Какое положение в периодической системе элементов занимают металлы

Обновлено: 28.09.2024

Оборудование: Видеоролик; карточки с заданиями; коллекция металлов; периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева; демонстрационная компьютерная техника.

1. Организационный момент (учащиеся распределены по 5 группам)

Здравствуйте дорогие ребята. Сегодня у вас необычный урок. Вы изучили тему “Химические реакции” и вам предстоит перейти к изучению нового раздела неорганической химии. Вы сегодня познакомитесь с веществами, с которыми мы сталкиваемся на каждом шагу, без которых наша жизнь стала бы невозможной. Работать вы будете группами, каждая из которых будет выполнять свое задание.

2. Актуализация опорных знаний

Чтобы узнать о каких веществах пойдет речь, я вам предлагаю посмотреть небольшой видеоролик (кинофрагмент).

- Как вы думаете, о каких веществах пойдет сегодня речь?

- Как эти вещества связаны с нашим металлургическим заводом?

Тема нашего урока “Металлы” (на доске прикрепляется название темы “Металлы”).Приложение 1

М.В. Ломоносов посвятил металлам такие строки: “Металлы подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным. Ими защищаемся от нападения неприятеля, ими утверждаются корабли и силою их связаны. Металлы отверзают недро земное к плодородию, служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего…. И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может”.

3. Изучение нового материала

С незапамятных времен человек познакомился с семеркой металлов: железом, медью, серебром, оловом, золотом, ртутью и свинцом. Два из них – золото и серебро – за красоту и стойкость стали называться благородными. К другим металлам отношение было не менее почтительное. Известны периоды в истории человечества, когда железо ценилось дороже золота. Но главное достоинство так называемых простых металлов в том, что эти великие труженики сыграли решающую роль в развитии цивилизации. Где бы вы ни были дома, на улице или в транспорте – вокруг нас трудятся металлы. А какое множество тайн и загадок хранит их производство и применение.

В средневековой Европе каждому металлу, входящему в замечательную семерку, была посвящена одна из крупнейших планет. Научный трактат того времени, написанный в стихотворной форме, сообщает следующее:

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

Меди была посвящена Венера, Марсу соответствовало гремящее в боях железо, серебру – Селена (Луна), золоту – Гелиос (Солнце), олову – Юпитер, свинцу – Сатурн и ртути – Меркурий. Алхимики полагали, что металлы рождаются в недрах Земли под влиянием лучей Солнца. Астрологи считали, что каждая планета управляет судьбой металла на Земле, поэтому металлы обозначали знаком планеты. Само слово “металл” произошло от греческого слова “металлон”, что означает “шахта”, “копи”.

История человечества выделяет три века, связанных с металлами: медный, бронзовый, железный.

- Почему именно в таком порядке? Как вы думаете?

- В каком веке мы сегодня живем?

- А какими металлами и их соединениями богат Кузбасс?

Чтобы ответить на этот вопрос воспользуемся физической картой и своими знаниями по географии.

Задание 1. По карте определите основные месторождения металлических руд и металлов Кузбасса и укажите их местоположение (работа в группе с физической картой полезных ископаемых).

(В Кузбассе известны многочисленные месторождения высококачественных железных руд, а также редких цветных металлов – золота, серебра, цинка, алюминия, меди, марганца).

Металлы встречаются не только на нашей планете, например на Луне, обнаружено большое количество самородного железа.

- А как определить металлом или неметаллом является вещество?

У вас на столах находятся карточки с химическими знаками разных простых веществ. Определите, сколько из них относятся к металлам.

Задание 2. (групповая работа) (Приложение 3).

- К какой группе отнести незнакомые вам вещества?

- Как узнать по химическому знаку к металлам или неметаллам можно отнести элемент?

Таким образом, первым вопросом нашего урока будет изучение положения металлов в периодической системе химических элементов (на доске прикрепляется название первого пункта плана урока “Положение металлов в периодической системе химических элементов”).

- В каких группах больше всего металлов?

- В каких периодах содержатся металлы?

- Сделайте вывод, как по ПСХЭ определить принадлежность простого вещества к той или иной группе?

Запомните, что в короткопериодном варианте ПСХЭ четные ряды больших периодов состоят только из металлов, равно как и все побочные подгруппы представлены только металлами! К металлам относятся также лантаноиды и актиноиды.

В итоге из 118 химических элементов ПС к металлам относятся 89.

- Как меняются металлические и неметаллические свойства элементов в группах? в периодах?

- С чем это связано?

- А что еще можно узнать об атомах по периодической системе химических элементов? (Строение атома и закономерности изменения свойств элементов).

Каковы особенности строения атомов металлов вам сейчас и предстоит узнать.

Значит, важным вопросом, при изучении свойств вещества является положение элемента в ПСХЭ и строение его атома (на доске прикрепляется название второго вопроса урока “Особенности строения атомов металлов”).

Каждая группа будет работать с семейством определенных металлов по заданиям 1, которые находятся у вас на столах. Возьмите пакет с заданием 1, внимательно прочитайте его и заполните соответствующие графы в своих тетрадях. Как только группа справится со своим заданием, данные внесите в соответствующую графу на доске (Приложение 4, 5).

Задание 1. (групповая работа с разными семействами металлов). Учащиеся работают с таблицами и вносят данные в сводную таблицу на доске (Приложение 5).

- Каковы особенности строения атомов металлов?

- Что сходного у металлов одной группы?

- Как изменяются радиусы атомов металлов в периодах и группах?

- Обоснуйте, почему полоний (84) и висмут (83) тоже относятся к металлам?

1. Для металлов характерно небольшое число электронов (1-3) на внешнем слое;

2. Металлы обладают сравнительно большим радиусом атома, чем неметаллы.

Бор содержит 3 электрона на внешнем слое, но не является металлом, так как имеет маленький радиус атома. Ванадий и полоний содержат 5 и 6 электронов соответственно на внешнем слое, но являются металлами, так как имеют большой радиус атома.

- А зачем нужно знать строение атома? (предсказывать свойства).

- На какие группы делятся свойства веществ?

- Что мы понимаем под физическими свойствами вещества?

- Что мы понимаем под химическими свойствами вещества?

Следующим этапом нашей работы будет изучение физических свойств металлов (на доске пункт плана “Физические свойства металлов”).

Перед вами коллекция разных металлов и некоторых изделий из них. Используя коллекцию, учебник и справочные материалы выполните задание 2. Заполните соответствующую графу в своих тетрадях, а затем внесите данные в сводную таблицу на доске (Приложение 4, 5).

Задание 2. (групповая работа с заданиями 2).

- Назовите общие физические свойства металлов.

- Как можно объяснить наличие общих физических свойств у такого большого числа разнообразных простых веществ?

- Каковы особенности металлической кристаллической решетки и металлической связи?

Физические свойства металлов определяются именно их строением. Все металлы, кроме ртути, при обычных условиях – твердые вещества. Однако это свойство различно у каждого из металлов. Самые мягкие – натрий, калий и индий легко режутся ножом, самый твердый – хром – царапает стекло (приложение).

По плотности металлы делятся на легкие и тяжелые. К легким относятся металлы – натрий, калий, магний, алюминий, к тяжелым – цинк, олово, свинец, серебро, золото (приложение).

Самыми блестящими металлами являются – ртуть, серебро, палладий.

По электро- и теплопроводности первое место принадлежит серебру, затем идет медь, золото, алюминий, цинк, железо, свинец и т.д.

- Какие физические свойства металлов обусловлены наличием свободных электронов?

- Какие металлы наиболее электропроводны? теплопроводны?

- Какие металлы входят в состав электрической лампочки? Какие функции они там выполняют?

- По каким свойствам металлы отличаются друг от друга? Почему?

Таким образом, физические свойства металлов связаны со строением атомов металлов, наличием металлической связи и кристаллической металлической решеткой.

А для чего необходимо изучать свойства веществ? (На доске следующий вопрос плана урока “Роль металлов в нашей жизни”).

О некоторых металлах и их применениях расскажут ребята разных групп.

Что интересного и где можно еще узнать о металлах расскажет библиотекарь школы.

(Библиотекарь знакомит учащихся с литературой о металлах и сайтами, на которых можно найти сведения о металлах).

4. Проверка полученных знаний.

1-я группа. Почему металлы, над изучением которых вы сегодня работали, называются щелочными?
2-я группа. Какие металлы относятся к щелочноземельным и почему они так называются?
3-я группа. Почему для изучения свойств элементов этой группы взяли только алюминий?
4-я группа. Почему железо называют переходным элементом?

Групповая работа с тестами. (Приложение 6).

5. Подведение итогов урока

- С какой группой веществ вы сегодня познакомились?

- Какие вопросы мы рассмотрели с вами на уроке?

Дорогие ребята. Наш урок подходит к концу. Можно ли считать, что вы успешно справились с поставленными перед вами задачами и расширили свои знания о металлах.

Возьмите листочки с вопросами, которые мы сегодня разбирали на уроке, и поставьте знак “-” если вы не узнали ничего нового сегодня по этому вопросу и знак “+”, если вам удалось расширить свои знания по данной теме.

Поднимите руку, у кого знаков плюсов больше.

А теперь проведем самоанализ своей работы, поставив цифру

“2” - я был на уроке;

“3” - я слушал и смотрел, как работают другие;

“4” - я изучал литературу, помогал отбирать материал, вносил предложения;

“5” - я изучал предложенную литературу, активно участвовал в работе группы, был генератором идей.

Итоговая оценка будет выставлена с учетом вашего конспекта по данной теме.

7. Домашнее задание. (Приложение 5)

1. Общая характеристика элементов металлов

Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) образуют простые вещества с металлическими свойствами, поэтому их называют металлическими элементами .

Металлические химические элементы в природе могут встречаться как в виде простых веществ, так и в виде соединений. То, в каком виде встречаются металлические элементы в природе, зависит от химической активности образуемых ими металлов.

Металлические элементы, образующие химически активные металлы ( Li–Mg ), в природе чаще всего встречаются в виде солей (хлоридов, фторидов, сульфатов, фосфатов и других).

Соли, образуемые этими металлами, являются главной составной частью распространённых в земной коре минералов и горных пород.

В растворённом виде соли натрия, кальция и магния содержатся в природных водах. Кроме того, соли активных металлов — важная составная часть живых организмов. Например, фосфат кальция Ca 3 ( P O 4 ) 2 является главной минеральной составной частью костной ткани.

Металлические химические элементы, образующие металлы средней активности ( Al–Pb ), в природе чаще всего встречаются в виде оксидов и сульфидов.

Металлические элементы, образующие химически неактивные металлы ( Cu–Au ), в природе чаще всего встречаются в виде простых веществ.


Рис. \(7\). Самородное золото Au	Рис. \(8\). Самородное серебро Ag	Рис. \(9\). Самородная платина Pt

Исключение составляют медь и ртуть, которые в природе встречаются также в виде химических соединений.

В Периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и находятся в главных (А) и побочных (Б) группах.

Рис. \(13\). Положение металлов в Периодической системе. Знаки металлических химических элементов расположены ниже ломаной линии B — Si — As — Te

В электронной оболочке атомов металлов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(1\) до \(3\) электронов. Исключение составляют только металлы \(IV\)А, \(V\)А и \(VI\)А группы, у которых на наружном энергетическом уровне находятся соответственно четыре, пять или шесть электронов.

В атомах металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на внешнем энергетическом уровне, а у металлов побочных подгрупп — ещё и на предвнешнем энергетическом уровне.

Радиусы атомов металлов больше, чем у атомов неметаллов того же периода. В силу отдалённости положительно заряженного ядра атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны.

Рис. \(14\). Характер изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и в группах. Радиусы атомов металлов существенно больше, чем радиусы атомов неметаллов, находящихся в том же периоде

Главное отличительное свойство металлов — это их сравнительно невысокая электроотрицательность (ЭО) по сравнению с неметаллами.

Рис. \(15\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу). ОЭО металлических химических элементов уступает соответствующей величине неметаллических химических элементов

Атомы металлов, вступая в химические реакции, способны только отдавать электроны, то есть окисляться, следовательно, в ходе превращений могут проявлять себя в качестве восстановителей .

Какое положение в периодической системе элементов занимают металлы

I. Периодический закон в свете теории строения атомов

Понятие	Физ. смысл	Характеристика понятия
Заряд ядра	Равен порядковому номеру элемента	Основная характеристика элемента, определяет химические свойства, так как с ростом заряда ядра увеличивается количество электронов в атоме, в том числе и на внешнем уровне. Следовательно, изменяются свойства
Периодичность	С увеличением заряда ядра наблюдается периодическая повторяемость строения внешнего уровня, следовательно, периодически изменяются свойства (внешние электроны – валентные)

II. Периодическая система в свете теории строения атома

Равен числу протоновв ядре.

Равен числу электронов в атоме.

Горизонтальный ряд элементов.

1,2,3 – малые; 4,5,6 – большие; 7 – незавершенный.

В 1 периоде всего два элемента и больше быть не может. Это определяется формулой N = 2n 2

Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом.

Первые два элемента любого периода s - элементы, последние шесть р – элементы, между ними d - и f – элементы.

В периоде слева направо:

1.относит. атомная масса – увеличивается

2.заряд ядра – увеличивается

3.количество энерг. уровней – постоянно

4.кол-во электронов на внеш.уровне - увеличивается

5.радиус атомов – уменьшается

Следовательно, внешние электроны удерживаются сильнее, и металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются

В малых периодах этот переход происходит через 8 элементов, в больших – через 18 или 32.

В малых периодах валентность увеличивается от 1 до 7 один раз, в больших – два раза. В том месте, где происходит скачок в изменении высшей валентности, период делится на два рядя.

От периода к периоду происходит резкий скачок в изменении свойств элементов, так как появляется новый энергетический уровень.

Вертикальный ряд элементов.

Каждая группа делится на две подгруппы: главную и побочную. Главную подгруппу составляют s – ир – элементы, побочную -d - и f– элементы.

Подгруппы объединяют наиболее сходные между собой элементы.

В группе, в главной подгруппе сверху вниз:

2.число электронов на внеш. уровне – постоянно

3.заряд ядра – увеличивается

4.кол – во энерг. уровней – увеличивается

5.радиус атомов - увеличивается

Следовательно, внешние электроны удерживаются слабее, и металлические свойства элементов усиливаются, неметаллические- ослабевают.

Элементы некоторых подгрупп имеют названия:

1а группа – щелочные металлы

2а – щелочноземельные металлы

8а – инертные газы (имеют завершённый внешний уровень)

Выводы:

1. Чем меньше электронов на внешнем уровне и больше радиус атома, тем меньше электроотрицательность и легче отдавать внешние электроны, следовательно, тем сильнее выражены металлические свойства

Чем больше электронов на внешнем уровне и меньше радиус атома, тем больше электроотрицательность и тем легче принимать электроны, следовательно, тем сильнее неметаллические свойства.

2. Для металлов характерна отдача электронов, для неметаллов – прием.

III. Особое положение водорода в периодической системе

Водород в периодической системе занимает две клетки (в одной из них заключен в скобки) – в 1 группе и в 7 – ой.

В первой группе водород стоит потому, что у него, как и у элементов первой группы, на внешнем уровне один электрон.

В седьмой группе водород стоит потому, что у него, как и у элементов седьмой группы, до завершения энергетического уровня.

IV. План – алгоритм характеристики элемента по его положению в ПСХЭ Д. И. Менделеева

4.Номер периода (большой 4-7 или малый 1-3)

5.Номер группы, подгруппа (главная «А» или побочная «Б»)

6.Состав атома: число электронов, число протонов, число нейтронов

Подсказка!

Число электронов = числу протонов = порядковому номеру;

Число нейтронов = атомная масса (Ar из таблицы Менделеева) – число протонов.

7. Вид элемента (s, p, d, f)

s-элементы: это первые два элемента в 1-7 периодах;

p-элементы: последние шесть элементов1-6 периодов;

d-элементы: это элементы больших периодов (по 10 штук) между s- и p-элементами;

f-элементы: это элементы 6 и 7 периодов – лантаноиды и актиноиды, они вынесены вниз таблицы.

8.Схема строения атома (распределение электронов по энергоуровням), завершённость внешнего уровня.

Подсказка! Внешний уровень завершён у элементов VIII группы главной подгруппы "А" - Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.

Подсказка! Для написания схемы нужно знать следующее:

Заряд ядра атома = порядковому номеру атома;

Число энергетических уровней определяют по номеру периода, в котором находится элемент;

У s- и p-элементов на последнем (внешнем) от ядра энергетическом уровне число электронов равно номеру группы, в которой находится элемент.

У d- элементов на последнем уровне число электронов всегда равно 2 (исключения – хром, медь, серебро, золото и некоторые другие на последнем уровне содержат 1 электрон).

Максимальное возможное число электронов на уровнях определяют по формуле N_{электронов} = 2n 2 , где n – номер энергоуровня.

Например, I уровень – 2 электрона, II – 8 электронов, III – 18 электронов, IV – 32 электрона и т.д.

9.Электронная и электронно-графическая формулы строения атома

Для написания электронной формулы используйте шкалу энергий:

Помните! На s – орбитали максимум может быть 2 электрона, на p – 6, на d – 10, на f – 14 электронов.

Например, ₊₁₁Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; ₊₂₂Ti 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

10.Металл или неметалл

К неметаллам относятся: 2 s-элемента - водород и гелий и 20 p-элементов – бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон, кремний, фосфор, сера, хлор, аргон, мышьяк, селен, бром, криптон, теллур, йод, ксенон, астат и радон.

К металлам относятся: все d- и f-элементы, все s-элементы (исключения водород и гелий), некоторые p-элементы.

11.Высший оксид (только для s, p)

Общая формула высшего оксида дана под группой химических элементов (R₂O, RO и т.д.)

12.Летучее водородное соединение (только для s, p)

Общая формула летучего водородного соединения дана под группой химических элементов (RH₄, RH₃ и т.д.) – только для элементов 4 -8 групп.

V. Задание для самостоятельной работы

Дайте характеристику следующим элементам по плану: кальций, фосфор, медь.

VI. Тренажеры

«Лабиринт по периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева»

Необходимо найти верный путь к финишу, отмечая его последовательно цифрами, начиная с 1. (Подсказка: количество ходов – 9.)

2NaCl – расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl₂↑

CaCl₂ – расплав, электр. ток. → Ca + Cl₂↑

4NaOH – расплав, электр. ток. → 4Na + O₂↑ + 2H₂O

2. Восстановление металлов средней активности и неактивных металлов электролизом из растворов их солей.

Олово образуется при электролизе раствора хлорида олова(II): Sn +2 Cl₂ −1 → (электролиз) Sn 0 +Cl 0 ₂
Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюминия в криолите Na₃AlF₆ (из бокситов): 2Al₂O₃ – расплав в криолите, электр. ток. → 4Al + 3O₂↑
Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:2CuSO₄+2H₂O – раствор, электр. ток. → 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄

Электролиз используют для очистки металлов (электролитическое рафинирование).

Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов 1 в электролизер 3. При пропускании тока металл, подлежащий очистке 1, подвергается анодному растворению, то есть переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде 2, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми 4, либо переходят в электролит и удаляются.

Большинство металлов переводят в слитки при помощи литья: расплавленный металл заливают в форму, где он и застывает. Однако наиболее тугоплавкие металлы, например, вольфрам, из которого делают нити накаливания элепктроламп, расплавить в печи необычайно трудно. Для получения их слитков применяют порошковую металлургию – особый метод, позволяющий избежать литья. Он основан на спекании предварительно спрессованного порошка металла при температуре выше 1000°C в атмосфере водорода. Затем через брусок из металла пропускают электрический ток, за счет чего он разогревается до температуры плавления, и при этом отдельные его зерна свариваются друг с другом. Полученное изделие подвергают горячей ковке и прокатке.

V. Нахождение металлов в природе

Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.

1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)

2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe₃O₄, FeS₂)

3. Благородные – в свободном виде (Au, Pt, Ag)

В свободном состоянии присутствуют в природе металлы, которые либо плохо окисляются кислородом, либо совсем не окисляются. Например, платина, золото, серебро. Реже – медь, ртуть и некоторые другие. Самородные металлы встречаются в природе в небольших количествах в виде зерен или вкраплений в различных минералах. Лишь изредка они образуют большие куски – самородки. Самый большой самородок золота весил 112 кг. Иногда металлы практически в чистом виде содержатся в метеоритах. Так, некоторые предметы из высокочистого железа, найденные археологами, объясняются именно тем, что они были изготовлены из метеоритного железа. Но чаще всего металлы существуют в природе в связанном состоянии в составе минералов.

Минерал – это химически и физически индивидуализированный продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.

Очень часто это оксиды. Например, оксид железа (III) Fe₂O₃ – гематит, или красный железняк. Рис. 1.

Fe₃O₄ – магнетит, или магнитный железняк. Нередко минералами являются сульфидные соединения: галенит ZnS, киноварь HgS.

Активные металлы часто присутствуют в природе в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты).

Минералы входят в состав горных пород и руд. Рудами называются природные образования, содержащие минералы в таком количестве, чтоб из этих руд было выгодно получать металлы. Обычно перед получением металла из руды руду обогащают, удаляя пустую породу и различные примеси. При этом образуется концентрат, который и является исходным сырьем для металлургической промышленности.

VI. Химические свойства металлов

Общие химические свойства металлов представлены в таблице:

Важно запомнить, что в химических реакциях металлы выступают в качестве восстановителей: отдают электроны и повышают свою степень окисления. Рассмотрим некоторые реакции, в которых участвуют металлы.

1. Взаимодействие с кислородом

Многие металлы могут вступать в реакцию с кислородом. Обычно продуктами этих реакций являются оксиды, но есть и исключения, о которых вы узнаете на следующем уроке. Рассмотрим взаимодействие магния с кислородом.

Магний горит в кислороде, при этом образуется оксид магния:

2Mg 0 + O₂ 0 = 2Mg +2 O -2

Рис. 1. Горение магния в кислороде

Атомы магния отдают свои внешние электроны атомам кислорода: два атома магния отдают по два электрона двум атомам кислорода. При этом магний выступает в роли восстановителя, а кислород – в роли окислителя.

Обратите внимание. Серебро, золото и платина с кислородом не реагируют.

2. Взаимодействие с галогенами, образуются галогениды

Для металлов характерна реакция с галогенами. Продуктом такой реакции является галогенид металла, например, хлорид.

Рис. 2. Горение калия в хлоре

Калий сгорает в хлоре образованием хлорида калия:

2К 0 + Cl₂ 0 = 2K +1 Cl -1

Два атома калия отдают молекуле хлора по одному электрону. Калий, повышая степень окисления, играет роль восстановителя, а хлор, понижая степень окисления,- роль окислителя

3. Взаимодействие с серой

Многие металлы реагируют с серой с образованием сульфидов. В этих реакциях металлы также выступают в роли восстановителей, тогда как сера будет окислителем. Сера в сульфидах находится в степени окисления -2, т.е. она понижает свою степень окисления с 0 до -2. Например, железо при нагревании реагирует с серой с образованием сульфида железа (II):

Fe 0 + S 0 = Fe +2 S -2

Рис. 3. Взаимодействие железа с серой

Металлы также могут реагировать с водородом, азотом и другими неметаллами при определенных условиях.

4. Взаимодействие с водой

Металлы по - разному реагируют с водой:

Помните.

Алюминий реагирует с водой подобно активным металлам, образуя основание:

Раскалённое железо реагирует с водяным паром, образуя смешанный оксид — железную окалину Fe₃O₄ и водород: 3Fe 0 +4H +1 ₂O −2 → Fe +2 O −2 ⋅Fe +3 ₂O −2 ₃ + 4H 0 ₂

5. Взаимодействие с кислотами

Металлы особо реагируют с серной концентрированной и азотной кислотами:

Урок химии "Положение металлов в Периодической системе Д.И. Менделеева. Физические свойства металлов"

Образовательная - рассмотреть положение металлов в системе элементов Д.И. Менделеева, познакомить учащихся с основными физическими свойствами металлов, выяснить, чем они обусловлены; выявить закономерности проявления металлами физических свойств; ввести понятие о сплавах и их свойствах.

Развивающая - развивать теоретическое мышление учащихся и их умение прогнозировать физические свойства металлов на основе их строения.

Воспитательная - способствовать развитию познавательного интереса учащихся к изучению химии,

Учащиеся должны изучить положение металлов в Периодической системе элементов,
Выяснить особенности строения их атомов и кристаллов; физические свойства металлов; отличие свойств металлов от свойств их сплавов.
Уметь применять полученные знания при выполнении заданий, упражнений по данной теме.

Тип урока: урок изучения нового материала.

коллекция металлов и сплавов; таблицы "Виды химической связи", "Типы кристаллических решеток" и "Общие физические свойства металлов",
две стеклянные пластинки и вода для проведения опыта.

Ход урока

I. Организационный момент

(учитель знакомит учащихся с темой урока, записанной на доске, планом проведения урока).

II. Новый материал

Учитель задает вопросы учащимся:

1. Как изменяются в периодах периодической системы свойства химических элементов?

2. Как изменяются свойства химических элементов в главных подгруппах?

3. Где располагаются металлы в периодической системе?

Учащиеся делают выводы:

- Металлами называют химические элементы и простые вещества.

- Металлы занимают левую нижнюю часть периодической системы. А, следовательно, их атомы имеют большие радиусы и, как правило, небольшое количество валентных электронов. Для их ионизации требуется относительно небольшая энергия. Возникающие положительные ионы металла удерживаются все вместе за счет притяжения ко всем свободно движущимся в металле электронам.

Учитель демонстрирует таблицу "Виды химической связи", задает вопрос учащимся: в чем сходство и различия между металлической связью и ковалентной? Между металлической и ионной? (сходство с ковалентной: валентные электроны находятся в общем пользовании, но в случае ковалентной в общем пользовании только двух атомов, а в случае металлической связи эти электроны связывают все атомы куска металла, создают "электронный газ". С ионной связью металлическая сходна наличием ионов, но в металлической положительные ионы удерживаются "электронным газом", а в ионной - положительными ионами).но нтные электроны находятся в общем пользовани,еми положительными ю ко всем свободным

Учитель демонстрирует таблицу "Типы кристаллических решеток":

Благодаря притяжению всех свободных электронов всеми положительными ионами металлическая связь очень прочна, поэтому для металлов характерны кристаллические решетки с плотной упаковкой ионов: гексагональная (цинк, магний), кубическая гранецентрированная (медь, серебро, алюминий) и менее плотная - кубическая объемноцентрированная (железо, натрий, барий).

Учитель: И так, металл - это вид атомов, способных легко отдавать при химических реакциях электроны, входить в состав химических соединений в виде положительно заряженных ионов, а также образовывать простые вещества с характерными для металлов физическими свойствами. Рассмотрите образцы металлов и назовите, какими общими физическими свойствами они обладают?

Учащиеся называют: электропроводность, теплопроводность, металлический блеск, твердость, пластичность.

Учитель: Как можно объяснить наличие общих физических свойств у такого большого числа разнообразных простых веществ?

-Учащиеся делают вывод: причина в особенностях металлической связи, структуре кристаллов металлического типа.

Учитель демонстрирует таблицу "Общие физические свойства металлов"

Учитель: Действительно, электрическая проводимость металлов объясняется движением свободных электронов. Почему при нагревании электрическая проводимость металлов уменьшается? Чем обусловлена теплопроводность, и как она изменяется при нагревании? (отвечать на вопросы помогает таблица).

Пластичность - способность изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы, вытягиваться в проволоку.

В чем причина пластичности металлов? В этом нам поможет разобраться следующий опыт: две стеклянные пластинки смачиваем водой и прижимаем друг к другу. Они легко скользят друг по другу, но их трудно разъединить. Прослойка воды имитирует свободные электроны, а значит причина пластичности - также особое строение кристаллической решетки.

Металлический блеск также обусловлен особым строением металлов (благодаря свободным электронам металлы хорошо отражают световые лучи).

Учитель: Да, металлы обладают общими физическими свойствами, которые обусловлены их особым строением, но у разных металлов степень проявления каждого свойства различна. Так, лучшей электропроводностью обладает серебро, на втором месте - медь, а на третьем - золото.

Такие различия в проявлении физических свойств связаны с тем, как плотно упакованы ионы в кристаллической решетке металла, каковы их размеры и сколько валентных электронов у каждого атома обобществляется. Например, чем большее число атомов металла находиться в единице объема металла, тем большей плотностью он будет обладать. Наиболее плотная упаковка ионов в кристаллах гексагонального вида. Однако плотность вещества зависит не только от вида кристаллической решетки, но и от массы составляющих его ионов и от их радиусов. Поэтому наименьшей плотностью обладают щелочные металлы. Самый тяжелый из всех металлов - осмий.

Если металлы образуют кристаллы одного вида (например, щелочные металлы), то возрастание плотности по ряду от лития до цезия объясняется увеличением их атомных масс и масс образуемых ионов, т.к. массы возрастают в большей степени, чем атомные радиусы. Если металлы образуют кристаллы разного вида, то закономерность более сложная, и ее описанием занимается больше физика, чем химия.

В зависимости от плотности металлы принято делить на легкие (их плотность менее 5 г/см 3 ) и тяжелые (их плотность более 5 г/см 3 ). Так у алюминия плотность - 2, 7 г/см 3 - металл легкий.

Пластичность металлов также зависит от вида кристалла и от количества связывающих электронов, от размеров ионов.

Самый пластичный - золото. Кусочек золота величиной со спичечную головку можно расплющить в просвечивающий голубовато-зеленым светом лист площадью 50 квадратных метров. Образец золота весом 1г можно протянуть в проволоку длиной 2 км. Исстари на Руси выделывали "сусальное золото": сначала его прокатывали в вальцах до толщины листа писчей бумаги, затем укладывали между тонкими пленками, снятыми со слепой кишки коровы и прокатывали на наковальне деревянными молоточками. Повторяя эту операцию неоднократно, получали листочки золота толщиной всего в десятую долю микрона, т.е. 500 атомов. "Сусальное золото" шло на покрытие деревянных предметов, кожи и т.п.

Самые хрупкие металлы V, VI, VII групп. У них от 5 до 7 валентных электронов, следовательно, очень крепкая связь ионов между собой, что препятствует их скольжению друг относительно друга, снижает пластичность. Этим же объясняется их тугоплавкость и твердость.

Чем меньше количество свободных электронов, чем больше размеры ионов, чем слабее связи ионов, тем мягче металлы. Самые мягкие - щелочные металлы, самый твердый - хром.

Температуры плавления металлов изменяются в очень широких пределах: от минус 39°С до 3410 у вольфрама. Ртуть единственный жидкий при обычных условиях металл.

Следует еще раз обратить внимание учащихся, что степень проявления физических свойств у разных металлов зависит не только от количества валентных электронов, но и от вида кристаллической решетки, размеров атомов и ионов, т.е. причины проявления металлами физических свойств многообразны.

(Общие физические свойства металлов обобщены в таблице, которая должна быть на доске или спроецирована через проектор. Можно распечатать и раздать таблицу каждому ребенку до начала урока, чтобы он воспользовался ею при изучении нового материала - это позволит сэкономить время при объяснении, при выполнении заданий и при подготовке к следующему уроку).

Учитель: Так как разные металлы имеют сходные металлические связи, а в ряде случаев образуют сходные металлические кристаллы, то многие из них при переходе в расплавленное состояние могут смешиваться друг с другом и образовывать сплавы. Сплавы могут образовывать и атомы металлов с неметаллами. Сплавы обладают другими, более разнообразными свойствами, по сравнению с металлами в них входящими. Так, медь, олово и цинк - мягкие металлы, сплав же на их основе - бронза - очень твердый. Третник - сплав олова со свинцом используют при паянии, т.к. он имеет низкую температуру плавления. Наиболее распространенные сплавы металла и неметалла - чугун и сталь.

Исключительное значение имеют сплавы золота. Ведь чистое золото мягкое, его прочность невелика, оно легко истирается; например, монета из чистого золота при обращении теряет каждое столетие пятую часть своего веса. Добавка меди в золото делает его твердым и упругим. О количестве золота в ювелирном изделии расскажет его проба. Проба 583 указывает, что сплав содержит 58,3% золота, или 583 г в 1000г сплава.

Самостоятельная работа учащихся с учебником: Найдите в тексте учебника ответ на вопрос, почему отличаются свойства металлов, входящих в сплав и свойства сплава?

После выполнения - обсуждение: причина в различии размеров ионов у металлов, входящих в сплав, из-за чего изменяется структура металла, ионы раздвигаются или сжимаются.

III. Закрепление нового материла

1. Где в Периодической системе Д.И. Менделеева располагаются металлы?

2. В чем существенное отличие в строении атомов металлов от неметаллов?

3. Перечислите общие физические свойства металлов.

4. Почему металлы обладают сходными физическими свойствами?

5. Назовите самый пластичный металл, самый электропроводный, самый твердый.

6. От чего зависит степень проявления каждого из физических свойств у разных металлов?

7. Почему возможно образование сплавов?

8. Почему сплавы отличаются по свойствам от исходных металлов? Приведите примеры.

IV. Домашнее задание п. 21.2 (учебник Л.С. Гузея до темы "Коррозия")

В чем различие между металлической, ковалентной и ионной химическими связями?
Почему соединения с ковалентной связью не проводят электрического тока, а соединения с металлической связью ток проводят?

(При подготовке использовать таблицу "Общие физические свойства металлов")

Используемая литература

2. "Энциклопедия школьника. Неорганическая химия" гл.ред. И.П.Алимарин - М., "Советская энциклопедия" 1975.

3. "Химия. Справочные материалы" под ред. Ю.Д. Третьякова - М.,"Просвещение", 1989.

Читайте также: