物质分类原则
在化学中，通常根据两个主要标准将所有物质划分为不同组别：它们的化学成分和特征化学性质。由此形成了两个体量不等的类别：
- 单质。其组成中仅包含某一特定元素的原子。它们是物质的基本形态，无法通过化学方法分解为更简单的组分。
- 化合物（也称为化学物质）。它们由两种或多种不同元素的原子构成。如果化合物中刚好包含两种元素，则称其为二元化合物。
金属与非金属：核心区别
总体而言，所有单质可分为两大类，它们具有截然不同的物理性质和内部结构。
金属具有一组独特的物理特性。它们具有特有的金属光泽、高导电性和导热性，以及良好的延展性。在微观层面，它们形成所谓的金属晶体结构。在视觉上，它们的点阵可能类似于骨架结构，但其中化学键的性质完全不同。
非金属 这组元素不具备金属所特有的共同物理性质。它们的结构截然不同：绝大多数非金属由独立的分子组成。不过也有例外——某些非金属，如碳（C）和硅（Si），会形成坚固的骨架晶体结构。
同素异形现象：元素的千变万化
大自然的奇妙之处在于，单质的数量远多于化学元素本身。这可以通过同素异形现象来解释——即同一种元素能够以几种不同的单质形态存在的性质。
氧气展示了同素异形现象的经典例子。它形成两种不同的气体：
- 双原子氧（$O_2$）——我们日常接触且对生命至关重要的气体。
- 三原子氧（$O_3$）——臭氧，具有不稳定且易快速分解的特点。
某些元素具有双重性质，能够形成金属和非金属两种形态。例如，砷（As）以金属态（灰色）和分子态（黄色）两种变体存在。
在元素周期表中的位置
要确定某个元素属于金属还是非金属，只需查看它在门捷列夫元素周期表中的位置。
分析对象是一个涵盖从IIIA族到VIIIA族的假想矩形。如果在硼（B）和砹（At）之间画一条对角线，元素将分布如下：
- 非金属 严格位于该对角线上及上方区域（氢也属于这一组）。
- 金属 包括表中所有其他化学元素。
寻找新单质
科学在不断发展，甚至在早已被深入研究的元素中，科学家们仍在不断发现单质的新形态。一个典型的例子是1986年的重大发现，当时合成了一种全新的碳形态——分子式为$C_{60}$的物质。
在这种结构中，碳原子排列在一个类似于足球的复杂三维多面体的顶点上。一类此类分子被命名为富勒烯。
简述：主题相关问答
除了富勒烯之外，碳还存在哪些同素异形体？
除富勒烯外，碳的同素异形体还包括：金刚石、石墨、卡宾、纳米管和炭。
- 金刚石——具有原子呈四面体配位的骨架晶体结构。
- 石墨——单质的晶体形式。
- 卡宾——由线性分子组成，其中碳原子处于$sp$杂化状态。
- 纳米管——碳原子排列在圆柱体表面的结构。
- 炭——活性最高的同素异形体。
具体哪些化学元素属于稀有气体？
稀有（惰性）气体包括六种化学元素：氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn）。在自然界中，它们以独立的分离原子形式存在。资料还表明，氦、氖和氩不形成氧化物；引用的资料中并未证实所有六种元素都不能形成氧化物的说法。
哪些属于非金属类的生物元素/有机元素？
在引用的资料中，碳（C）、氧（O）、氮（N）、氢（H）、硫（S）和磷（P）被归为有机元素和生物元素。碳、氧、氮和氢占生物体成分的98%。硫以巯基形式存在于蛋白质中，而磷是合成核酸和ATP所必需的。资料中并未明确将上述所有元素直接归类为非金属。
为了在元素周期表中轻松找到非金属，在脑海中画一条“硼-砹”对角线。位于该线上方及右侧的所有元素（加上氢）都是非金属。其余的元素世界皆为金属。
课堂与考试常见问题
为什么单质的数量与化学元素的数量不一致？
这与同素异形现象有关。许多元素能够形成不止一种，而是几种结构和性质各异的单质（如氧气和臭氧）。
大多数非金属的结构与碳的结构有什么区别？
大多数非金属具有分子结构，而碳（以及硅）则形成了坚固的骨架晶体结构。
是否存在由单原子组成气体的元素？
是的，稀有气体（6种元素）以单原子气体的形式存在。只有在温度显著降低时，它们才能转变为非金属的液态或固态。
该主题的其他拓展内容
- 晶体晶格：金属晶格与骨架晶格
- 氧气同素异形体的物理化学性质
- 以砷为例看化学元素的双重性质
- 富勒烯的空间结构与应用
- 二元化合物：命名与形成特点
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