Вывод металлы и неметаллы
Обновлено: 04.10.2024
Тема урока совпадает с темой календарно-тематического планирования.
Цель урока: сформировать понятие о положении металлов и неметаллов в ПС, строении их атомов, физических и химических свойствах металлов и неметаллов и их окислительных и восстановительных способностях.
Задачи урока: - образовательные: - сформировать понятие о строении и свойствах металлов и неметаллов; - научить использовать приобретённые знания для объяснения явлений окружающей среды; - проверить знания о строении металлов и их физических свойствах. - развивающие: - совершенствовать умения записывать уравнения химических реакций; применять знания; - развивать познавательную активность учащихся, вырабатывать умение анализировать, делать выводы; - создать условия для развития познавательного интереса к предмету, эмоциональные ситуации удивления, занимательности. - воспитательные: - воспитывать экологическую культуру (на примере последствий загрязнения окружающей среды некоторыми неметаллами и тяжелыми металлами); - воспитывать коммуникативные компетенции, умение высказывать собственное мнение, сотрудничать в группе.
Тип урока: комбинированный, традиционный, изучение нового материала.
Форма урока: урок систематизации полученных ранее знаний
Методы и приемы: приемы активизации познавательной деятельности учащихся; групповая деятельность; исследовательская деятельность; ИКТ (презентация).
Средства обучения: компьютер; периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева; коллекции металлов и неметаллов; учебник «Химия» для 10 класса естественно-математического направления, авторы Н.Н. Нурахметов, К.Бекишев, Н.А Заграничная и др., Алматы: Мектеп, 2014 г.
Основные понятия: окислитель, восстановитель, электроотрицательность, аллотропия.
Организационный момент ц .
I. Подготовка учащихся к активному и сознательному усвоению нового материала.
II. Актуализация знаний (выявление уровня ЗУН и корректировка, первичное закрепление и контроль):
1) Характеристика элемента металла и неметалла
ü Положение металлов и неметаллов в ПСХЭ Д.И. Менделеева
ü Нахождение в природе
ü Строение атомов металлов и неметаллов
ü Окислительно-восстановительные возможности атомов металлов и неметаллов
ü Изменение свойств атомов металлов и неметаллов в периоде и группе
2) Характеристика простых веществ металлов и неметаллов
ü Строение металлов и неметаллов
ü Физическиесвойства металлов и неметаллов
ü Химические свойства металлов и неметаллов
III. Закрепление.
IV . Подведение итогов урока.
Организационный этап.
I. Актуализация знаний.
Несмотря 1 на то, что урок проводится в 10 классе, можно предложить учащимся загадки по теме урока. – Ребята, вам будут предложены загадки, которые нужно отгадать.
1.В чем горят дрова и газ,
Фосфор, водород, алмаз?
Дышит чем любой из нас
Каждый миг и каждый час?
Без чего мертва природа?
Правильно, без …(кислорода 1 )
2.Удивить готов он нас -
Он и уголь, и алмаз,
Он в карандашах сидит,
Потому что он — графит.
Грамотный народ поймет
То, что это …(углерод 1 )
3. Быть символом не каждому дано,
Но именем моим не без причины
Назвали руки, дождь, тельца, руно,
Сечение и мнений середину.
И в честь меня был назван даже век,
Когда был очень счастлив человек.
Что нынче в имени моем? А встарь
Считали все, что я - металлов царь. (ЗОЛОТО 1 )
4. Из глины я обыкновенной,
Но я на редкость современный.
Я не боюсь электротока,
Бесстрашно в воздухе лечу;
Служу на кухне я без срока -
Мне все задачи по плечу.
Горжусь своим я именем:
Зовусь я (АЛЮМИНИЙ 1 )
- Как вы думаете, к каким элементам относятся 1 эти элементы? Следовательно ц , какова тема нашего урока? Верно, сегодня на уроке мы будем говорить о металлах и неметаллах. Итак, запишите тему нашего урока: «Сравнительная характеристика металлов и неметаллов, их физические и химические свойства». (На слайде показана тема урока и цель).
Изучение нового материала.
- Действительно, все ц элементы делятся на две большие группы: металлы и неметаллы. Еще в древности люди обращали внимание на то, что известным в то время металлам в присущи определенные признаки, такие как металлический блеск, ковкость, теплопроводность, пластичность. Эти общие существенные и отличительные признаки стали характеризовать весь класс металлов. Так в результате такого обобщения появилось понятие «металл». А противоположностью этого понятия стало такое понятие как «неметалл».
- Вообще же в химии принято делить все элементы на металлы и неметаллы в зависимости от химических и физических свойств простых веществ (т.е от способа, которым осуществляется связывание отдельных атомов в простом веществе). Если связь металлическая, то соответственно простое вещество – металл с набором свойств. Неметаллам в определение дать труднее из-за их разнообразия. Главным у критерием может служить отсутствие ВСЕХ (без исключения) свойств металлов.
Но мы то с вами не «древние» люди, и легко вспомним определение понятий элементов металлов и неметаллов.
Неметаллы – хим ические ц элементы, атомы которых принимают электроны для завершения внешнего энергетического уровня 4 и более электронов и малому радиусу 3 атомов , отрицательно образуя при этом отрицательно заряженные ионы (анионы). Исключение составляют водород (1s 1 ) и гелий (1s 2 ), которые тоже рассматривают как неметаллы. Неметаллы обычно обладают большим спектром степеней окисления в своих соединениях. Металлы – это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (предвнешнего) электронного слоя, превращаясь при этом в положительно заряженные ионы (катионы).
1. Положение металлов и неметаллов в ПСХЭ.
В настоящее у время известно 88 элементов, относящихся к металлам и 22 элемента, включая инертные газы, - к неметаллам.
-Все Неметаллы (кроме Н) находятся в верхнем правом углу ПС над диагональю В - Si – As – Te - Аt. Металлы, соответственно, - в левом нижнем углу. Окислительные свойства неметаллов по ПСХЭ усиливаются к концу периода и к началу группы главной подгруппы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (назовите – Ве, А l , Ti , Ge ) – являются амфотерными. Если металлы занимают полностью 1-2 группы ПС, то неметаллы расположены вместе с металлами в главных подгруппах 3 - 8 групп.
2. Нахождение в природе.
- Металлов, как вы поняли, в природе в значительно больше, чем неметаллов в . Металлы в природе встречаются в 3-х формах:
1. в свободном виде;
2. как в свободном виде, так и соединениях;
3. только в виде соединений.
Самый в распространенный у металл на Земле – алюминий (более 8% от земной коры).
Только в соединениях – щелочные, щелочно-земельные металлы, как в свободном виде, так и виде соединений – никель, олово, свинец, главным в образом в виде соединений – медь, серебро, ртуть; только в свободном в виде – золото и платина.
Неметаллы в в природе бывают самородными м (азот и кислород в составе воздуха), сера в земной коре. Чаще всего – в виде соединений а (в первую очередь – это вода и растворенные в ней минеральные соли, затем – минералы и горные породы. Самыми распространенными м из неметаллов являются – кремний, водород и кислород, а редкими являются – иод, селен и теллур и мышьяк.
- 3. А) Каковы ми же особенности ми строения ап атомов неметаллов?
- на внешнем уровне имеют от 4 до 8 электронов
- небольшой радиус атомов
- стремятся принять электроны
- характерные связи: ионная и ковалентная
- все неметаллы – р-элементы.
Способность принимать электроны – это проявление окислительных свойств атомов элементов.
В) Особенности м строения атомов с металлов:
- имеют сравнительно большие размеры (радиусы), поэтому и их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. 2.
- наличие на внешнем энергетическом уровне 1—3 электронов.
- характерный тип химической связи – металлическая. Это означает, что валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом, поэтому в узлах кристаллических решеток находятся + ионы, между ними – свободно вращаются электроны, образуя так называемый «электронный газ»;
- металлы делятся на s -, p -, d - и f -элементы.
Самое характерное химическое свойство всех металлов — их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы .
4. Характеристика простых веществ металлов и неметаллов.
Какое понятие используется для количественной характеристики неметаллов? (ЭО)
Сравнивая значения ЭО неметаллов, можно сделать вывод, что один и тот же элемент в зависимости от расположения в ряду ЭО по отношению к одним элементам проявляет себя как окислитель, к другим – как восстановитель. Ниже всего значения ЭО – у металлов, выше всего – у неметаллов. Это мера неметалличности.
5. Физические и химические свойства металлов . Поработаем с учебником и раздаточным материалом (коллекции металлов и неметаллов, заранее на столы раздаются коллекции металлов и неметаллов, по возможности на каждую пару). Вам предлагается провести небольшое исследование. Сравните физические свойства полученных образцов металлов и неметаллов. Заполните в виде таблицы. В таблице должны быть отражены следующие моменты:
На задание дается около 8 минут, затем на слайде проверяем записи учеников.
6. Общие химические свойства металлов и неметаллов. – Металлы проявляют следующие химические свойства, характерные для большинства представителей этой группы (металлов). Все металлы – сильные восстановители. В реакциях отдают свои электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы – катионы. Взаимодействуют с неметаллами, с водой (не все металлы, рассмотрим более подробно на следующих уроках), реагируют с кислотами (за исключением некоторых представителей) и некоторыми солями. Запишем в виде схемы:
Для неметаллов характерны следующие общие химические свойства: если металлы проявляют себя исключительно восстановителями, то неметаллы могут проявлять и окислительные и восстановительные свойства в зависимости от природы взаимодействующего вещества. Среди неметаллов есть исключения, например фтор, который проявляет себя только как окислитель.
1.Назовите расположение металлов и неметаллов в ПСХЭ Д.И.Менделеева. (неметаллы расположены в верхнем правом углу ПС от линии бор-астат, остальные элементы - металлы).
2. Разделите элементы на две группы:
Se, Ca, Zn, Fr, As, Ar, Li, Rn, N, Sr.
А) Металлы : Ca, Zn, Fr, Li, Sr.
Б ) Неметаллы : Se, As, Ar, Rn, N
3. В чем заключается особенность физических свойств металлов, характерных только для них (ковкость, электропроводность, металлический блеск и т.д)? (данная особенность связана с наличием металлической кристаллической решетки у металлов).
VI . Рефлексия . Что я узнал сегодня на уроке?
Что для меня уже известный факт?
Чтобы я хотел еще узнать?
Периодическая система химических элементов
В этом разделе Вы познакомитесь подробно с периодической системой химических элементов (ПСХЭ). Рассмотрим: почему она носит такое название, почему её называют универсальной шпаргалкой, какие сведения можно получить, используя её на уроках не только химии, но и физики.
План урока:
Классификация химических элементов
Начнём с истории создания ПСХЭ. В определённый момент XIX века, когда наука значительно шагнула вперёд и достаточно быстрыми темпами открывались новые химические элементы, возникла необходимость рассортировать их. Несмотря на то, чтои все они отличались по своим свойствам, в процессе изучения можно было выделить общие их свойства.
Год открытия периодической системы считается 1869. Она была колоссальным успехом того времени, а так же не теряет актуальность и на данный момент.
Но давайте всё рассмотрим по порядку, ведь над проблемой систематизации на протяжении многих лет работало много учёных, которые внесли большой вклад в развитие науки. В силу разных причин, они не смогли в полной мере классифицировать элементы.
Так, самая первая попытка была разделить на металлы и неметаллы, автором которой был шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус.
Что характерно для металлов?
Представим перед собой, предметы с железа, золота, алюминия. Что первое мы можем сказать о свойствах этих металлов? Все они имеют металлический блеск.
Также они (за исключением ртути) при нормальных условиях находятся в твёрдом виде. Имеют хорошую электропроводность и теплопроводность, высокую плотность. Эти признаки объединяют группу металлов.
Как мы можем описать неметаллические вещества?
Какие они будут иметь общие характеристики? В простых соединениях неметаллы могут быть как газы (кислород О2, хлор Cl2, азот N2), жидкости (бром Br2), так и твёрдые вещества (алмаз – самоё твёрдое вещество, образован Углеродом С, также сера S, кремний Si, фосфор Р, йод I2).Они могут быть не только разного агрегатного состояния, но и иметь разнообразную окраску.
Но, не смотря на такие резкие отличия между ними, возможно выделить общие черты: они диэлектрики и не пластичны. Большинство неметаллов имеют молекулярное строение. Данная классификация актуальна и в наше время.
Над классификацией элементов трудилось много учёных разных стран. Работая независимо друг от друга, они обнаружили интересный факт, что свойства элементов зависят от их атомной массы.
Немецкий химик И.В. Деберейнер отметил, что некоторые элементы сходны свойствами, и их можно объединить в группы, название которым дал – триады. Масса одного из элементов является средним арифметическим элементов с максимальной и минимальной массой в группе.
Недостатком данной систематизации является то, что данным способом удалось получить всего 5 триад. Не трудно подсчитать, что систематизировано было всего 15 элементов, а остальные 56 элементов не вписывались в его классификацию. Однако Деберейнер один из немногих заметил связь между свойствами и атомной массой элемента.
Ещё один необычный способ предложил французский химик А.Э. Шанкартуа. За основу он взял спираль и на её витках разместил элементы в порядке возрастания их атомных масс. Другое название она получила «Теллуровый винт», потому что заканчивалась Теллуром. Заслугой «спирали-винта» было обращение внимания на подобные свойства Водорода и галогенов (Cl, Br, I). Таким образом удалось систематизировать 50 элементов.
Как совершенству нет предела, так и фантазиям учёных. Так английский учёный Джон Ньюлендс связал элементы с музыкой, он предоставил их в виде нот и заострил своё внимание на том, что каждый восьмой повторяет свойства первого.
Как оказалось, и эта классификация имеет недочёты, во-первых, она не располагала местом для новых элементов, а, во-вторых, в одно семейство попадали элементы с разными свойствами, которые не имели ничего общего: Cl и Pt, S, Fe и Au. Однако данная систематизация имела и положительные моменты, учёные заметили, что периодичность возникает на 8 элементе по счёту, также появилось понятие порядковый номер.
Отдельно хочется выделить немецкого учёного Лотара Мейера. Он разместил 28 элементов в виде таблицы. В принцип создания таблицы он заложил атомную массу, её увеличение, а также выделил столбцы элементов с одинаковой валентностью.
Ему понадобилось почти шесть лет, чтобы усовершенствовать свою таблицу и расположить остальные элементы, которые он не учёл в версии таблицы, выданной в 1864 году. Ошибка Мейера заключалась в том, что не было никаких обобщений и выводов, но как видно, он был близок к открытию не только периодической системы, но и закона.
Схема показывает, что учёные не одно десятилетие работали над созданием упорядоченной таблицы для элементов. Необходим был фундаментальный закон, который будет применим в естествознании.
В 1869 году русский учёный Дмитрий Менделеев создаёт периодическую систему. Об истории написания таблицы существует множество легенд, как и самом учёном. Менделеев был достаточно многогранной личностью, он трудился в разных сферах науки. Открыл секрет изготовления бездымного пороха, придумал способ передачи нефти, используя трубопровод. К нефти он особенно относился, считая сжигание нефти кощунством, так как она служит источником для получения множества вещества. «Человек-чемодан» можно также услышать о нём, потому что любимым его делом было изготавливать чемоданы. Но самой значимой его заслугой было создание периодической системы, которую, поговаривают, создал он во сне.
Строение периодической системы
Для начала рассмотрим понятия таблица и система. Вы не один раз видели таблицу, она состоит из строк и столбцов. Но почему творение Менделеева имеет названия как таблица, так система да еще и с добавлением периодическая.
В таблице содержится упорядоченная информация в определённом порядке. Система указывает, что сведения связаны между собой. Периодичность означает, что через какой-то промежуток или отрезок происходит повторение свойств.
Как уже известно, в периодической системе находятся элементы. Принцип их расположения - это увеличение их атомной массы.
В таблице имеются строки – это периоды, и столбцы – группы.
Существует несколько вариантов ПСХЭ, так называемый короткий и длинный вариант.
Короткий вариант имеет 8 групп, номера которых указаны римскими цифрами I, II…VIII, содержит главную (А) и побочную (В) группы. Длинный формат вмещает 18 групп, нумерация осуществляется арабскими цифрами I, II…XVIII,
Если посмотреть на таблицу, то видим закономерность, так как абсолютно каждый период будет начинаться активным металлом и заканчиваться инертным газом. Такая периодичность сохраняется 7 раз.
Как видно из таблицы, I период включает 2 элемента, II и III состоят из 8, IV и V содержат 18, самые большие – это VI и VII вмещают 32 элемента (VII период незаконченный).
В периоде с ростом атомной массы металлические свойства уменьшаются, неметаллические – увеличиваются.
Вертикальные столбцы образуют группы. Это условно компании, где собираются единомышленники. Точнее, располагаются элементы, подобные по своим свойствам.
Обратите внимание, что подобие характерно только в пределах подгруппы. Так, натрий и медь принадлежат одной I группе, но располагаются в разных подгруппах. Натрий – элемент главной подгруппы, медь – побочной. Именно по этой причине они будут иметь разные физические и химические свойства.
В пределах группы с ростом атомной массы металлические свойства увеличиваются, неметаллические – уменьшаются.
Таким образом, периодическую систему можно условно назвать домом химических элементов, где каждый из них занимает своё определённое место (порядковый номер) согласно его свойствам.
Рассмотрим подробнее на примере 2 и 3 периода. Что показывает сравнение: оба периода начинаются с активных металлов Li и Na, для которых характерно существование в виде соединений, в свободном виде могут находиться только под слоем керосина. Они относятся к группе щелочных металлов. Анализируя схему, мы видим, что первые три группы образованны металлами. С IV – VII находятся неметаллы. «Закрывают период» инертные газы.
Особое внимание располагают к себе элементы VI и VII периоды, которые образуют «семейство» лантаноидов (Лантан № 57) и актиноидов (Актиний 89), они формально близки к скандию. Но из-за их количества они вынесены за пределы системы.
Периодический закон Д. И. Менделеева
Проанализировав изменения свойств элементов II и III периода, можно сделать выводы, которые Д. И. Менделеев записал в виде периодического закона.
Благодаря периодическому закону, зная расположение элемента в периодической системе, мы можем прогнозировать свойства веществ. Элементы входят в состав как простых, так и сложных веществ, влияя при этом на их свойства. Обобщить данные тезисы можно в виде таблицы.
Таблица 1. Изменение свойств химических элементов в ПСХЭ
Рассмотрим на примере I группы. Li, Na, K, Cs, Fr собрались в компанию одновалентных металлов, которые образуют основные оксиды состава Ме2О. При взаимодействии с водой образуют щёлочь. Эти характеристики их объединяют. Теперь рассмотрим отличия. Вам уже известно, что в пределах группы с ростом атомной массы металлические свойства увеличиваются.
Как это сказывается на реакционной способности данных металлов?
Интенсивность и скорость реакции калия и лития с водой будет отличаться. Реакция калия будет сопровождаться бурным выделением водорода, в то время как литий будет спокойно реагировать с водой.
Зная формулу и состав высшего оксида, можем предположить его характер. Например, марганец образует оксиды MnO, MnO2, Mn2O7. Таблица поможет нам предположить их свойства.
MnO – будет основным оксидом (ищем аналогию со II группой), ему будет отвечать основание Mn(OH)2. Не трудно догадаться, что MnO2 и Mn2O7 будут кислотными (подобно IV и VII группе), они образуют кислоты H2MnO3 и HMnO4.
Свинец образует два оксида PbO и PbO2. Оксид свинца (II) PbO будет основной, оксид свинца (IV)PbO2– кислотный.
Характеристика элемента по его положению в периодической системе
Зная «прописку» элементов в таблице, мы можем прогнозировать их свойства. Составим план, согласно которому сможем описать свойства элементов, рассматривать будем на примере серы.
Первое, что нам необходимо знать - это какой символ имеет сера, чтобы по нему найти её в ПСХЭ. Обозначение S занимает ячейку 16. (порядковый номер).
Уточняем «прописку». III период, VI группа, главная подгруппа. Зная эти элементарные сведения, мы предполагаем, что это неметалл (принадлежность к VI группе и нахождение в малом ряду даёт нам основание для предположения).
Формула высшего оксида и его свойства. Поскольку сера элемент VI группы, высшая валентность будет равна VI. Формула оксида SO3. Пользуясь таблицей-шпаргалкой, определяем характер – кислотный. С курса физики известно, что противоположности притягиваются. Как плюс притягивает минус, так и кислотные оксиды взаимодействуют с основными, которые образованы элементами-металлами с валентностью I или II. Возьмём, например, барий, который образует оксид и гидроксид, соответственно ВаO и Вa(OH)2.
Формула высшего гидроксида и его свойства. Снова обратимся к нашей шпаргалке, высшие гидроксиды VI группы имеют формулу H2ЭO4, а именно H2SO4. Образованный гидроксид имеет кислотные свойства, для которого свойственны реакции с основными оксидами и основаниями. К примеру, возьмём двухвалентный стронций, формула оксида и гидроксида соответственно SrO и Sr(OH)2.
Как элемент-неметалл образует летучее водородное соединение состава H2S.
На данном примере убеждаемся, что зная расположение элемента в ПСХЭ, можно прогнозировать его свойства, а также свойства веществ, в состав которых он входит.
Металлы и неметаллы
Наш мир наполняют различные простые вещества – металлы или неметаллы. При существовании 120 химических элементов, Вселенную наполняют более 400 простых веществ. Этот парадокс связан с понятием аллотропии – явлением образования одним химическим элементом двух и более простых веществ. Например, атом кислорода может формировать молекулярный кислород О2 и озон О3.
Физические свойства металлов
Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.
Для металлов характерен ряд свойств:
- твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
- металлический блеск;
- проводимость электрического тока и тепла;
- пластичность.
Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.
Физические свойства неметаллов
Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.
Для неметаллов характерен ряд свойств:
- хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
- отсутствие блеска;
- непроводимость электрического тока и тепла.
Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева
Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.
Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы
Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.
Красные ячейки – полуметаллы
Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.
Закономерности в таблице Д.И. Менделеева
Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.
Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.
Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.
Способы получения металлов
Большую часть металлов получают из оксидов при нагревании.
Металлы, имеющие на внешнем уровне один-два электрона, получают с помощью электролиза расплавов.
Химические свойства металлов
Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.
Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.
Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N2O2).
2 Ca + MnO2 → 2 CaO + Mn(нагревание)
Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.
Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.
- Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
Способы получения неметаллов
Неметаллы синтезируют из природных соединений с помощью электролиза.
2 KCl → 2 K + Cl2
Также неметаллы получают в результате окислительно-восстановительных реакций.
SiO2 + 2 Mg → 2 MgO + Si
Химические свойства неметаллов
Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF2.
Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.
3 F + 2 Al → 2 AlF3 (нагревание)
S + Fe →FeS (нагревание)
Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.
2 C + MnO2 → Mn + 2 CO
Коррозия металла
Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.
- На благородных металлах не образуется коррозия.
- На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.
Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия
Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.
Электрохимическая коррозия
Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.
Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.
Анод: Fe 2+ - 2e → Fe 0
Катод: 2H + + 2e → H2
Способы защиты от коррозии
В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.
Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:
- покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
- краски, лаки, смазки.
- Создание специальных сплавов
Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.
Биологическая роль металлов и неметаллов
В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.
К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор. Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.
Применение металлов и неметаллов
В синтезе химических препаратов и лекарств применяются чистые металлы и неметаллы. В органической химии металлы используются в качестве катализаторов, а также при получении металлорганических соединений. Неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений.
Металлы и неметаллы – в чем разница и как понять, когда металлические свойства усиливаются, а когда ослабевают
Металлы – это такие элементы, которые стараются отдавать свои электроны. Неметаллы – наоборот, стараются их принимать. Вам надо понять, почему это происходит, и что значат фразы типа «металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают». Сейчас я вам это объясню.
Почему металлические свойства слабеют «слева направо»
Итак. В атоме есть три частицы: протоны, нейтроны и электроны. У протонов заряд +1, у электронов -1. У нейтронов заряда нет.
Протоны и нейтроны находятся в ядре. Поэтому заряд ядра всегда плюсовой. А электроны крутятся вокруг ядра и притягиваются к нему, потому что у них заряд минусовой.
Электроны крутятся по электронным уровням – как планеты по орбитам вокруг Солнца.
Атомный номер показывает, сколько в атоме протонов. Как видите, это количество постоянно увеличивается.
Чем больше протонов, тем сильнее они «тянут» к себе электроны. Сравните:
Вывод – чем больше становится протонов, тем сильнее они удерживают электроны. Тем сложнее становится эти электроны отдавать. Поэтому слева направо, с увеличением порядкового номера (и, соответственно, числа протонов) металлические свойства слабеют, а неметаллические усиливаются.
На заметку – про радиус атома
Чем сильнее протоны притягивают электроны, тем ближе эти электроны становятся к протонам. Поэтому радиус атома уменьшается, атом как бы сжимается из-за увеличения заряда.
Почему неметаллические свойства слабеют «сверху вниз»
Идем дальше. Период в таблице показывает количество уровней (тех самых орбит), по которым летают электроны.
Чем больше период, тем больше этих орбит и тем дальше оказываются электроны от ядра. Сравните:
Кому сложнее удерживать электроны на последнем уровне? Меди, конечно, потому что эти электроны в два раза дальше от ядра, чем, например, у лития. Их проще становится отдать, чем пытаться удерживать.
Следовательно, «сверху вниз» количество уровней, по которым движутся электроны, растет, удерживать их становится сложнее, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – слабеют.
Еще про радиус
Если смотреть на таблицу «сверху вниз» радиус ядра растет, потому что уровней становится больше.
Да, заряд атома тоже растет, но все-таки расстояние перевешивает. Чем больше уровней, тем труднее становится держать электроны, даже несмотря на то, что заряд увеличивается.
- Слева направо в таблице металлические свойства слабеют, неметаллические усиливаются из-за того, что ядро сильнее тянет к себе электроны.
- Сверху вниз металлические свойства усиливаются, неметаллические слабеют, потому что уровней становится больше, и удерживать электроны на последних уровнях становится труднее.
Из этих двух положений следует, что в правом углу таблицы Менделеева будут сосредоточены неметаллы, а в левом – металлы.
Я нашел вам вот такую картинку, на ней показаны все неметаллы. То, что выделено курсивом – это так называемые металлоиды – вроде и не совсем металлы, и в то же время не неметаллы. Нечто среднее.
Это основа основ. Надеюсь, я объяснил понятно и вы разобрались. Если нет – перечитайте еще раз, задайте вопросы мне в комментариях. Только когда разберетесь – читайте дальше.
Свойства металлов
Эти свойства проявляются в разной мере, но все-таки присущи всем металлам:
- Плавятся.
- Их можно ковать.
- Обладают металлическим блеском.
- Проводят электрический ток. Это происходит благодаря металлической связи, которая соединяет их атомы.
- Проводят тепло.
- Твердые – это касается всех, кроме ртути.
На сегодняшний день металлов известно 87.
Свойства неметаллов
У них почти все наоборот:
- Ковать нельзя, потому что они хрупкие.
- Не обладают металлическим блеском.
- Не проводят электрический ток (за редким исключением – кремний и графит могут быть проводниками).
- Очень плохо проводят тепло.
- Есть твердые, газообразные, жидкие.
Неметаллов на данный момент 22.
Это первая статья по химии на нашем сайте. Напишите, что не так, что нравится и не нравится. Я буду думать, как сделать материал лучше.
И еще – есть идея записывать видеоролики с объяснениями. Лично вам удобнее разбираться в чем-то, читая текст, или просматривая видео?
Реферат "Общая характеристика металлов и неметаллов
Все многообразие окружающей нас природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.
В различные исторические эпохи в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие философы в качестве «элементов» рассматривали четыре «стихии» – тепло, холод, сухость и влажность. Сочетаясь попарно, они образовывали четыре «начала» всех вещей – огонь, воздух, воду и землю. В средние века к этим началам добавились соль, сера и ртуть. В XVII веке Р. Бойль указал на то, что все элементы носят материальный характер и их число может быть достаточно велико.
В 1787 году французский химик А. Лавуазье создал «Таблицу простых тел». В нее вошли все известные к тому времени элементы. Под последними понимались простые тела, которые не удавалось разложить химическими методами на еще более простые. Впоследствии выяснилось, что в таблицу вошли и некоторые сложные вещества.
В настоящее время понятие «химический элемент» установлено точно.
Химический элемент – вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. (Последний равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.)
В настоящее время известно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы были синтезированы учеными - физиками в Объединенном институте ядерных исследований в городе Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми элементами.
Все элементы делятся на металлы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. Однако это деление условное. При определенных условиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические свойства, а некоторые неметаллы – металлические свойства.
ГЛАВА I. МЕТАЛЛЫ
1.1. Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической
системе. Группы металлов.
Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенного комплекса свойств: Плотная кристаллическая структура, характерный металлический блеск, высокая теплопроводность и электрическая проводимость, уменьшение электрической проводимости с ростом температуры, низкие значения потенциала ионизации, т.е. способность легко отдавать электроны, ковкость и тягучесть, способность к образованию сплавов.
Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали.
Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску.
Это деление на черные и цветные металлы условно.
Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе.
1. 2. Физические свойства металлов.
Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т.п.
По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см 3 , и тяжелые металлы - все остальные.
Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью.
1.3.Химические свойства металлов.
Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно.
Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.
Проведем опыт - опустим кусочек цинка в раствор какой - нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец.
Реакция выражается уравнением: Zn + Pb(NO3)2 = Pb + Zn(NO3)2
Из уравнения следует, что эта реакция является типичной реакцией окисления - восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются в виде металлического свинца.
Вытеснение одних металлов из их соединений другими металлами впервые было подробно изучено русским ученым Бекетовым, расположившим металлы по их убывающей химической активности в так называемый «вытеснительный ряд». В настоящее время вытеснительный ряд Бекетова носит название ряда напряжений.
Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:
1. Чем меньше электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.
2. Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него.
3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартный электродный потенциал, то есть находящиеся в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.
Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солей только в водных растворах и при комнатной температуре.
1.4. Коррозия металлов.
Почти все металлы, приходя в соприкосновение с окружающей их газообразной или жидкой средой, более или менее быстро подвергаются с поверхности разрушению. Всякий процесс химического разрушения металлов под действием окружающей среды называют коррозией.
Проще всего протекает коррозия при соприкосновении металлов с газами. Иначе обстоит дело при соприкосновении металла с жидкой средой - водой и растворенными в ней веществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, благодаря чему коррозия распространяется дальше вглубь металла.
Чистые металлы в большинстве случаев почти не подвергаются коррозии. Даже такой металл, как железо, в совершенно чистом виде почти не ржавеет.
Убытки, причиняемые коррозией металлов, огромны. Вычислено, например, что вследствие коррозии ежегодно гибнет такое количество стали, которое равно приблизительно четверти всей мировой добычи его за год. Поэтому изучению процессов коррозии и отысканию наилучших средств ее предотвращения уделяется очень много внимания.
ГЛАВА II. НЕМЕТАЛЛЫ
2.1. Положение неметаллических элементов в периодической системе химических элементов. Нахождение в природе. Общие химический и
физические свойства.
Неметаллических элементов по сравнению к металлическими элементами относительно немного. Их размещение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева отражено в таблице №1.
расположены в правой верхней части периодической системы. В связи с этим у неметаллов преобладают окислительные свойства. Особенно сильные окислительные свойства, т.е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы, находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Самым сильным окислителем является фтор. В соответствии с численными значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов увеличивается в следующем порядке:
Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.
Фтор - самый типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства, т.е. способность отдавать электроны в химических реакциях.
Кислород же, судя по его соединениям с фтором, может проявлять и положительную степень окисления, т.е. являться восстановителем.
Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства.
Перейдем к рассмотрению строения молекул неметаллов. Неметаллы образуют как одноатомные, так и двухатомные молекулы.
К одноатомным неметаллам относятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активными веществами.
Некоторые неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H3, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII группы Периодической системы), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекул состоит газ озон (O3).
Неметаллы в виде простых тел находятся в твердом или газообразном состоянии (исключая бром - жидкость). Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки, плохо проводят электрический ток и тепло (за исключением графита).
2.2. Общие химические свойства неметаллов.
С водородом неметаллы образуют летучие соединения, как, например, фтороводород HF, сероводород H3S, аммиак NH4, метан CH5. При растворении в воде водородные соединения галогенов, серы, селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородные соединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H3S, H3Se, H3Te.
С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например, SO2, N2O5), а других - более низкую (например, SO2, N2O3).
2.3. Строение и свойства простых веществ - неметаллов.
Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные - немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств.
Наглядно это отражено в схеме №2.
Простые вещества
С немолекулярным строением
С молекулярным строением
F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8
У этих неметаллов атомные кристаллические решетки, поэтому они обладают большой твердостью и очень высокими температурами плавления.
У этих неметаллов в твердом состоянии молекулярные кристаллические решетки. При обычных условиях это газы, жидкости или твердые вещества с низкими температурами плавления.
Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает
очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.
Как видно из схемы №2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами.
2.4. Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их свойств.
Характеристики кислородных соединений неметаллов:
1. Свойства высших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются от основных к кислотным.
2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.
3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов.
4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.
С металлами водород образует (за некоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми веществами немолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.
С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы или летучие жидкости.
Читайте также: