Какие физические свойства металлов обусловливает металлическая связь
Физические свойства металлов отличают их от неметаллов. Все металлы, кроме ртути, – твёрдые кристаллические вещества, являющиеся восстановителями в окислительно-восстановительных реакциях.
Положение в таблице Менделеева
Металлы занимают I-II группы и побочные подгруппы III-VIII групп. Металлические свойства, т.е. способность отдавать валентные электроны или окисляться, увеличиваются сверху вниз по мере увеличения количества энергетических уровней. Слева направо металлические свойства ослабевают, поэтому наиболее активные металлы находятся в I-II группах, главных подгруппах. Это щелочные и щелочноземельные металлы.
Определить степень активности металлов можно по электрохимическому ряду напряжений. Металлы, стоящие до водорода, наиболее активны. После водорода стоят слабоактивные металлы, не вступающие в реакцию с большинством веществ.
Рис. 1. Электрохимический ряд напряжений металлов.
Строение
Вне зависимости от активности все металлы имеют общее строение. Атомы в простом металле расположены не хаотично, как в аморфных веществах, а упорядоченно – в виде кристаллической решётки. Удерживает атомы в одном положении металлическая связь.
Такой вид связи осуществляется за счёт положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической ячейки (единицы решётки), и отрицательно заряженных свободных электронов, которые образуют так называемый электронный газ. Электроны отделились от атомов, превратив их в ионы, и стали перемещаться в решётке хаотично, скрепляя ионы вместе. Без электронов решётка бы распалась за счёт отторжения одинаково заряженных ионов.
Различают три типа кристаллической решётки. Кубическая объемно-центрированная состоит из 9 ионов и характерна хрому, железу, вольфраму. Кубическая гранецентрированная включает 14 ионов и свойственная свинцу, алюминию, серебру. Из 17 ионов состоит гексагональная плотноупакованная решётка цинка, титана, магния.
Рис. 2. Виды кристаллических решёток.
Свойства
Строение кристаллической решётки определяет основные физические и химические свойства металлов. Металлы блестят, плавятся, проводят тепло и электричество. Промышленность и металлургия нашли применение физическим свойствам металлов в изготовлении деталей, фольги, корпусов машин, зеркал, бытовой и промышленной химии. Особенности металлов и их использование представлены в таблице физических свойств металлов.
Свойства | Особенности | Примеры | Применение |
Металлический блеск | Способность отражать солнечный свет | Наиболее блестящими металлами являются Hg, Ag, Pd | Изготовление зеркал |
Плотность | Лёгкие – имеют плотность меньше 5 г/см3 | Na, K, Ba, Mg, Al. Самый лёгкий металл – литий с плотностью 0,533 г/см3 | Изготовление облицовки, деталей самолётов |
Тяжёлые – имеют плотность больше 5 г/см3 | Sn, Fe, Zn, Au, Pb, Hg. Самый тяжёлый – осмий с плотностью 22,5 г/см3 | Использование в сплавах | |
Пластичность | Способность изменять форму без разрушений (можно раскатать в тонкую фольгу) | Наиболее пластичные – Au, Cu, Ag. Хрупкие – Zn, Sn, Bi, Mn | Формовка, сгибание труб, изготовление проволоки |
Твёрдость | Мягкие – режутся ножом | Na, K, In | Изготовление мыла, стекла, удобрений |
Твёрдые – сравнимы по твёрдости с алмазом | Самый твёрдый – хром, режет стекло | Изготовление несущих конструкций | |
Температура плавления | Легкоплавкие – температура плавления ниже 1000°С | Hg (38,9°С), Ga (29,78°С), Cs (28,5°С), Zn (419,5°C) | Производство радиотехники, жести |
Тугоплавкие – температура плавления выше 1000°С | Cr (1890°С), Mo (2620°С), V (1900°С). Наиболее тугоплавкий – вольфрам (3420°С) | Изготовление ламп накаливания | |
Теплопроводность | Способность передавать тепло другим телам | Лучше всего проводят ток и тепло Ag, Cu, Au, Al | Приготовление пищи в металлической посуде |
Электропроводность | Способность проводить электрический ток за счёт свободных электронов | Передача электричества по проводам |
Рис. 3. Примеры применения металлов.
Что мы узнали?
Из урока 9 класса узнали о физических свойствах металлов. Кратко рассмотрели положение металлов в периодической таблице и особенности строения кристаллической решётки. Благодаря строению металлы обладают пластичностью, твёрдостью, способностью плавиться, проводить электрический ток и тепло. Свойства металлов неоднородны. Различают лёгкие и тяжёлые металлы, лёгкоплавкие и тугоплавкие, мягкие и твёрдые. Физические свойства используются для изготовления сплавов, электрических проводов, посуды, мыла, стекла, конструкций различной формы.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 127.
Инфоурок
›
Химия
›Другие методич. материалы›Разработка урока по химии по теме «Физические свойства металлов»
Выберите документ из архива для просмотра:
Выбранный для просмотра документ Приложение 1.docx
Выбранный для просмотра документ Приложение 2.docx
Выбранный для просмотра документ Приложение 3.docx
Выбранный для просмотра документ Физич св-ва металлов.docx
Выбранный для просмотра документ Физические свойства металлов.ppt
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
2 слайд
Описание слайда:
Физические свойства металлов 1. Химическая связь – металлическая В узлах кристаллической решетки находятся атомы и катионы металла , связанные посредством обобщения внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу
3 слайд
Описание слайда:
Металлическая связь и обусловливает все важнейшие физические свойства металлов
4 слайд
Описание слайда:
1.Все металлы пластичны Самый пластичный металл- золото, оно прокатывается в тончайшую фольгу Au > Ag> Cu …..
5 слайд
Описание слайда:
2.Электрическая проводимость ВСЕ МЕТАЛЛЫ ХОРОШО ПРОВОДЯТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК (Ag> Cu >Au > AI > ……………………. Pb> Hg) ЛУЧШИЕ ПРОВОДНИКИ ХУДШИЕ ПРОВОДНИКИ Поэтому медь и алюминий широко используют в электротехнике ( серебро дорогой металл и используется реже)
6 слайд
Описание слайда:
Электрические провода -алюминиевые или медные.
7 слайд
Описание слайда:
3.Теплопроводность Все металлы хорошо проводят тепло ( Ag>Cu >Au ….)
8 слайд
Описание слайда:
4.Металлический блеск
9 слайд
Описание слайда:
5.Плотность — меньше 5г/cм3 имеют легкие металлы ( например — Li) больше 5 г/cм3 имеют тяжелые металлы ( например — Os)
10 слайд
Описание слайда:
6.Температура плавления легкоплавкие < 10000 ( например Hg) тугоплавкие > 10000 ( например W)
11 слайд
Описание слайда:
7.Твердость самый твердый металл, Сr самые мягкие , щелочные металлы
12 слайд
Описание слайда:
8.Металлы обладают радиолокационными свойствами
13 слайд
Описание слайда:
9.Некоторые металлы обладают магнитными свойствами(Fe Co Ni)
14 слайд
Описание слайда:
Бактерицидные свойства серебра С давних времён известны лечебные свойства серебра. Препараты серебра обладают вяжущими и прижигающим бактерицидным действием. Известно, что хранить пищу и воду в серебренной посуде очень полезно, т.к. серебро убивает вредные бактерии.
15 слайд
Описание слайда:
Физиологическое воздействие ртути на живые организмы. Ртуть ядовита! Этот металл разрушает нервную систему человека и вызывает тяжёлые заболевания.
Выберите книгу со скидкой:
БОЛЕЕ 58 000 КНИГ И ШИРОКИЙ ВЫБОР КАНЦТОВАРОВ! ИНФОЛАВКА
Инфолавка — книжный магазин для педагогов и родителей от проекта «Инфоурок»
Курс профессиональной переподготовки
Учитель химии
Курс повышения квалификации
Курс профессиональной переподготовки
Учитель биологии и химии
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Номер материала:
ДВ-392056
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Положение металлов в периодической системе
В перечне простых веществ, составленном великим французским химиком Лавуазье в 1789 г. присутствует 17 металлов, в первом варианте периодической таблицы Д.И. Менделеева (1869) – их уже 47. Из 114 химических элементов 92 являются металлами. В традиционном варианте Периодической системе элементы-металлы расположены в начале периодов, а также в побочных подгруппах. Условной границей, отделяющей металлы от неметаллов, служит прямая, проведенная от бора до астата в длинном варианте периодической таблицы. Металлы оказываются левее и ниже этой прямой, неметаллы – правее и выше, а элементы, находящиеся вблизи прямой имеют двойственную природу, иногда их называют металлоидами. В Периодической системе, утвержденной ИЮПАК, металлы расположены в 1-12 группах.
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ
Атомы металлов на внешнем уровне содержат не более четырех электронов, как правило, от одного до трех. Отдавая эти электроны, они приобретают устойчивую оболочку ближайшего инертного газа:
$Ca^0 hspace{10pt}-2bar{e}rightarrow Ca^{+2}$
$overbrace{1s^22s^22p^63s^23p^64s^2}hspace{10pt}-2bar{e}rightarrowoverbrace{1s^22s^22p^63s^2 3p^6}$
Таким образом, металлы в химических реакциях являются восстановителями – они приобретают положительную степень окисления. В этом заключается их принципиальное отличие от элементов-неметаллов.
Определение
Способность атома элемента смещать на себя электроны химической связи называют электроотрицательностью.
Вследствие низких значений электроотрицательности металлы легче отдают электроны, чем притягивают их, и, следовательно проявляют восстановительные свойства.
Слова «металл» и «неметалл» применимы не только к химическим элементам, но и к простым веществам. Например, говоря, что простое вещество является металлом, мы подразумеваем не только что оно состоит из атомов элемента-металла, но и определенную общность физических (металлический блеск, пластичность) и химических (восстановитель) свойств. Металлические свойства простых веществ убывают при движении по периоду слева направо, а по группе — снизу вверх. В наибольшей степени металлические свойства выражены у элементов главной подгруппы I группы Периодической системы – щелочных металлов. Их атомы настолько легко отдают валентный электрон, что в природе эти элементы встречаются исключительно в виде соединений.
Кристаллическая решетка и металлическая связь
Металлы имеют металлическую кристаллическую решетку, в узлах которой расположены отдельные атомы. Они слабо удерживают валентные электроны, которые по этой причине свободно перемещаются по всему объему металла, формируя единое электронное облако и в равной степени притягиваются всеми атомами. Такая связь называется металлической.
Общие свойства металлов – пластичность, способность отражать свет, тепло- и электропроводность – объясняются особенностями их строения. При сильном надавливании кусок металла изменяет форму – часть атомов смещается, но не рассыпается: общее электронное облако прочно удерживает все атомы вместе. В электрическом поле свободные электроны начинают двигаться в определенном направлении, такое упорядоченное движение электронов называют электрическим током.
Чем больше в металле свободных электронов и чем сильнее колебания атомов, находящихся в узлах решетки, тем быстрее происходит выравнивание температуры во всем куске металла, то есть тем больше его теплопроводность. Поэтому относительные значения тепло- и электропроводности для многих металлов близки.
Физические свойства металлов
Агрегатное состояние и температуры плавления. Температуры плавления металлов меняются в очень широких пределах. Самый легкоплавкий из металлов – ртуть – при комнатной температуре является жидкостью. Металл галлий плавится от теплоты человеческого тела. Из металлов широко применяемых в технике, наиболее легкоплавкие – олово и свинец. Наибольшую температуру плавления имеет вольфрам, из которого изготавливают нити накаливания лампочек. Металлы с температурой плавления выше $1000^oC$ принято называть тугоплавкими.
ртуть галлий вольфрам
Окраска. Среди металлов немногие обладают характерной окраской. «Золото через свой изрядно желтый цвет и блещущую светлость от прочих металлов отлично», – писал Михаил Васильевич Ломоносов. Медь имеет розово-красный цвет, серебро и платина – белый, щелочной металл цезий – бледно-желтый. Для описания цвета других металлов трудно подобрать слова. Все они кажутся нам серыми с тем или иным едва заметным оттенком.
медь литий
Плотность. Металлы сильно различаются по плотности. Наиболее легкими являются щелочные металлы литий, натрий и калий. Литий плавает даже на поверхности керосина – жидкости с плотностью меньшей плотности воды. Металлы с плотностью ниже 5 г/см$^3$ называют легкими. К ним, помимо щелочных и щелочно-земельных металлов, принадлежат магний, алюминий и другие. В число наиболее тяжелых входят переходные металлы, расположенные в шестом периоде, а также актиноиды. Ртуть, например, имеет плотность 13,6 г/см$^3$, то есть литровая банка, заполненная ртутью, весит 13,6 кг!
Твердость вещества оценивают по его способности оставлять царапину на другом веществе. Наиболее твердым веществом является алмаз – он оставляет след на любых поверхностях. Из металлов по твердости к алмазу приближается хром – он царапает стекло. Наиболее мягкие металлы – щелочные. Они легко режутся ножом. Мягкими являются также свинец, олово, цинк, серебро.
Электро- и теплопроводность. Все без исключения металлы хорошо проводят электрический ток. Наибольшей электропроводностью обладает серебро, немного уступают ему медь и золото. Серебро – очень дорогой металл. Его используют в электротехнике при изготовлении высокоточных дорогостоящих приборов. Самые хорошие провода, применяемые в быту, медные. Они во много раз превосходят по самим характеристикам провода, изготовленные из алюминия. При прохождении через металл электрического тока часть электрической энергии преобразуется в тепловую – металл нагревается. Использование алюминиевых проводов при больших нагрузках на электрическую сеть может привести к их плавлению. Особенно опасны места стыка алюминиевых и медных проводов – они нагреваются намного быстрее. Неисправная электропроводка является причиной многих пожаров.
Пластичность. Многие металлы пластичны, то есть обладают способностью изменять форму, например, расплющиваться при ударе молотком. Наибольшей пластичностью обладают золото, серебро, медь, олово. Их можно раскатывать в фольгу.
Фольга из меди Фольга из золота
Сегодня разберем урок химии 10 — Металлы. Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов. Как обещал, даю ответы к тестовым заданиям урока химии 9: 1-3, 2-2, 3-2, 4-2, 5-3, 6-1, 7-1, 8-2, 9-4, 10-2, 11-2, 12-2, 13-2, 14-3, 15-1, 16-1, 17-1, 18-1, 19-4, 20-3, 21-3, 22-2, 23-1, 24-4, 25-1.
Теперь перейдем к уроку химии 10.
Общая характеристика. Из всех известных в настоящее время элементов около 80% относятся к металлам: s-элементы I и II групп, все d- и f- элементы и ряд p-элементов главных подгрупп периодической системы. Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (кроме первого). Главной особенностью элементов-металлов является наличие у них на внешних энергетических уровнях небольшого числа электронов.(1,2,3).
В природе металлы встречаются как в свободном виде, так и в виде соединений. В свободном виде существуют химически менее активные, трудно окисляющиеся кислородом металлы: платина, золото, серебро, ртуть, медь и др. Все металлы, за исключением ртути, при обычных условиях твердые вещества с характерным блеском, хорошо проводят электрический ток и тепло. Большинство металлов может коваться, тянуться и прокатываться. По цвету, все металлы условно подразделяются на две группы: черные и цветные. По плотности различают металлы легкие (ρ < 5) и тяжелые (ρ > 5). Примером легких металлов служат калий, натрий, кальций, алюминий и др. К тяжелым металлам относятся осмий, олово, свинец, никель, ртуть, золото, платина и т.д. Температура плавления металлов также различна: от -38.9 °С (ртуть) до 3380 °С (вольфрам). Металлы могут отличаться и по твердости: самыми мягкими металлами являются натрий и калий (режутся ножом), а самыми твердыми – никель, вольфрам, хром (последний режет стекло). Тепло и электричество различные металлы проводят неодинаково: лучшим проводником электричества является серебро, худшим – ртуть.
В расплавленном состоянии металлы могут распределяться друг в друге, образуя сплавы. Большинство расплавленных металлов могут смешиваться друг с другом в неограниченных количествах. При смешивании расплавленных металлов происходит либо простое растворение расплавов одного металла в другом, либо металлы вступают в химическое соединение. Чаше всего сплавы представляют собой смеси свободных металлов с их химическими соединениями. В состав сплавов могут входить также и неметаллы (чугун – сплав железа с углеродом). Свойства металлов существенно отличаются от свойств составляющих их элементов.
Известно, что у металлов на внешнем энергетическом уровне (ВЭУ) имеется 1-3 валентных электрона. Поэтому они сравнительно легко отдают свои электроны неметаллам, у которых на ВЭУ 5-7 электронов. Так, металлы непосредственно реагируют с галогенами. Большинство Ме хорошо реагируют с кислородом (исключая золото, платину, серебро), образуя оксиды и пероксиды; взаимодействуют с серой с образованием сульфидов. Щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой с образованием растворимых в ней щелочей. Металлы средней активности реагируют с водой только при нагревании. Малоактивные металлы с водой вообще не реагируют. Большинство металлов растворяется в кислотах. Однако химическая активность различных металлов различна. Она определяется легкостью атомов металла отдавать валентные электроны.
Приводим таблицу газообразных продуктов реакций кислот и металлов. Ее надо запомнить, или иметь всегда под рукой.
Металлы | HCl Разбав | НСl Конц | H2SO4 Разбав | H2SO4 Конц | HNO3 Разбав | HNO3 Конц |
Li | H2 | H2 | H2 | H2S | NH3 | N2O |
K | H2 | H2 | H2 | H2S | NH3 | N2O |
Ca | H2 | H2 | H2 | H2S | NH3 | N2O |
Na | H2 | H2 | H2 | H2S | NH3 | N2O |
Mg | H2 | H2 | H2 | SO2 | NH3 | N2O |
Al | H2 | H2 | H2 | SO2 | NH3 | – |
Zn | H2 | H2 | H2 | SO2 | NO | NO2 |
Cr | H2 | H2 | H2 | SO2 | NO | – |
Fe | H2 | H2 | H2 | – | NH3 | – |
Ni | H2 | H2 | H2 | SO2 | NO | NO2 |
Sn | H2 | H2 | H2 | SO2 | NH3 | NO2 |
Pb | H2 | H2 | H2 | SO2 | NO | NO2 |
H | – | – | – | – | – | – |
Cu | – | – | – | SO2 | NO | NO2 |
Hg | – | – | – | SO2 | NO | NO2 |
Ag | – | – | – | SO2 | NO | NO2 |
Pt | – | – | – | – | – | – |
Au | – | – | – | – | – | – |
По своей активности все металлы расположены в определенной последовательности, образуя ряд активности или ряд стандартных электродных потенциалов:
Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
В этом ряду каждый предыдущий металл вытесняет из соединений все последующие металлы.
Электролиз мы рассматривали ранее. Здесь же коротко напомним его основные моменты. Анод — положительный электрод, на нем происходит окисление; катод — отрицательный электрод, на нем происходит восстановление. При электролизе расплава происходит распределение ионов соли в анодном и катодном пространстве. Ион металла восстанавливается до металла, а кислотный остаток бескислородной кислоты окисляется до соответствующего газа или элемента. Электролиз растворов солей более сложен из-за возможности участия в электродных процессах молекул воды. На катоде: 1) ионы металлов от лития до алюминия не восстанавливаются, но идет процесс восстановления водорода из воды, 2) ионы металлов от алюминия до водорода восстанавливаются до металлов вместе с восстановлением водорода из воды, 3) ионы металлов от висмута до золота восстанавливаются до металлов. На аноде: 1) анионы бескислородных кислот окисляются до соответствующих элементов, 2) при электролизе солей кислородсодержащих кислот происходит окисление не кислотных остатков, а воды с выделением кислорода, 3) в щелочных растворах происходит окисление гидроксид-ионов до кислорода и воды, 4) при использовании растворимых анодов, на них образуются катионы металла, из которого сделан анод.
Металлическая связь. Связь между положительными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью.
Физические свойства. Для всех металлов характерны электро- и теплопроводность, пластичность, металлический блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Металлы различаются по плотности: самый легкий металл литий ( ρ = 0,53 г/см3).
Основные промышленные способы получения металлов:
- Пирометаллургический:
1) коксотермия Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
Fe(CO)3 → Fe + 3CO
2) алюмотермия Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
3) магнийтермия TiO2 + 2Mg → Ti + 2MgO
4) водородотермия CuO + H2 → Cu + H2O
2. Электрохимический:
1) электролиз расплавов: NiCl2 → Ni + Cl2
2) электролиз растворов: MnSO4 + 2H2O → Mn + O2 + H2 + H2SO4
3. Гидрометаллургический:
Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4.
Коррозия – это самопроизврольный процесс разрушения металлов при ввзаимодействии их с окружающей средой, например, железо на воздухе: 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
Коррозия наносит большой ущерб народному хозяйству. Поэтому с коррозией ведут борьбу. Существуют следующие методы защиты металлов от коррозии.
1. Исключение контакта металла с атмосферой и электролитами. Это может быть достигнуто нанесением защитных покрытий:
а) неметаллических – специальные лаки, краски, эмали;
б) химических – покрытий, к которым относятся искуственно создаваемые поверхностные пленки (оксидные, фосфатные, нитридные и др.);
в) металлических – покрытий, полученных электрохимическим осаждением на защищаемой детали тонкого слоя другого металла (хромирование, никелирование, цинкование, лужение и т.д.);
2. Электрохимические методы защиты:
а) протекторная – к защищаемому металлу присоединяется кусок более активного металла, который и разрушается в присутствии электролита;
б) катодная – металлоконструкции подсоединяются к катоду внешнего источника тока, что исключает возможность их анодного разрушения.
3. Специальная обработка электролита или среды, в которой находится защищаемая конструкция:
а) введение веществ-ингибиторов, замедляющих коррозию;
б) удаление растворенного воздуха в воде (деаэрация) – например, в воде, поступающей в котельные установки.
Это был урок химии 10 — Металлы. Общая характеристика. Металлическая связь. Физические и химические свойства, методы получения. Коррозия металлов.
{lang: ‘ru’}