Металлы в псхэ. Л.п.иванова, учитель химии новинской средней школы (астраханская обл.)

20.09.2019

Как вам уже известно из курса химии 8 класса, большинство химических элементов относят к металлам (рис. 24 и 25).

Рис. 24.
Положение химических элементов-металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева (короткопериодный вариант)

В Периодической системе Д. И. Менделеева каждый период, кроме первого (он включает в себя два элемента-неметалла - водород и гелий), начинается с активного химического элемента-металла. Эти элементы образуют главную подгруппу I группы (IA группу) и называются щелочными металлами. Своё название они получили от названия соответствующих им гидроксидов, хорошо растворимых в воде, - щелочей.

Рис. 25.
Положение химических элементов-металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева (длиннопериодный вариант)

Атомы щелочных металлов содержат на внешнем энергетическом уровне только один электрон, который они легко отдают при химических взаимодействиях, поэтому являются сильнейшими восстановителями. Понятно, что в соответствии с увеличением радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию.

Следующие за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу II группы (IIA группы), также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне два электрона). Из этих металлов кальций, стронций и барий называют щёлочноземельными металлами. Такое название эти металлы получили потому, что их оксиды, которые на Руси в старину называли «землями», при растворении в воде образуют щёлочи.

К металлам относят и химические элементы главной подгруппы III группы (IIIA группы), исключая бор.

Из элементов главных подгрупп следующих групп к металлам относят: в IVA группе - германий * , олово, свинец (первые два элемента - углерод и кремний - неметаллы), в VA группе - сурьму и висмут (первые три элемента - неметаллы), в VIA группе только последний элемент - полоний - явно выраженный металл. В главных подгруппах VIIA и VIIIA групп все элементы - типичные неметаллы.

* Германий проявляет и некоторые неметаллические свойства, занимая промежуточное положение между металлами и неметаллами.

Что касается элементов побочных подгрупп, то все они металлы.

Таким образом, условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходит по диагонали В (бор) - Si (кремний) - As (мышьяк) - Те (теллур) - At (астат) (проследите её в таблице Д. И. Менделеева).

Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры (радиусы), поэтому их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. Вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов, - это наличие на внешнем энергетическом уровне 1-3 электронов. Отсюда вытекает самое характерное химическое свойство всех металлов - их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы. Металлы - свободные атомы и простые вещества - не могут быть окислителями, т. е. атомы металлов не могут присоединять к себе электроны.

Следует, однако, иметь в виду, что деление химических элементов на металлы и неметаллы условно. Вспомните, например, свойства аллотропных модификаций олова: серое олово, или α-олово, - неметалл, а белое олово, или β-олово, - металл. Другой пример - модификации углерода: алмаз - неметалл, а графит имеет некоторые характерные свойства металла, например электропроводность. Хром, цинк и алюминий - типичные металлы, но образуют оксиды и гидроксиды амфотерного характера. И наоборот, теллур и иод - типичные неметаллы, но образованные ими простые вещества обладают некоторыми свойствами, присущими металлам.

Новые слова и понятия

Диагональ В-Si-As-Те-At.
Щелочные и щёлочноземельные металлы.
Восстановительные свойства металлов.
Относительность деления химических элементов на металлы и неметаллы.

Задания для самостоятельной работы

Цели урока:

повторить с учащимися положение металлов в ПСХЭ, особенности строения их атомов и кристаллов (металлическую химическую связь и кристаллическую металлическую решетку).
обобщить и расширить сведения учащихся о физических свойствах металлов и их классификаций.

Оборудование и реактивы: Коллекции образцов металлов; образцы монет и медалей. Образцы сплавов. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.

Ход урока

В начале урока акцентируем внимание учащихся на значимости новой темы, определяемой той ролью, которую металлы играют в природе и во всех сферах деятельности человека.

Человек использовал металлы с древних времен.

I. В начале был век медный .

К концу каменного века человек открыл возможность использования металлов для изготовления орудий труда. Первым таким металлом был медь.

Период распространения медных орудий называют энеолитом или халколитом, что в переводе с греческого означает «медь». Медь обрабатывалась с помощью каменных орудий методом холодной ковки. Самородки меди превращались в изделия под тяжелыми ударами молота. В начале медного века из меди детали лишь мягкие орудия, украшения, предметы домашней утвари. Именно с открытием меди и других металлов стала зарождаться профессия кузнеца.

Позже появились листья, а потом человек стал добавлять к меди олово или сурьму, делать бронзу, более долговечную, прочную, легкоплавкую.

Бронза – сплав меди и олова. Хронологические границы бронзового века датируются в начале 3-го тысячелетия до н.э. до начала 1-го тысячелетия до н.э.

Третий и последний период первобытной эпохи характеризуется распространением железной металлургии и железных орудий и знаменует собой железный век. В современном значении этот термин был введен в употребление в середине IХ века датским археологом К. Ю. Томсоном и вскоре распространился в литературе наряду с терминами «каменный век» и « бронзовый век».

В отличие от других металлов железо, кроме метеоритного почти не встречается в чистом виде. Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения, и не зря железо именуется « небесным камнем». Самый крупный метеорит нашли в Африке, он весил около шестидесяти тонн. А во льдах Гренландии нашли железный метеорит весом тридцать три тонны. Современные химические

И настоящее время продолжается железный век. Ведь в настоящее время железные сплавы составляют почти 90 % всего металлов и металлических сплавов.

Затем учитель подчеркивает что исключительное значение метолов для развития общество обусловлено, конечно, их уникальными свойствами и просит учащихся назвать эти свойств.

Учащиеся называют также свойства металлов как электропроводность и теплопроводность, характерный металлический блеск, пластичность, твердость (кроме ртути) и др.

Учитель задает учащимся ключевой вопрос: а чем же обусловлены эти свойства?

I. Химические элементы – металлы.

Особенности электронного строения атомов.

Положение металлов в ПСХЭ в связи со строением атомов.

Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

II. Простые вещества – металлы.
Металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка.

Физические свойства металлов.

I. Химические элементы – металлы.

1. Металлы – это химические элементы атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя. большим радиусом атомов, вследствие что эти электроны слабо удерживаются с ядром.

2. Положение металлов в ПСХЭ в связи со строением атомов.

Учитель предлагает учащимся охарактеризовать положение элементов с рассмотренным строением атомов в ПСХЭ.

Учащиеся отвечают, что это будут элементы, размещенные в левом нижнем углу ПСХЭ.

Учитель подчеркивает, что в ПСХЭ будут все элементы. Расположенные ниже диагонали В - Аt, даже те у которых на внешнем слое 4 электрона (Jе, Sn, Рb), 5 электронов (Sd, Вi), 6 электронов (Ро), так как они отличаются большим радиусом.

В ходе беседы выясняется, что среди них есть S и р-элементы-металлы главных подгрупп, а также d и f металлы образующие побочные подгруппы.

Легко увидеть, что большинство элементов ПСХЭ – металлы.

3. Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

Учащиеся отвечают, что прочность связи валентных электронов с ядром зависит от двух факторов: величины заряда ядра и радиуса атома .

Показывают, что в периодах с увеличением заряда ядра восстановительные свойства уменьшаются, а в группах, наоборот, с возрастанием радиуса атома восстановительные свойства возрастают.

У элементов – металлов побочных подгрупп свойства чуть – чуть другие.

Учитель предлагает сравнить активность элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn, Сd , Нg. Напоминаем схему электронного строения атомов.

1 2 3 4 5 6 7 номер электронного слоя.

У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов – с увеличением порядкового элемента радиус атомов изменяется мало, а величина зарядка ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.

II. Простые вещества – металлы.

Учитель предлагает рассмотреть простые вещества – металлы.

Сначала обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строение кристаллической решетки (Приложение 1)

сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер, связь делаколизована;
валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален;
металлическая связь не обладает направляемостью и насыщенностью.

Учащиеся делают вывод, что в соответствие именно с таким строением металлы характеризуются общими физическими свойствами (демонстрация таблицы 5 «Классификация металлов по физическим свойствам»)

Сравнивая металлы по температурам правления можно демонстрировать плавление натрия и его блеск. (Приложение 2)

Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются именно их строением.

а) твердость – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло. (демонстрация)

б) плотность . Металлы делятся на мягкие (5г/см) и тяжелые (меньше 5г/см). (демонстрация)

в) плавкость . Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие. (демонстрация)

г) электропроводность, теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

При повышении температуры амплитуда движения атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки резко возрастает, и это мешает движению электронов, и электропроводность металлов падает.

Следует отметить, что у некоторых неметаллов, при повышении температуры электропроводность возрастает, например, у графита, при этом с повышением температуры разрушаются некоторые ковалентные связи, и число свободно перемещающихся электронов возрастает.

д) металлический блеск – электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло.Q

Поэтому все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Для большинства металлов в ровной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо – белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый свет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме АI и Мg, теряют блеск и имеют черный или темно – серый цвет.

Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

Учитель: мы рассмотрели строение и физические свойства металлов, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Теперь для закрепления предлагаем тест.

1) Электронная формула кальция.

а) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 1

б) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2

в) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3S 6 4S 1

2) Электронную формулу 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3S 2 3Р 6 4S 2 имеет атом:

3) Электронная формула наиболее активного металла:

б) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2

в) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 3d 10 4S 2

г) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 4S 2

4) Металлы при взаимодействии с неметаллами проявляют свойства

а) окислительные;

б) восстановительные;

в) и окислительные, и восстановительные;

г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях;

5) В периодической системе типичные металлы расположены в:

а) верхней части;

б) нижней части;

в) правом верхнем углу;

г) левом нижнем углу;

Последний этап урока - подведение итогов. Каждому ученику выставляется оценка.

Домашнее задание: «Строение и физические свойства металлов».

Выучить материал по учебнику.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Положение металлов в Периодической системе Д.И. Менделеева. Особенности строения атомов, свойства.

Цель урока: 1. на основе положения металлов в ПСХЭ прийти к пониманию особенностей строения их атомов и кристаллов (металлической химической связи и кристаллической металлической решетки). 2.Обобщить и расширить знания о физических свойствах металлов и их классификаций. 3. Развивать умение анализировать, делать выводы исходя из положения металлов в периодической системе химических элементов.

МЕДЬ Иду на мелкую монету, В колоколах люблю звенеть, Мне ставят памятник за это И знают: имя мое-….

ЖЕЛЕЗО Пахать и строить - все он может, если ему уголек в том поможет…

Металлы – это группа веществ с общими свойствами.

Металлами являются элементы I – III групп главных подгрупп, и IV-VIII групп побочных подгрупп I группа II группа III группа IV группа V группа VI группа VII группа VIII группа Na Mg Al Ti V Cr Mn Fe

Из 109 элементов ПСХЭ 85 являются металлами: выделены голубым, зелёным и розовым цветом (кроме H и He)

Положение элемента в ПС отражает строение его атомов ПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТА В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ СТРОЕНИЕ ЕГО АТОМОВ Порядковый номер элемента в периодической системе Заряд ядра атома Общее число электронов Номер группы Число электронов на внешнем энергетическом уровне. Высшая валентность элемента, степень окисления Номер периода Число энергетических уровней. Число подуровней на внешнем энергетическом уровне

Модель атома натрия

Электронное строение атома натрия

Задание 2. Составьте схему электронного строения атома алюминия и кальция в тетради самостоятельно по примеру с атомом натрия.

Вывод: 1. Металлы – элементы, имеющие на внешнем энергетическом уровне 1-3 электрона, реже 4-6. 2. Металлы – это химические элементы атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя, большим радиусом атомов, вследствие чего эти электроны слабо удерживаются с ядром.

Металлическая химическая связь характеризуется: - делокализацией связи, т.к. сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер; - валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален; - металлическая связь не обладает направленностью и насыщенностью.

Кристаллические решетки металлов

Видеоинформация о кристаллах металлов

Свойства металлов определяются строением их атомов. Свойство металла Характеристика свойства твердость Все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло. плотность Металлы делятся на лёгкие (плотность 5г/см) и тяжелые (плотность больше 5г/см). плавкость Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие электропроводность, теплопроводность Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток. металлический блеск Электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло пластичность. Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

Проверьте усвоение знаний на уроке тестированием 1) Электронная формула кальция. А) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 1 Б) 1S 2 2S 2 2 Р 6 3 S 2 В) 1S 2 2S 2 2 Р 6 3 S 2 3S 6 4S 1 Г) 1S 2 2S 2 2 Р 6 3 S 2 3 Р 6 4 S 2

Задания теста 2 и 3 2) Электронную формулу 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 4S 2 имеет атом: а) Nа б) Са в) Сu г) Zn 3) Электропроводность, металлический блеск, пластичность, плотность металлов определяются: а) массой атомов б) температурой плавления металлов в) строением атомов металлов г) наличием неспаренных электронов

Задания теста 4 и 5 4) Металлы при взаимодействии с неметаллами проявляют свойства а) окислительные; б) восстановительные; в) и окислительные, и восстановительные; г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях; 5) В периодической системе типичные металлы расположены в: а) верхней части; б) нижней части; в) правом верхнем углу; г) левом нижнем углу;

Правильные ответы Номер задания Вариант правильного ответа 1 Г 2 Б 3 В 4 Б 5 Г

Предварительный просмотр:

Цель и задачи урока:

На основе положения металлов в ПСХЭ подвести учащихся к пониманию особенностей строения их атомов и кристаллов (металлической химической связи и кристаллической металлической решетки), изучить общие физические свойства металлов. Повторить и обобщить знания о химической связи и металлической кристаллической решетке.
Развивать умение анализировать, делать выводы о строении атомов исходя из положения металлов в ПСХЭ.
Развивать умение владеть химической терминологией, чётко формулировать и высказывать свои мысли.
Воспитывать самостоятельность мышления в ходе учебной деятельности.
Формировать интерес к будущей профессии.

Форма урока:

комбинированный урок с применением презентации

Методы и приёмы:

Рассказ, беседа, демонстрация видео типов кристаллических решеток металлов, тест, составление схем электронного строения атомов, демонстрация коллекции образцов металлов и сплавов.

Оборудование:

Таблица «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева»;
Презентация урока на электронном носителе.
Коллекция образцов металлов и сплавов.
Проектор.
Карточки с таблицей «Характеристика строения атома по положению в ПСХЭ»

ХОД УРОКА

I. Организационный момент урока .

II. Постановка и оглашение темы урока, его целей и задач.

Слайд 1-2

III. Изучение нового материала.

Учитель: Человек использовал металлы с древних времён. Кратко об истории использования металлов.

Сообщение 1 учащегося. Слайд 3

В начале был век медный .

К концу каменного века человек открыл возможность использования металлов для изготовления орудий труда. Первым таким металлом была медь.

Период распространения медных орудий называют энеолитом или халколитом , что в переводе с греческого означает «медь». Медь обрабатывалась с помощью каменных орудий методом холодной ковки. Самородки меди превращались в изделия под тяжелыми ударами молота. В начале медного века из меди делали лишь мягкие орудия, украшения, предметы домашней утвари. Именно с открытием меди и других металлов стала зарождаться профессия кузнеца.

Позже появилось литьё, а потом человек стал добавлять к меди олово или сурьму, делать бронзу, более долговечную, прочную, легкоплавкую.

Сообщение 2 учащегося. Слайд 3

Сообщение 3 учащегося. Слайд 4

В отличие от других металлов железо, кроме метеоритного, почти не встречается в чистом виде. Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения, и не зря железо именуется « небесным камнем». Самый крупный метеорит нашли в Африке, он весил около шестидесяти тонн. А во льдах Гренландии нашли железный метеорит весом тридцать три тонны.

Учитель.

Золото и серебро – благородные металлы в настоящее время служат для изготовления ювелирных украшений, а также деталей в электронике, авиакосмической промышленности, в судостроении. Где в судоходстве могут применяться эти металлы? Исключительное значение металлов для развития общества обусловлено, конечно, их уникальными свойствами. Назовите эти свойства.

Продемонстрировать учащимся коллекцию образцов металлов.

Учащиеся называют такие свойства металлов как электропроводность и теплопроводность, характерный металлический блеск, пластичность, твердость (кроме ртути) и др.

Учитель задает учащимся ключевой вопрос: а чем же обусловлены эти свойства?

Ожидаемый ответ: свойства веществ обусловлены строением молекул и атомов этих веществ.

Слайд 5. Итак, металлы – группа веществ с общими свойствами.

Демонстрация презентации.

Учитель: Металлами являются элементы 1-3 групп главных подгрупп, и элементы 4-8 групп побочных подгрупп.

Слайд 6. Задание 1 . Самостоятельно, используя ПСХЭ, в тетради допишите представителей групп, являющиеся металлами.

							VIII

Заслушивание ответов учащихся выборочно.

Учитель: металлами будут элементы, размещенные в левом нижнем углу ПСХЭ.

Учитель подчеркивает, что в ПСХЭ металлами будут все элементы, расположенные ниже диагонали В - Аt, даже те, у которых на внешнем слое 4 электрона (Gе, Sn, Рb), 5 электронов (Sb, Вi), 6 электронов (Ро), так как они отличаются большим радиусом.

Таким образом, из 109 элементов ПСХЭ 85 являются металлами. Слайд № 7

Учитель: положение элемента в ПСХЭ отражает строение атома элемента. С помощью таблиц, которые вы получили в начале урока, охарактеризуем строение атома натрия по его положению в ПСХЭ.
Демонстрация слайда 8.

Что представляет собой атом натрия? Посмотрите на приближенную модель атома натрия, в которой видны ядро и электроны, движущиеся по орбитам.

Демонстрация Слайда 9. Модель атома натрия.

Напомню вам, как составляется схема электронного строения атома элемента.

Демонстрация слайда 10. У вас должна получиться следующая схема электронного строения атома натрия.

Слайд 11 . Задание 2. Составьте схему электронного строения атома кальция и алюминия в тетради самостоятельно по примеру с атомом натрия.

Учитель проверяет работу в тетради.

Какой вывод можно сделать об электронном строении атомов металлов?

На внешнем энергетическом уровне 1-3 электрона. Мы помним, что вступая в химические соединения, атомы стремятся восстановить полную 8-электронный оболочку внешнего энергетического уровня. Для этого атомы металлов легко отдают 1-3 электрона с внешнего уровня, превращаясь в положительно-заряженные ионы. При этом проявляют восстановительные свойства.

Демонстрация слайда 12. Металлы – это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя, большим радиусом атомов, вследствие чего эти электроны слабо удерживаются с ядром.

Рассмотрим простые вещества – металлы.

Демонстрация слайда 13.

Сначала обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строении кристаллической решетки

сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер, связь делокализована;
валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален;
металлическая связь не обладает направленностью и насыщенностью.

Демонстрация

Слайд 14 « Типы кристаллических решёток металлов »

Слайд 15 Видео кристаллической решетки металлов.

Учащиеся делают вывод, что в соответствие именно с таким строением металлы характеризуются общими физическими свойствами.

Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются именно их строением.

Слайд 16 Свойства металлов определяются строением их атомов

а) твердость – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло (демонстрация).

б) плотность - металлы делятся на лёгкие (5г/см) и тяжелые (больше 5г/см) (демонстрация).

в) плавкость - металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие (демонстрация).

г) электропроводность, теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

д) металлический блеск – электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают, как стекло.

Поэтому все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Для большинства металлов в равной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо – белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый свет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме АI и Мg, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.

е) пластичность . Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

IV. Закрепление изученного материала.

Учитель: мы рассмотрели строение и физические свойства металлов, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Теперь для закрепления предлагаем выполнить тест.

Слайды 15-16-17.

1) Электронная формула кальция.

а) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 1
б) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2
в) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3S 6 4S 1
г) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 4S 2

2) Электронную формулу 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 4S 2 имеет атом:

а) Nа
б) Са
в) Сu
г) Zn

3) Электропроводность, металлический блеск, пластичность, плотность металлов определяются:

а) массой металла
б) температурой плавления металлов
в) строением атомов металлов
г) наличием неспареных электронов

4) Металлы при взаимодействии с неметаллами проявляют свойства

а) окислительные;
б) восстановительные;
в) и окислительные, и восстановительные;
г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях;

5) В периодической системе типичные металлы расположены в:

а) верхней части;

VI. Домашнее задание.

Строение атомов металлов, их физические свойства

Положение металлов
в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.
Физические свойства металлов

8 класс

Цель. Дать учащимся представление о свойствах металлов как химических элементов и как простых веществ, опираясь на их знания о природе химической связи. Рассмотреть применение простых веществ-металлов на основе их свойств. Совершенствовать умение сравнивать, обобщать, устанавливать взаимосвязь строения и свойств веществ. Развивать познавательную активность учеников, применяя игровые формы учебной деятельности.

Оборудование и реактивы. Карточки-задания, карточки с символами щелочных металлов (на каждого ученика), планшеты, таблица «Металлическая связь», игры «Алхимические знаки», спиртовка, старые медные монеты, батистовый мешочек, образцы металлов.

ХОД УРОКА

Учитель. Сегодня мы изучим металлы как химические элементы и металлы как простые вещества. Что называется химическим элементом?

Ученик. Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Учитель. Из 114 известных химических элементов 92 – металлы. Где в периодической системе химических элементов расположены металлы? Как расположены элементы-металлы в периодах?

Работа по таблице «Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева».

Ученик. Металлами начинается каждый период (кроме первого), и число их возрастает с увеличением номера периода.

Учитель. Сколько элементов-металлов в каждом периоде?

Статья подготовлена при поддержке школы английского языка в Москве «Аллада». Знание английского языка позволяет расширить свой кругозор, а также вы сможете познакомиться с новыми людьми и узнать много нового. Школа английского языка «Аллада» предоставляет уникальную возможность записать на курсы английского языка по оптимальной цене. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте www.allada.org.

Ученик. В первом периоде металлов нет, во втором их два, в третьем – три, в четвертом – четырнадцать, в пятом – пятнадцать, в шестом – тридцать.

Учитель. В седьмом периоде свойствами металла должен обладать тридцать один элемент. Давайте посмотрим расположение металлов в группах.

Ученик. Металлы – это элементы, составляющие главные подгруппы I, II, III групп периодической системы (за исключением водорода и бора), элементы IV группы – германий, олово, свинец, V группы – сурьма, висмут, VI группы – полоний. В побочных подгруппах всех групп находятся только металлы.

Учитель. Элементы-металлы расположены в левой и нижней части периодической системы. А сейчас сделайте в тетрадях задание 1 из карточки-задания.

Задание 1. Выпишите из карточек химические знаки металлов. Назовите их. Подчеркните металлы главных подгрупп.

1-й в а р и а н т. Na, В, Сu, Be, Se, F, Sr, Cs.

О т в е т. Na – натрий , Сu – медь ,
Be – бериллий , Sr – стронций , Cs – цезий.

2-й в а р и а н т. K, С, Fe, Mg, Ca, О, N, Rb.

О т в е т. K – калий , Fe – железо ,
Mg – магний , Ca – кальций , Rb – рубидий .

Учитель. Каковы особенности строения атомов металлов? Составьте электронные формулы атомов натрия, магния, алюминия.

(У доски работают три ученика, используя рисунок (рис. 1).)

Сколько электронов на внешнем уровне этих элементов-металлов?

Ученик. Число электронов на внешнем уровне у элементов главных подгрупп равно номеру группы, у натрия на внешнем уровне один электрон, у магния – два электрона, у алюминия – три электрона.

Учитель. Атомы металлов имеют малое число электронов (в основном от 1 до 3) на внешнем уровне. Исключение составляют шесть металлов: атомы германия, олова и свинца на внешнем слое имеют 4 электрона, атомы сурьмы, висмута – 5, атомы полония – 6. А теперь сделайте второе задание из карточки.

Задание 2. Приведены схемы электронного строения атомов некоторых элементов.

Какие это элементы? Какие из них принадлежат к металлам? Почему?

1-й в а р и а н т. 1s 2 , 1s 2 2s 2 , 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 , 1s 2 2s 2 2p 3 .

О т в е т. Гелий, бериллий, магний, азот.

2-й вариант. 1s 2 2s 1 , 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 , 1s 1 , 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p l .

О т в е т. Литий, натрий, водород, алюминий.

Учитель. Как связаны свойства металлов с особенностями их электронного строения?

Ученик. Атомы металлов имеют меньший заряд ядра и больший радиус по сравнению с атомами неметаллов того же периода. Поэтому прочность связи внешних электронов с ядром в атомах металлов небольшая. Атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы.

Учитель. Как изменяются металлические свойства в пределах одного и того же периода, одной и той же группы (главной подгруппы)?

Ученик. В пределах периода с ростом заряда атомного ядра, а соответственно и с ростом числа внешних электронов металлические свойства химических элементов уменьшаются. В пределах одной и той же подгруппы с ростом заряда атомного ядра, при постоянном числе электронов на внешнем уровне металлические свойства химических элементов увеличиваются.

Задание у доски (работают три ученика).

Указать знаком «» ослабление металлических свойств в следующих пятерках элементов. Объяснить расстановку знаков.

1.	Be		2.	Mg		3.	Al
Na	Mg	Al	K	Ca	Sc	Zn	Ga	Ge
	Ca			Sr			In

Пока учащиеся работают индивидуально у доски, остальные выполняют задание 3 из карточки.

Задание 3. Какой из двух элементов обладает более выраженными металлическими свойствами? Почему?

1-й в а р и а н т. Литий или бериллий.

2-й в а р и а н т. Литий или калий.

Проверка заданий.

Учитель. Итак, металлическими свойствами обладают те элементы, атомы которых имеют мало электронов на внешнем уровне (далеком до завершения). Следствие небольшого числа внешних электронов – слабая связь этих электронов с остальной частью атома – ядром, окруженным внутренними слоями электронов.

Подводится итог и записывается кратко на доске (схема), ученики записывают в тетрадях.

Схема

Учитель. Что называется простым веществом?

Ученик. Простые вещества – это вещества, которые состоят из атомов одного элемента.

Учитель. Простые вещества-металлы – это «коллективы» атомов; в силу электронейтральности каждого атома вся масса металла тоже электронейтральна, что позволяет брать в руки металлы, рассматривать их.

Демонстрация образцов металлов: никель, золото, магний, натрий (в склянке под слоем керосина).

А вот натрий голыми руками брать нельзя – руки влажные, при взаимодействии с влагой образуется щелочь, а она разъедает кожу, ткани, бумагу и другие материалы. Так что последствия для руки могут быть печальными.

Задание 4. Определите металлы из числа выданных: свинец, алюминий, медь, цинк.

(Образцы металлов пронумерованы. Ответы записаны на обратной стороне доски.)

Проверка задания.

Учитель. В каком агрегатном состоянии при обычных условиях находятся металлы?

Ученик. Металлы – это твердые кристаллические вещества (кроме ртути).

Учитель. Что находится в узлах кристаллической решетки металлов и что между узлами?

Ученик. В узлах кристаллической решетки металлов находятся положительные ионы и атомы металлов, между узлами – электроны. Эти электроны становятся общими для всех атомов и ионов данного куска металла и могут свободно перемещаться по всей кристаллической решетке.

Учитель. Как называют электроны, которые находятся в кристаллической решетке металлов?

Ученик. Их называют свободными электронами или «электронным газом».

Учитель. Какой тип связи характерен для металлов?

Ученик. Это металлическая связь.

Учитель. Что называется металлической связью?

Ученик. Связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью.

Учитель. Металлическая связь обуславливает важнейшие физические свойства металлов. Металлы непрозрачны, обладают металлическим блеском, обусловленным способностью отражать падающие на их поверхность световые лучи. В наибольшей степени эта способность проявляется у серебра и индия.

Металлы имеют блеск в компактном куске, а в мелкодисперсном состоянии большинство из них черного цвета. Однако алюминий, магний сохраняют металлический блеск даже в порошкообразном состоянии (демонстрация алюминия и магния в порошке и в пластинках).

Все металлы – проводники теплоты и электрического тока. Хаотически движущиеся электроны в металле под воздействием приложенного электрического напряжения приобретают направленное движение, т.е. создают электрический ток.

Как вы думаете, изменяется ли электрическая проводимость металла при повышении температуры?

Ученик. С повышением температуры электропроводность снижается.

Учитель. Почему?

Ученик. При повышении температуры возрастает амплитуда колебаний атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки металла. Это затрудняет перемещение электронов, и электрическая проводимость металла падает.

Учитель. Электропроводность металлов возрастает от Hg к Ag:

Hg, Pb, Fe, Zn, Al, Au, Cu, Ag.

Чаще всего с той же закономерностью, как и электрическая проводимость, изменяется теплопроводность металлов. Можете ли вы привести пример, доказывающий теплопроводность металлов?

Ученик. Если в алюминиевую кружку налить горячую воду, она нагреется. Это свидетельствует о том, что алюминий проводит теплоту.

Учитель. Чем обусловлена теплопроводность металлов?

Ученик. Она обусловлена большой подвижностью свободных электронов, которые сталкиваются с колеблющимися ионами и атомами, обмениваются с ними энергией. Поэтому происходит выравнивание температуры по всему куску металла.

Учитель. Весьма ценным свойством металлов является пластичность. На практике она проявляется в том, что под ударами молота металлы не дробятся на куски, а расплющиваются – они ковки. Почему металлы пластичны?

Ученик. Механическое воздействие на кристалл с металлической связью вызывает смещение слоев ионов и атомов относительно друг друга, а т.к. электроны перемещаются по всему кристаллу, разрыва связи не происходит, поэтому для металлов характерна пластичность (рис. 2, а).

Учитель. Ковкие металлы: щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий), железо, золото, серебро, медь. Некоторые металлы – осмий, иридий, марганец, сурьма – хрупкие. Самым пластичным из драгоценных металлов является золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной в два километра.

А что происходит под действием удара с веществами с атомной или ионной кристаллической решеткой?

Ученик. Вещества с атомной или ионной решеткой под действием удара разрушаются. При механическом воздействии на твердое вещество с атомной решеткой смещаются отдельные ее слои – сцепление между ними нарушается из-за разрыва ковалентных связей. Разрыв связей в ионной решетке приводит к взаимному отталкиванию одноименно заряженных ионов (рис. 2, б, в).

Учитель. Электропроводность, теплопроводность, характерный металлический блеск, пластичность, или ковкость, – такая совокупность признаков присуща только металлам. Эти признаки проявляются в металлах и являются специфическими свойствами.

Специфические свойства находятся в обратной зависимости от прочности металлической связи. Остальные свойства – плотность, температуры кипения и плавления, твердость, агрегатное состояние – общие, присущие всем веществам признаки.

Плотность, твердость, температуры плавления и кипения металлов различны. Плотность металла тем меньше, чем меньше его относительная атомная масса и чем больше радиус атома. Наименьшая плотность у лития – 0,59 г/см 3 , наибольшая у осмия – 22,48 г/см 3 . Металлы, плотность которых ниже пяти, называют легкими, а металлы с плотностью больше пяти – тяжелыми.

Самый твердый металл – хром, самые мягкие – щелочные металлы.

Самую низкую температуру плавления имеет ртуть, t пл (Hg) = –39 °С, а самую высокую – вольфрам, t пл (W) = 3410 °С.

Такие свойства, как температура плавления, твердость, находятся в прямой зависимости от прочности металлической связи. Чем прочнее металлическая связь, тем жестче неспецифические свойства. Обратите внимание: у щелочных металлов прочность металлической связи уменьшается в периодической таблице сверху вниз и, как следствие, закономерно уменьшается температура плавления (растет радиус, влияние заряда ядра уменьшается, при больших радиусах и единственном валентном электроне щелочные металлы легкоплавки). Например, цезий можно расплавить теплом ладони. Но не стоит брать его голой рукой!

Игра «Кто быстрее»

На доске вывешиваются планшеты (рис. 3). На каждой парте набор карточек с химическими знаками щелочных металлов.

Задание. Опираясь на известные закономерности изменения температуры плавления щелочных металлов, разместить карточки в соответствии с данными планшетами.

О т в е т. a – Li, Na, K, Rb, Cs;
б – Cs, Rb, K, Na, Li; в – Cs, Li, Na, Rb, K.

Уточняются и обобщаются ответы учащихся.

Ученик (cообщение). Металлы различаются своим отношением к магнитным полям. По этому свойству их делят на три группы: ферромагнитные металлы – способные хорошо намагничиваться при действии слабых магнитных полей (например, железо, кобальт, никель и гадолиний); парамагнитные металлы – проявляющие слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром, титан и большая часть лантаноидов); диамагнитные металлы – не притягивающиеся к магниту и даже слегка отталкивающиеся от него (например, висмут, олово, медь).

Обобщается изученный материал – учитель записывает на доске, учащиеся пишут в тетрадях.

Физические свойства металлов

Специфические:

металлический блеск,

электропроводность,

теплопроводность,

пластичность.

Обратно пропорциональная зависимость от прочности металлической связи.

Неспецифические: плотность,

t плавления,

t кипения,

твердость,

агрегатное состояние.

Прямо пропорциональная зависимость от прочности металлической связи.

Учитель. Физические свойства металлов, вытекающие из свойств металлической связи, обуславливают их разнообразное применение. Металлы и их сплавы – важнейшие конструкционные материалы современной техники; они идут на изготовление машин и станков, необходимых в промышленности, различных транспортных средств, строительных конструкций, сельскохозяйственных машин. В связи с этим сплавы железа, алюминия производят в больших количествах. Металлы широко применяются в электротехнике. Из каких металлов делают электрические провода?

Ученик. В электротехнике из-за дороговизны серебра в качестве материала для электропроводки используют медь и алюминий .

Учитель. Без этих металлов невозможно было бы передать электрическую энергию на расстояние в сотни, тысячи километров. Предметы быта также изготовлены из металлов. Почему кастрюли делают из металлов?

Ученик. Металлы теплопроводны и прочны.

Учитель. Какое свойство металлов используют для изготовления зеркал, рефлекторов, елочных игрушек?

Ученик. Металлический блеск.

Учитель. Легкие металлы – магний, алюминий, титан – широко используют в самолетостроении. Из титана и его сплавов изготавливают многие детали самолетов, ракет. Трение о воздух при больших скоростях вызывает сильное разогревание обшивки самолета, а прочность металлов при нагреве обычно значительно снижается. У титана и его сплавов в условиях сверхзвуковых полетов снижение прочности почти не наблюдается.

В тех случаях, когда необходим металл с большой плотностью (пули, дробь), часто используют свинец, хотя плотность свинца (11,34 г/см 3) значительно ниже, чем некоторых более тяжелых металлов. Но свинец довольно легкоплавок и поэтому удобен при обработке. К тому же он несравнимо дешевле осмия и многих других тяжелых металлов. Ртуть, как жидкий при обычных условиях металл, применяют в измерительных приборах; вольфрам – во всех случаях, когда требуется металл, противостоящий особенно высоким температурам, например для нитей накаливания электролампочек. Чем это обусловлено?

Ученик. У ртути – низкая температура плавления, а у вольфрама – высокая.

Учитель. Металлы также отражают радиоволны, что используется в радиотелескопах, улавливающих радиоизлучение искусственных спутников Земли, и в радиолокаторах, обнаруживающих самолеты на больших расстояниях.

Благородные металлы – серебро, золото, платина – используются для изготовления украшений. Потребителем золота является электронная отрасль промышленности: оно используется для изготовления электрических контактов (в частности, аппаратура пилотируемого космического корабля содержит достаточно много золота).

А теперь сделайте задание из карточки.

Задание 5. Подчеркнуть, какой из приведенных металлов самый:

1) широко используемый: золото, серебро, железо;

2) ковкий: литий, калий, золото;

3) тугоплавкий: вольфрам, магний, цинк;

4) тяжелый: рубидий, осмий, цезий;

5) электропроводный: никель, свинец, серебро;

6) твердый: хром, марганец, медь;

7) легкоплавкий: платина, ртуть, литий;

8) легкий: калий, франций, литий;

9) блестящий: калий, золото, серебро.

Демонстрация опыта

Для опыта берется 5–10 штук медных (старых) монет, которые подвешивают в батистовом мешочке над пламенем спиртовки. Ткань не загорается. Почему?

Ученик. Медь хороший проводник тепла, тепло сразу передается металлу, и ткань не успевает загореться.

Учитель. Металлы известны человеку давно.

Ученик (сообщение). Еще в глубокой древности человеку были известны семь металлов. Семь металлов древности соотносили с семью известными тогда планетами и обозначали символическими значками планет. Знаки золота (Солнца) и серебра (Луны) понятны без особых пояснений. Знаки же других металлов считались атрибутами мифологических божеств: ручное зеркало Венеры (медь), щит и копье Марса (железо), трон Юпитера (олово), коса Сатурна (свинец), жезл Меркурия (ртуть).

Взгляды алхимиков о связи планет с металлами очень удачно выражают следующие строки стихотворения Н.А.Морозова «Из записок алхимика»:

«Семь металлов создал свет,
По числу семи планет.
Дал нам космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец.
Сын мой, сера – их отец.
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть – родная мать».

Эти представления были настолько прочными, что, когда для открытых в средние века сурьмы
и висмута не нашлось планет, их просто не посчитали металлами.

Держа свои опыты в тайне, алхимики всевозможными способами зашифровывали описания полученных веществ.

Учитель. И вы, используя алхимические обозначения, дома составили игру «Алхимические знаки».

Условие игры: на рисунке (рис. 4) приведены древние алхимические знаки металлов. Определите, какой планете принадлежит каждый символ и, взяв из названия по одной букве, той, что указаны на рисунке, прочтите название элемента-металла.

О т в е т ы. Самарий, рутений, платина.

Учащиеся обмениваются играми, отгадывают названия металлов.

Учитель. М.В.Ломоносов так говорил о металлах: «Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно» и относил это свойство к металлам: золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу.

В 1789 г. французский химик А.Л.Лавуазье в своем руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тогда 17 металлов (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn). По мере развития методов химического исследования число известных металлов стало быстро возрастать. В первой половине XIX в. были открыты платиновые металлы; получены путем электролиза некоторые щелочные и щелочно-земельные металлы; положено начало разделению редкоземельных металлов; при химическом анализе минералов открыты неизвестные ранее металлы. В начале 1860 г. с помощью спектрального анализа были открыты рубидий, цезий, индий, таллий. Блестяще подтвердилось существование металлов, предсказанных Менделеевым на основе его периодического закона (галлия, скандия и германия). Открытие радиоактивности в конце XIX в. повлекло за собой поиски радиоактивных металлов, увенчавшиеся полным успехом. Наконец, методом ядерных превращений, начиная с середины XX в. были получены не существующие в природе радиоактивные металлы, в том числе и те, что принадлежат к трансурановым элементам. В истории материальной культуры, древней и новой, металлы имеют первостепенное значение.

Учитель подводит итог урока.

Домашнее задание

1. Найдите ответы на вопросы.

Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов?

Назовите два металла, легко расстающихся с электронами по «просьбе» световых лучей.

Можно ли принести в кабинет химии из соседнего кабинета ведро ртути?

Почему некоторые металлы пластичные (например, медь), а другие – хрупкие (например, сурьма)?

В чем причина присутствия у металлов специфических свойств?

Где можно встретить в быту:

а) вольфрам, б) ртуть, в) медь, г) серебро?

На каких физических свойствах данного металла основано применение его в быту?

Какой металл академик А.Е.Ферсман назвал «металлом консервной банки»?

2. Посмотрите на рисунок и объясните, почему металлы использованы именно таким образом, а не наоборот.

3. Решите головоломки.

Головоломка «Пять + два».

Впишите в горизонтальные ряды названия следующих химических элементов, оканчивающихся на -ий:

а) щелочной металл;

б) благородный газ;

в) щелочно-земельный металл;

г) элемент семейства платины;

д) лантаноид.

Если названия элементов будут вписаны правильно, то по диагоналям: сверху вниз и снизу вверх можно будет прочесть названия еще двух элементов.

О т в е т ы. а – Цезий, б – гелий, в – барий, г – родий, д – тулий.
По диагонали: церий, торий.

Головоломка «Класс».

Впишите названия пяти химических элементов, состоящие из семи букв каждое, таким образом, чтобы ключевое слово было КЛАСС.

О т в е т ы. Кальций (кобальт), лютеций,
актиний, скандий, серебро (самарий).

Головоломка «Семь букв».

Впишите названия химических элементов в вертикальные ряды.

Ключевое слово – КИСЛОТА.

О т в е т ы. Калий, индий, селен, литий,
осмий, тулий, аргон (астат).

В периодической системе более 3/4 мест занимают : они находятся в I, II, III группах, в побочных подгруппах всех групп. Кроме того, металлами являются наиболее тяжелые элементы IV, V, VI и VII групп. Надо отметить, однако, что многие обладают амфотер-ными свойствами и иногда могут вести себя как неметаллы.
Особенностью строения атомов металлов является небольшое количество электронов на внешнем электронном слое, не превышающее трех.
Атомы металлов имеют, как правило, большие атомные радиусы. В периодах наибольшие атомные радиусы у щелочных металлов. Отсюда их наиболее высокая химическая активность, т. е. атомы металлов легко отдают электроны, - являются хорошими восстановителями. Лучшие восстановители - I и II групп главных подгрупп.
В соединениях металлы проявляют всегда положительную степень окисления, обычно от +1 до +4.

Рис 70. Схема образования металлической связи в куске металла,

В соединениях с неметаллами типичные металлы образуют химическую связь ионного характера. В виде простого атомы металлов связаны между собой так называемой металлической связью.

Запишите в тетрадь этот термин.

Металлическая связь - особый вид связи, присущий исключительно металлам. Сущность ее в том, что от атомов металлов постоянно отрываются электроны, которые перемещаются по всей массе куска металла (рис. 70). Атомы металла, лишенные электронов, превращаются в положительные ионы, которые стремятся снова притянуть к себе свободно движущиеся электроны. Одновременно другие атомы металла отдают электроны. Таким образом, внутри куска металла постоянно циркулирует так называемый электронный газ, который прочно связывает между собой все атомы металла. Электроны оказываются как бы обобществленными одновременно всеми атомами металла. Такой особый тип химической связи между атомами металлов обусловливает как физические, так и химические свойства металлов.

■ 1.Чем объяснить малую электроотрицательность металлов?
2. Как возникает металлическая связь?
3. В чем отличие металлической связи от ковалентной?

Рис. 71. Сравнение температур плавления разных металлов

Металлы обладают рядом сходных физических свойств, отличающих их от неметаллов. Чем больше валентных электронов имеет металл, тем прочнее металлическая связь, тем прочнее кристаллическая решетка, тем прочнее и тверже металл, тем выше его температура плавления и кипения и т. д. Ниже рассматриваются особенности физических свойств металлов.
Все они обладают более или менее ярко выраженным блеском, который принято называть металлическим. Металлический блеск характерен для куска металла в целом. В порошке металлы темного цвета, за исключением магния и алюминия, которые сохраняют серебристо-белый цвет, в связи с чем алюминиевая пыль используется для изготовления краски «под серебро». Многие неметаллы обладают жирным или стеклянным блеском.
Цвет металлов довольно однообразен: он либо серебристо-белый ( , ), либо серебристо-серый ( , ). Только желтого цвета, а - красного. Неметаллы имеют весьма разнообразную окраску: - лимонно-желтая, - красно-бурый, - красный или белый, - черный.

Таким образом, по цвету металлы условно делят на черные и цветные. К черным металлам относятся и его . Все остальные металлы называются цветными.

При обычных условиях металлы представляют собой твердые с кристаллической структурой. Среди неметаллов встречаются как твердые ( , ), так и жидкие () и газообразные ( , ) .
Все металлы, за исключением ртути, - твердые вещества, поэтому температура плавления их выше нуля, только температура плавления ртути -39°. Наиболее тугоплавким металлом является , температура плавления которого 3370°. Температура плавления остальных металлов лежит в этих пределах (рис. 71).
Температуры плавления неметаллов значительно ниже, чем металлов, например кислорода -219°, водорода -259,4°, фтора -218°, хлора -101°, брома -5,7°.

Рис. 72. Сравнение твердости металлов с твёрдостью алмаза.

Металлы обладают различной твердостью, которую сопоставляют с твердостью алмаза. Показатель твердости металла определяют специальным прибором - твердомером. При этом в массу металла вдавливают стальной шарик или, в случае большей твердости металла, алмазный конус. По силе давления и глубине образовавшейся лунки определяют твердость металла.
Наиболее твердым металлом является . Мягкие металлы - , - легко режутся ножом. Твердость отдельных металлов по общепринятой десятибалльной шкале,твердости представлена на рис. 72.

Металлы в большей или меньшей степени обладают пластичностью (ковкостью). У неметаллов это свойство отсутствует. Наиболее ковким металлом является . Из него можно выковать золотую фольгу толщиной 0,0001 мм - в 500 раз тоньше человеческого волоса. В же время весьма хрупка; ее можно даже растереть в ступке в порошок.
Пластичностью называют способность к сильной деформации без нарушения механической прочности. Пластичность металлов используется при их прокатке, когда огромные раскаленные металлические болванки пропускают между обжимными валами, приготовляя из них листы, при волочении, когда из них вытягивают проволоку, при прессовании, штамповке, когда под действием

Рис. 73. Сравнение металлов по плотности.

давления нагретому металлу придают определенную форму, которую он сохраняет при охлаждении. Пластичность зависит от структуры кристаллической решетки металлов.
Все металлы нерастворимы в воде, но зато растворимы друг в друге в расплавах. Твердый раствор одного металла в другом называется сплавом.

По плотности металлы разделяются на тяжелые и легкие. Тяжелыми считают те, плотность которых больше 3 г/см3 (рис. 73). Самым тяжелым металлом является . Наиболее легкие металлы - , .- имеют плотность даже меньше единицы. Большое применение в промышленности получили легкие металлы - и .
Металлы характеризуются высокой электро- и теплопроводностью (рис. 74), тогда как неметаллы обладают этими свойствами в слабой степени. Наибольшей электро-и теплопроводностью обладает , на втором месте стоит . Довольно высоки эти свойства у алюминия.

Рис. 74. Сравнение электропроводности и теплопроводности разных металлов

Следует отметить, что металлы с высокой электропроводностью имеют и высокую теплопроводность.
Металлы проявляют магнитные свойства. Если при соприкосновении с магнитом металл притягивается к нему и после этого сам становится магнитом, мы говорим, что металл намагничивается. Хорошо намагничиваются , и их . Такие металлы и называют ферромагнитными. Неметаллы магнитными свойствами не обладают.

■ 4. Составьте и заполните следующую таблицу:

Химические свойства металлов. Коррозия

Химические и физические свойства металлов определяются атомной структурой и особенностями металлической связи. Все металлы отличаются способностью легко отдавать валентные электроны. В связи с этим они проявляют ярко выраженные восстановительные свойства. Степень восстановительной активности металлов отражает электрохимический ряд напряжений (см. приложение III, п. 6).
Зная положение металла в этом ряду, можно сделать вывод о сравнительной величине энергии, затрачиваемой на отрыв от атома валентных электронов. Чем ближе к началу ряда, тем легче окисляется металл. Наиболее активные металлы вытесняют из воды при обычных условиях с образованием щелочи:
2Na + 2Н2О = 2NaOH + H2
Менее активные металлы вытесняют из воды в виде перегретого пара и образуют
2Fe + 4Н2О = Fe3О4 + 4H2
реагируют с разбавленными и бескислородными кислотами, вытесняя из них водород:
Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2
Металлы, стоящие после водорода, не могут вытеснять его из воды и из кислот, а вступают с кислотами в окислительно-восстановительные реакции без вытеснения водорода:
Сu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + Н2O
Все предшествующие металлы вытесняют последующие из их солей:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Сu

Fe0 + Сu2+ = Fe2+ + Сu0
Во всех случаях вступающие в реакции металлы окисляются. Окисление металлов наблюдается и при непосредственном взаимодействии металлов с неметаллами:
2Na + S = Na2S
2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
Большинство металлов активно реагируют с кислородом, образуя разного состава (см. стр. 38).

■ 5. Как можно охарактеризовать восстановительную активность металла, пользуясь рядом напряжений?

6. Приведите примеры металлов, реагирующих с водой по типу натрия, железа. Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.

7. Сравните взаимодействие с водой активных металлов и активных неметаллов.
8. Перечислите химические свойства металлов, подтверждая свой ответ уравнениями реакций.
9. С какими из перечисленных ниже веществ будет реагировать железо: а) , б) гашеная известь, в) карбонат меди, г) , д) сульфат цинка, е) ?
10. Какой газ и в каком объеме может быть получен при действии на 5 кг смеси меди и окиси меди концентрированной азотной кислотой, если окиси меди в смеси 20%?

Окисление металлов часто приводит к их разрушению. Разрушение металлов под действием окружающей среды называется коррозией.

Запишите в тетрадь определение коррозии.

Происходит под влиянием кислорода, влаги и углекислоты, а также окислов азота и пр. Коррозия, вызванная непосредственным взаимодействием металла с веществом окружающей его среды, называется химической, или газовой, коррозией. Например, на химических производствах металл иногда контактирует с кислородом, хлором, окислами азота и т. д., в результате чего образуются соли и металла:
2Сu + О2 = 2СuО
Кроме газовой, или химической, коррозии, существует еще электрохимическая коррозия, которая встречается гораздо чаще. Для того чтобы понять схему электрохимической коррозии, рассмотрим гальваническую пару - .

Возьмем цинковую и медную пластинки (рис. 75) и опустим их в раствор серной кислоты, которая, как нам известно, содержится в растворе в виде ионов:
H2SO4 = 2Н+ + SO 2 4 —
Соединив цинковую и медную пластинки через гальванометр, мы обнаружим наличие в цепи электрического тока. Это объясняется тем, что атомы цинка, отдавая электроны, в виде ионов переходят в раствор:
Zn 0 - 2е — → Zn +2
Электроны через проводник переходят на медь, а с меди - на ионы водорода:
Н + + е — → Н 0

Водород в виде нейтральных атомов выделяется на медной пластинке, а постепенно растворяется. Таким образом, медь, как бы оттягивая электроны с цинка, заставляет последний быстрее растворяться, т. е. способствует окислению. В же время совершенно чистый может некоторое время находиться в кислоте, совершенно не подвергаясь ее действию.

Рис. 75. Схема образования гальванической пары при электрохимической коррозии. 1 - цинк; 2 - медь; 3 - пузырьки водорода на медном электроде; 4 - гальванометр

По такой же схеме происходит коррозия такого металла, как железо, только электролитом на воздухе является , а примеси к железу играют роль второго электрода гальванической пары. Эти пары микроскопические, поэтому разрушение металла идет гораздо медленнее. Разрушению обычно подвергается более активный металл. Таким образом, электрохимическая коррозия - это окисление металла, сопровождающееся возникновением гальванических пар. причиняет большой ущерб народному хозяйству.

12. Дайте определение коррозии.
11. Можно ли считать коррозией то, что на воздухе быстро окисляется, взаимодействие цинка с соляной кислотой, взаимодействие алюминия с окисью железа при термитной сварке, получение водорода при взаимодействии железа с перегретым водяным паром.

13. Какая разница между химической и электрохимической коррозией?
Для борьбы с коррозией существует много способов. Металлы (в частности, железо) покрывают масляной краской, образующей на поверхности металла плотную пленку, не пропускающую и пары воды. Можно покрывать металлы, например медную проволоку, лаком, который одновременно защищает металл от коррозии и служит изолятором.

Воронение - это процесс, при котором железо подвергают действию сильных окислителей, в результате чего металл покрывается не проницаемой для газов пленкой окислов, предохраняющей его от воздействия внешней среды. Чаще всего это бывает магнитная окись Fe304, которая глубоко внедряется в слой металла и защищает его от окисления лучше всякой краски. Уральское кровельное железо, подвергнутое воронению, продержалось на кровле без ржавления более 100 лет. Чем лучше отполирован металл, тем плотнее и прочнее образованная на его поверхности пленка окислов.

Эмалирование - очень хороший вид защиты от коррозии различной посуды. Эмаль не поддается не только действию кислорода и воды, но даже сильных кислот и щелочей. К сожалению, эмаль весьма хрупка и при ударе и быстрой смене температур довольно легко трескается.
Очень интересными способами защиты металлов от коррозии являются , а также никелирование и лужение.
- это покрытие металла слоем цинка (так защищают главным образом железо). При таком покрытии в случае нарушения поверхностной пленки цинка коррозии подвергается сначала цинк как более активный металл, но цинк хорошо сопротивляется коррозии, так как его поверхность покрыта не проницаемой для воды и кислорода защитной пленкой окиси.
При никелировании (покрытии никелем) и лужении (покрытии оловом) ржавление железа не происходит до тех пор, пока не нарушен слой покрывающего его металла. Как только он нарушается, начинается коррозия железа как наиболее активного металла. Но - металл, сравнительно мало подвергающийся коррозии, поэтому его пленка держится на поверхности очень долго. Лудят чаще всего медные предметы, и тогда гальваническая пара медь - всегда приводит к коррозии олова, а не меди, которая менее активна как металл. При лужении железа получают «белую жесть» для консервной промышленности.

Для защита oт коррозии можно воздействовать не только на металл, но и на среду, которая его окружает. Если к соляной кислоте примешать некоторое количество хромата натрия, то реакция соляной кислоты с железом настолько замедлится, что практически кислоту можно перевозить в железных цистернах, тогда, как обычно это невозможно. Вещества, замедляющие коррозию, а иногда и практически полностью останавливающие ее, называются ингибиторами - замедлителями (от латинского слова inhibere - тормозить).

Характер действия ингибиторов различен. Они либо создают на поверхности металлов защитную пленку, либо уменьшают агрессивность среды. К первому типу относятся, например, NaNО2, замедляющий коррозию стали в воде и растворах солей, замедляющие коррозию алюминия в серной кислоте, ко второму - органическое соединение CO(NH2)2 - мочевина, которая очень замедляет растворение в азотной кислоте меди и других металлов. Ингибиторными свойствами обладают животные белки, некоторые высушенные растения - чистотел, лютик и т. д.
Иногда, чтобы усилить устойчивость металла к коррозии, а также придать ему некоторые более ценные свойства, из него изготовляют сплавы с другими металлами.

■ 14. Запишите в тетрадь перечисленные способы защиты металла от коррозии.
15. Чем определяется выбор способа защиты металла от коррозии?
16. Что такое ингибитор? Чем ингибитор отличается от катализатора?

Способы выплавки металлов из руд

Металлы в природе могут встречаться в самородном состоянии. Это в основном , например . Его извлекают путем механической отмывки от окружающих пород. Однако подавляющее большинство металлов встречается в природе в виде соединений. Вместе с тем не всякий природный минерал годится для получения содержащегося в нем металла. Следовательно, не всякий минерал можно назвать металлической рудой.
Горная порода или минерал, содержащие тот или иной металл в количестве, которое делает экономически выгодным его промышленное получение, называются рудами данного металла.

Запишите определение руд.

Из руд металлы получаются различными способами.
1. Если руда представляет собой окисел, то ее восстанавливают каким-либо восстановителем - чаще всего углеродом или окисью углерода СО, реже - водородом, например:
FesO4 + 4СО = 3Fe + 4CO2
2. Если руда представляет собой сернистое соединение, то ее сначала обжигают:
2PbS + 3О2 = 2РbO + 2SO2
затем полученный окисел восстанавливают углем:
РbО + С = РbО + CO
Из хлоридов металлы выделяют электролизом из расплавов. Например, при плавлении поваренной соли NaCl происходит термическая диссоциация вещества.
NaCl ⇄ Na + + Cl —
При пропускании постоянного электрического тока через этот расплав идут следующие процессы:
а) на катоде:
Na + + е — → Na 0
б) на аноде
Сl — - е — → Сl 0
Этим способом можно получить металлы и из других солей.
4. Иногда металлы можно восстановить из окислов путем вытеснения при высокой температуре другим, более активным металлом. Этот способ получил особенно широкое распространение при восстановлении металлов алюминием и потому сначала был назван алюминотермией:
2Аl + Fe2O3 = Аl2O3 + 2Fe.
Подробнее алюминотермия будет рассмотрена ниже.
Во многих случаях руда может оказаться смешанной с большим количеством пустой породы, для удаления которой, т. е. для «обогащения» руды, существуют различные методы, в частности метод пенной флотации. Для этой цели применяются минеральные масла, обладающие свойством избирательной адсорбции. Это значит, что частицы руды они поглощают, а пустую породу нет. В огромные чаны с водой помещают измельченную вместе с пустой породой руду и минеральное масло. После этого воду сильно вспенивают воздухом. Масло окружает пузырьки воздуха, образуя на них пленку. Получается устойчивая пена. Частицы, руды адсорбируются и вместе с пузырьками воздуха поднимаются наверх. Пена вместе с рудой сливается, а пустая порода остается на дне чана. В дальнейшем руду легко освобождают от масла, которое снова используется для флотации.

■ 17. Что такое пенная ?
18. Какими свойствами должен обладать металл, чтобы находиться в природе в самородном состоянии?
19. Можно ли назвать рудой любой минерал или горную породу, содержащую в своем составе тот или иной металл?
20. Перечислите, какие виды металлических руд вам известны.
21. Цинк встречается в природе в виде минерала цинковой обманки, содержащей сульфид цинка. Предложите способ получения цинка из цинковой обманки.
22. Из 2 т магнитного железняка, содержащего 80% магнитной окиси железа Fe3O4 получено 1,008 т железа. Рассчитайте практический выход железа.
23. Какие металлы могут быть получены электролизом растворов солей?
24. Из железа, полученного при восстановлении 5 т магнитного железняка, содержащего 13% примесей, приготовили сплав, содержащий 4% углерода. Сколько сплава при этом удалось получить?
25. Какое количество цинка и серной кислоты можно получить из 242,5 т цинковой обманки ZnS, содержащей 20% пустой породы?

Обоснование периодической системы элементов Поскольку электроны в атоме располагаются на различных энергетических уровнях и образуют квантовые слои, логично предположить, что...