金属元素与非金属元素的区分问题

化学元素是具有相同的核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称，是化学物质构成的基本组分。

现在已知的化学元素有118种，并粗略地分了为金属元素与非金属元素，这样的两大类。

但有关这个简单的元素分类教学中，也还是有一些值得关注的问题的。

一、化学元素分类的物理标准

在化学学科的发展过程中有一段相当长时间，人们都无法将元素与其单质区别开来。所以化学家最初是依据单质的物理性质，来对元素进行分类的。

在自然存在的条件下，多以固体的形态出现（除汞外），有金属光泽，是电和热的良导体，且有较好的延展性。这样的单质就是金属，其元素也就是金属元素。

在金属元素的中文名称中，都带有一个“金”字的偏旁（除汞外）。

后来人们证明了，在金属单质中都存在有金属键。

在自然存在的条件下，有的能以气体的形式存在，即使是固体也是电和热的不良导体，不易延展，无金属光泽。这样的单质就是非金属，其元素就是非金属元素。

在非金属元素的中文名称中，会见到“石”、“气”等偏旁（除溴外）。在整个周期表中，非金属元素仅有22种。

从微观的角度看，非金属单质多是以小分子、多原子分子组成的分子晶体，或原子晶体，这些种形式来存在。所以其物理性质与金属有着明显的区别。

这一分类方法至今仍在沿用，分类的结果也完整地保留了下来。因为，它有一定合理性的佐证就是元素周期表。

这个纯粹是根据单质物理性质分类而得到的结果，居然在以揭示化学性质为其主要作用的元素周期表中，排列出了一个可信且完美的分区。

在如下的元素周期表中，有一条很规则的分区折线（红色标记）。折线的左侧为金属元素区，折线的右侧为非金属元素区。

二、化学元素分类的稀有气体结构标准

在初中化学有关原子结构的教学中，就不可避免地涉及了元素分类的问题。是用两个步骤来完成其教学的。

第一步，通过元素周期表的教学来认识元素的分类。

通过让学生观察元素的中文名称知道其所属的类别。再由每周期“开头”元素的类别，“靠近尾部”元素的类别，“结尾”元素的类别，了解这些元素类别在周期表里所处的位置。

第二步，从原子结构的角度认识元素分类的依据，是核外电子排布。

由于学生所知道的化学知识实在是太少，只能从稀有气体结构为相对稳定结构的现象来加以拓展。而给出，稀有气体最外层都是8个（氦为2个）电子，而呈现出“化学惰性”， 金属元素的最外层电子数一般少于4个，非金属元素的最外层电子数一般多于4个。趋向达到稳定结构，是这些原子的最主要化学性质。

据最外层电子与稳定结构间的关系，从化学性质的角度，将化学元素分为了三类。一类是金属，一类是非金属，一类是稀有气体。

虽然还较粗浅，但这才是真正意义上的对元素进行的化学分类。

教材对教学素材的选用及处理都比较巧妙，也照顾到了还处于少年阶段学生的认知习惯。

不足之处是：元素与单质不分。有“金属元素……在化学反应中易失去电子”之类的表述。

三、元素所在周期数对化学元素性质的影响

在高中化学教学，在了解了原子核外电子运动特征后，就可以写出不同种类原子的电子排布式了。

根据不同元素原子的电子排布式可以看出，原子核外电子排布的周期性变化，才是元素化学性质有周期性变化的根本原因。

另一方面，根据不同元素原子的电子排布式，实际是可以找出原子核外电子排布，是如何来影响元素化学性质的。

教材虽然有，“写出每周期开头一个元素和结尾元素最外层电子的排布式”，及“为什么s区、d区和ds区的元素都是金属”，“为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内”这样的“诱导”。但是，始终没有跳出“稀有气体结构标准”这种只注重最外层电子数的思维模式。

其实在了解原子核外电子排布式的基础上，面对着元素周期表，学生对“稀有气体结构标准”是有许多疑问的：

不管你把H放在元素周期表的哪个位置，它的最外层也都只有1个电子，它为什么不是金属？

第五主族的Sb与Bi，最外层有5个电子，第六主族的Po，最外层有6个电子。最外层电子数都超过了4，为什么他们还属于金属元素？

据元素周期表中金属元素与非金属元素分区的折线可以推断出，117号元素的原子最外层会有7个电子，但它还是金属元素。

可见用最外层电子数，即“稀有气体结构标准”来作为元素的分类标准，会有很多的难解释“反常”。

其实，从元素周期表中起元素分区作用的规整折线，我们一眼就可以判断出：是元素所在的周期数，及最外层电子数，在共同对元素的性质起作用。并且周期数（即能层数、主量子数，与原子半径还相关）的作用更大，要由它来决定该周期金属元素所能够“允许”的最外层电子数。

可以用一个极为简单的式子，用元素的周期数、最外层电子数的关系，对该元素是否属于金属元素，做出一个很简单的判断。

如元素所在的周期数为n，其原子最外层电子数为a，则在n≥2的情况下，只要有

  n ≥ a 存在，该元素就是金属元素。

  当 a = 8 时（氦除外），该元素是稀有气体。

定性的可以描述为，原子半径对不同种类原子的化学性质（得失电子难易）有决定性的作用。

当原子半径极小时（如第一周期）原子核对最外层电子的作用力极强，原子根本就不可能失电子，而只能表现出非金属性。

对处在周期数较大的不同周期元素来说，虽然随核电荷的增加，原子核对核外电子的作用力要逐渐增大，但由于原子半径增大使原子核对最外层电子的作用力变弱的效果其主导作用，这样在其最外电子层就而能容纳更多的电子，而仍表现出有金属性。

四、元素周期表中非金属元素总数的计算

由于从式（1）可以计算出每个周期里主族元素中的金属元素数。而在主族部分第二到第七周期都是只有8个元素，故也可以计算出每个周期中的非金属元素数目。这样，整个周期表中所有非金属元素的总数也就可以计算出来了。

计算过程如下：

解1，第一周期有2个非金属元素

第二到第七周期的每个周期里，金属元素数都是n = a（公式（1）中最外层电子数取最大值a时）。

这样每周期的非金属元素数则为8-n。

将个周期的非金属元素相加，就是元素周期表中的非金属元素总数。有：

2+（8-2）+（8-3）+（8-4）+（8-5）+（8-6）+（8-7）= 23

解2，或先计算出第二到第七周期，所有主族元素总数，2+8×6=50（个）。

其中的金属元素总数为，2+3+4+5+6+7=27（个）。

两者相减，也有50-27=23.

也就是说，从第一到第七周期，一共只有23个金属元素。

这个数目之所以与现在公认的22个非金属元素的数目不符。是因为现在还没有将第七周期最后一个稀有气体元素统计进去的缘故。现在人们还认为，第七周期是一个不完全周期。

参考文献

[1] 人教版. 化学（九年级上册）.人民教育出版社. 2006年

[1] 人教版. 化学（选修3）.人民教育出版社.