (за исключением ртути) вещества‚ обладающие высокой электропроводностью‚ ковкостью и металлическим блеском․ Они образуют огромную группу простых неорганических веществ․
- Благородные (инертные) газы: Выделены в отдельную группу (VIIIA группа)․ Они химически мало или неактивны и в школьном курсе химии практически не рассматриваются как типичные неметаллы‚ хотя и находятся среди них в таблице Менделеева․
Сложные неорганические вещества: где прячутся металлы?
Именно среди сложных веществ (состоящих из двух и более элементов) наиболее ярко проявляется роль металлов․ Сложные вещества делят на органические и неорганические․ Органические вещества — это соединения углерода (в их состав также входят водород‚ кислород‚ азот‚ фосфор‚ серы)․ Неорганические вещества охватывают всё остальное многообразие соединений․
Рассмотрим основные классы неорганических соединений‚ чтобы понять‚ кто именно входит в их состав:
Оксиды
Оксиды — это сложные (бинарные) вещества‚ состоящие из атомов двух элементов‚ один из которых кислород со степенью окисления -2․ Общую формулу оксидов можно представить в виде ЭxOy‚ где Э, это атом металла или неметалла․
- Оксиды металлов: При нормальных условиях это твёрдые вещества (например‚ оксид кальция CaO)․
- Оксиды неметаллов: При этих же условиях могут быть в твёрдом‚ жидком и газообразном состояниях (например‚ оксид углерода(IV) CO2)․
Как видим‚ металлы в оксидах присутствуют постоянно! Если атомы элемента могут существовать в разных положительных степенях окисления‚ эту степень в названиях или формулах оксидов‚ оснований‚ солей указывают римскими цифрами․
Основания
Основания — это сложные вещества‚ в состав которых обязательно входят атомы металлов и гидроксогруппы (OH)․ Без металла не существует типичного основания (исключение составляет аммиак NH3‚ но и там водород берет на себя функцию металла)․ Пример: гидроксид натрия NaOH․
Соли
Соли представляют собой продукт полного или частичного замещения атомов водорода в кислоте на атомы металла․ Формулы большинства неорганических веществ записывают в последовательности от катиона к аниону‚ от металла к неметаллу․ Таким образом‚ металл, обязательный участник большинства солей (например‚ сульфат бария BaSO4)․
Кислоты
Вот здесь мы подходим к тому‚ почему вообще возникает вопрос о неметаллах․ Кислоты — это тот класс неорганических соединений‚ где главенствуют неметаллы․
- Кислородсодержащие кислоты: Состоят из водорода‚ неметалла и кислорода (например‚ серная кислота H2SO4)․
- Бескислородные кислоты: Водные растворы некоторых водородных соединений неметаллов․ Например‚ галогеноводородов (HF‚ HCl‚ HBr‚ HI) и сероводорода (H2S)․
Кислоты принято классифицировать по различным признакам‚ к важнейшим способам классификации можно отнести следующие: по количеству атомов водорода‚ способных замещаться на металл․ И когда этот металл занимает место водорода‚ образуется соль — то есть вещество‚ в котором есть и атомы металла‚ и атомы неметалла․
Граница между металлами и неметаллами
В таблице Менделеева существует условная граница, диагональ бор-астат․ Неметаллы образованы соответственно химическими элементами‚ расположенными выше этой диагонали‚ за исключением всех элементов побочных подгрупп и благородных газов․ Ниже и влево от этой границы элементы считаются металлами‚ на границе‚ выше и вправо, неметаллами․
Кроме того‚ существуют амфотерные металлы (на схемах их часто отмечают розовым цветом‚ зеленым, металлы‚ желтым — неметаллы‚ фиолетовым — благородные газы)‚ которые проявляют свойства как металлов‚ так и неметаллов․ Они образуют амфотерные оксиды и гидроксиды‚ что еще раз подчеркивает: четкого разделения в сложных веществах не существует‚ элементы работают вместе․
Генетическая связь: почему нельзя исключить металлы
Перед подробным изучением каждого класса неорганических соединений обычно рассматривают схему‚ отражающую генетическую связь между классами соединений․ В верхней части схемы помещены две группы простых веществ, металлы и неметаллы‚ а также водород‚ строение атома которого отличается от строения атомов других элементов․
Из металлов генетически вырастают основные оксиды и основания‚ а из неметаллов — кислотные оксиды и кислоты․ Их взаимодействие друг с другом приводит к образованию солей․ Эта цепочка неразрывна: неорганическая химия без металлов просто не сможет замкнуть круг превращений веществ․
Правила старшинства
Интересно‚ что в химии существуют строгие правила приоритета: правила для неорганических веществ приоритетны над элементоорганическими и органическими․ Это означает‚ что базовые законы формирования веществ‚ включая обязательное участие и металлов‚ и неметаллов‚ лежат в основе всей химической науки․
Так состоят ли неорганические вещества только из атомов неметаллов? Однозначно нет․ Атомы неметаллов формируют важнейшие классы соединений‚ такие как бескислородные кислоты и оксиды неметаллов․ Однако атомы металлов являются такой же неотъемлемой частью неорганической химии‚ образуя оксиды металлов‚ основания и соли․ Неорганические вещества — это результат взаимодействия всех типов химических элементов‚ и именно это многообразие делает химию такой удивительной наукой․