Вывод о свойствах металлов

Обновлено: 01.07.2024

Металлы (от лат. «metallum» — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

Металлы широко распространены в природе и могут встречаться в различном виде: в самородном состоянии (Ag, Au, Rt, Cu), в виде оксидов (Fe₃O₄, Fe₂O₃, (NaK)₂O×AlO₃), солей (KCl, BaSO₄, Ca₃(PO₄)₂), а также сопутствуют различным минералам (Cd – цинковые руды, Nb, Tl – оловянные и т.д.).

Физические свойства металлов

Всем металлам присущи металлический блеск (однако In и Ag отражают свет лучше других металлов), твердость (самый твердый металл – Cr, самые мягкие металлы – щелочные), пластичность (в ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe наблюдается уменьшение пластичности), ковкость, плотность (самый легкий металл – Li, самый тяжелый – Os), тепло – и электропроводность, которые уменьшаются в ряду Ag, Cu, Au, Al, W, Fe.

В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (T_кип > 1000 С) и легкоплавкие (T_кип < 1000 С). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.

Среди металлов присутствуют s-, p-, d- и f-элементы. Так, s- элементы – это металлы I и II групп Периодической системы (ns 1 , ns 2 ), р- элементы – металлы, расположенные в группах III – VI (ns 2 np 1-4 ). Металлы d-элементы имеют большее число валентных электронов по сравнению с металлами s- и p-элементами. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов d-элементов – (n-1)d 1-10 ns 2 . Начиная с 6 периода появляются металлы f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счет сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов. Общая электронная конфигурация валентных электронов металлов f-элементов – (n-2)f 1-14 (n-1)d 0-1 ns 2 .

Химические свойства металлов

Металлы способны реагировать с простыми веществами, такими как кислород (реакция горения), галогены, азот, сера, водород, фосфором и углеродом:

2Na + Cl₂ = 2NaCl (хлорид натрия)

2K +S = K₂S (сульфид калия)

2Na + H₂ = NaH (гидрид натрия)

3Ca + 2P = Ca₃P₂ (фосфид кальция)

Металлы взаимодействуют друг с другом, образуя интерметаллические соединения:

Щелочные и некоторые щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba) взаимодействуют с водой с образованием гидроксидов:

В ОВР металлы являются восстановителями – отдают валентные электроны и превращаются в катионы. Восстановительная способность металла — его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов. Так, чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем более сильные восстановительные свойства он проявляет.

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода способны реагировать с кислотами:

Получение металлов

Щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий получают электролизом расплавов солей или оксидов этих элементов:

Тяжелые металлы получают восстановлением из руд при высоких температурах и в присутствии катализатора (пирометаллургия) (1) или восстановлением из солей в растворе (гидрометаллургия) (2):

Cu₂O + C = 2Cu + CO (1)

Некоторые металлы получают термическим разложением их неустойчивых соединений:

Примеры решения задач

Задание	При взаимодействии 6,0 г металла с водой выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Определите этот металл, если он в своих соединениях двухвалентен.
Решение	Т.к. металл двухвалентен, его реакция с водой будет описываться уравнением, которое в общем виде будет выглядеть следующим образом:

Согласно написанному выше уравнению, количества вещества металла и выделяющегося в ходе реакции водорода будут равны:

Общие свойства металлов

Цель урока: сформировать понятие о металлах как группе элементов, вещества которых проявляют общие свойства, обусловленные сходством строения.

1) закрепить знания о положении металлов в периодической системе, характерных особенностях строения атомов больших и малых периодов;

2) познакомить с металлической связью, типами кристаллических решеток металлов и на основании этого выяснить причину особых физических свойств металлов;

3) познакомить со способностью металлов образовывать сплавы, рассмотреть свойства отдельных сплавов и их отличия от чистых металлов.

Развивающие: развить умения делать выводы о свойствах на основе строения, а также развитие способности анализировать и сравнивать.

Воспитательные: вызвать интерес у учащихся к огромной роли металлов в жизни человека и в развитии народного хозяйства.

Оборудование: образцы различных металлов и изделия из них.

- коллекция “металлы и сплавы”.

- компьютер, проектор, экран.

Основные понятия: окислитель, восстановитель, элемент, простое вещество, степень окисления, период, ряд, группа, подгруппа, типы химической связи, металлическая связь, кристаллические решетки металлов.

1. Организационный момент.

Сегодня на уроке ребята мы с вами начнем изучение нового материала, а именно рассмотрим положение металлов в периодической системе, рассмотрим особенности строения их атомов и кристаллических решеток, а также поговорим о физических свойствах металлов и рассмотрим понятие сплавы.

2. Краткая вступительная беседа о практической важности металлов в жизни человека. Огромное значение металлов в нашей жизни. Георг Агрикола (ученый 16 века) писал: Человек не может обойтись без металлов….если бы не металлы человек влачил бы самую омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей. Ломоносов также посвятил металлам вдохновенные строки: металлы подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным. Ими защищаемся от нападения неприятеля, ими утверждаются корабли и силою их связаны. Металлы служат нам в уловлении земных и морских животных для пропитания нашего… и кратко сказать ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может. Давайте же познакомимся с ними поближе и взглянем на периодическую систему Менделеева.

І. Положение металлов в периодической системе Менделеева.

На экране таблица размещения неметаллов в периодической системе химических элементов .

Получается, что металлов в периодической системе больше, чем неметаллов. С чем же это связано спросите вы у меня, и я отвечу, что это связано с особенностями строения атомов металлов.

У атомов металлов на внешнем энергетическом уровне обычно находится от 1 до 3-4 электронов. С 4-го периода начинается заполнение предвнешнего d – подуровня, начиная со скандия (Sc), при этом на внешнем уровне остается 2 электрона, реже 1, если наблюдается провал электрона .

Значит, делаем вывод, что свойства металлов у этих элементов присутствуют. Такая же закономерность наблюдается и у атомов 6 периода. Таким образом, все элементы побочной подгруппы это металлы, причем четный ряд в больших периодах – металлы, а нечетный ряд – неметаллы.

Особенностью строения атомов металлов является небольшое число электронов на внешнем энергетическом уровне (от одного до трех). Следовательно, атомы металлов в отличие от атомов неметаллов легко отдают наружные электроны, т.е. являются сильными восстановителями, они проявляют только положительные степени окисления от +1 до +3. Давайте посмотрим, как изменяются свойства металлов в периодах и группах. Итак, в группе сверху вниз R атома увеличивается, следовательно, способность притягивать электроны меньше, а металлические свойства усиливаются. В периоде R атома уменьшается, следовательно, способность притягивать к себе электроны выше и металлические свойства ослабевают. Таким образом, наибольшие металлические свойства выражены у щелочных металлов, у которых радиус наибольший. Как вы думаете, почему у неметаллов больше различия в свойствах, чем у металлов?

ІІ. Нахождение металлов в природе.

На экране таблица. Металлы содержатся в ядре Земли и в земной коре, в воде рек, озер, океанов, в организмах животных и растений. Самым распространенным металлом в земной коре является AI, за ним следует Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti. Содержимое остальных металлов незначительно. Так, например, в земной коре хрома Cr всего лишь 0,3%; Ni – 0,2%, Cu – 0,01%. Металлы встречаются как в свободном виде, как и в виде соединений. В свободном виде существуют химически малоактивные металлы (Cu, Ag, Au, Pt). Это так называемые самородные металлы, которые встречаются в виде отдельных кусков, зерен, вкраплений в горные породы. Но в основном металлы встречаются в виде солей (NaCI, Na NO₃, CaCO₃), а металлы средней активности в виде оксидов и сульфидов .

ІІІ. Металлы – простые вещества. Металлическая связь. Кристаллическое строение атомов.

Металлов в природе больше оттого, что у них у всех одинаковое строение кристаллической решетки и один тип химической связи. Это и придает им ряд общих свойств. Это отличает металлы от неметаллов, которым присуще больше различие свойств, чем их общность. В виде простого вещества атомы металлов связаны между собой, так называемой металлической связью. У металлов, особенно щелочных, валентные электроны связаны с атомами слабо и при отрыве затрачивается сравнительно немного энергии. При этом возникают ионы, имеющие устойчивый электронный слой из 8 электронов. Поэтому металлы как в твердом, таки в жидком состоянии существуют в виде ионов, между которыми в хаотичном движении находятся электроны, получившие условное название электронного газа. Ионы при столкновении с электронами на некоторое время превращаются в атомы. Таким образом, твердый металл представляет собой каркас из положительных ионов, атомов, погруженных в море подвижных электронов .

Металлическая связь – это химическая связь, образующаяся в результате электростатического притяжения между ионами и обобществленными электронами, принадлежащим не отдельным атомам, а всему кристаллу в целом.

А теперь давайте вспомним, какие виды химической связи вам уже известны. В чем суть ковалентной и ионной связи, рисуем электронные формулы молекул хлора и хлороводорода. Подведем итоги: что общего и в чем отличие металлической связи от ковалентной?

Сходство: валентные электроны находятся во взаимном пользовании атомов.

Различие: металлическая связь не является локализованной, электроны связывают не пару атомов, а принадлежат одновременно всем атомам данного металлического тела. На экране схема по различным типам связи (на дискете).

Кубическая объемно-центрированная решетка. Атомы металла находятся в вершинах и центре куба. Каждый атом окружен восьмью атомами. Такую решетку имеют: Na, K, Li, Ba, Cr, Mo, W, V .
Кубическая гранецентрированная. Атомы металла расположены по вершинам и граням куба: Ca, Cu, Sr, Ag, Fe, Co, Al, Au, Pt, Sb, Ni, Pb .
Гексагональная (шестиугольная) плотно упакованная решетка. Она встречается у Zn, Mg, Be, Ti, Cd .

В зависимости от типа решетки атомы занимают в ней больше или меньше места. Например, в кубической объемно-центрированной решетки атомы занимают 68% пространства, а в кубической гранецентрированной 74 %. На экране схемы кристаллических решеток. Некоторые металлы Fe, Sn могут существовать в разных кристаллических решетках в зависимости от условий (явлений полиморфизма).

ІV. Физические свойства металлов.

Металлическая связь и особенности кристаллического строения обуславливают особые физические свойства металлов.

1. Агрегатное состояние. Все металлы твердые вещества, за исключением ртути и франция. А как вы думаете, почему так? Если не могут ответить сразу, на вопрос можно предложить ответить дома, используя дополнительную литературу.

В ртути присутствует некоторое количество молекул Hg с ковалентными связями, между собой они связаны слабыми вандерваальсовыми силами.

2. Металлический блеск. Электроны, заполняющие межатомное пространство, отражают лучи видимого спектра. Это вызывает непрозрачность и блеск металла. Как вы думаете, у какого элемента эта способность наибольшая и где она применяется?

В наибольшей степени эта способность проявляется у серебра и индия, поэтому эти металлы нашли применение при изготовлении зеркал. Металлы имеют блеск только в компактной форме, а в мелкораздробленном виде все металлы, кроме Mg u Al, черного или серого цвета. У немногих неметаллов (Si, I, Se, Te) также имеется некоторый блеск, напоминающий металлический, что связано с наличием некоторого количества электронов.

3. Цвет. Большинство металлов, почти полностью отражая лучи видимого спектра, приобретают серебристо – белый (Ni, Al) или серебристо – серый оттенки (Fe, Pb). Как вы думаете, почему золото желтое, а медь красная? Медь, золото, висмут, поглощают больше зеленые и голубые лучи светового спектра, а потому приобретают соответственно розово – красный, желтый и розовый цвет.

4. Тепло и электропроводность. Случай: пошли всем классом в поход и взяли с собой алюминиевую посуду, чтоб не разбилась, налили в нее чай и решили посидеть у костра, а удержать ее голыми руками не удается. Почему? Быстро нагрелась, как объяснить? Для металлов характерна большая теплопроводность. Свободные электроны, находящиеся в постоянном движении, все время сталкиваются с колеблющимися ионами, обмениваются с ними энергией. Следствием чего является быстрое выравнивание температуры по всей массе тела.

Электропроводность объясняется присутствием в металлах свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов приобретают направленное движение от отрицательного к положительному полюсу. Электрическая проводимость и теплопроводность неодинакова: Как вы думаете, у какого из известных вам металлов электропроводность самая высокая? В ряду Hg, Pb, Fe, Zn, Mg, Al, Au, Cu, Ag она увеличивается.

Электропроводность зависит от температуры: с повышением температуры она понижается. Это объясняется тем, что при повышении температуры колебательное движение ионов, атомов усиливается, и это мешает направленному движению электронов. При температуре абсолютного нуля сопротивление металлов исчезает. Это явление называется сверхпроводимостью. У некоторых неметаллов, относящихся к полупроводникам, электропроводимость с повышением температуры увеличивается, т.к. увеличивается количество свободных электронов вследствие разрыва ковалентных связей. Например, при нагревании бора от комнатной температуры до 800° С его эл. проводимость увеличивается в 2 млн. раз. При снижении температуры, нарушенные ковалентные связи восстанавливаются и, следовательно, количество свободных электронов уменьшается. При низких температурах неметаллы не проводят электрического тока, т.к. у них отсутствуют свободные электроны. В этом коренное отличие между физическими свойствами металлов и неметаллов.

5. Пластичность и ковкость.

Пластичность – это способность тела легко изменять форму под действием внешних сил и сохранять полученную форму, кода эти силы перестают действовать. Пластичность сводится к сдвигу атомно-ионных слоев в решетке металлов относительно друг друга. Поскольку слои связаны между собой электронным газом, то при сдвиге связь не рвется и кристалл не разрушается. Ребята, как вы думаете, какой наиболее пластичный металл?

Наибольшей пластичностью обладает золото. Из него можно раскатать фольгу толщиной 0,001 мм, что в 500 раз тоньше человеческого волоса.

Ковкость – это способность не рассыпаться при ударе. Чем же объясняется ковкость многих металлов (щелочные, золото, медь). И почему некоторые металлы (сурьма, висмут) очень хрупкие? Самые хрупкие металлы находятся в V, VІ, VІІ гр. периодической системы. У атомов этих элементов от 5 до 7 свободных электронов (кроме наружных валентных электронов в электронный газ поступают электроны предвнешнего слоя). Такое большое число электронов сильнее связывает отдельные слои ионов и препятствует их свободному скольжению, пластичность металлов уменьшается.

6. Несмотря на одинаковый вид связи, различные металлы обладают характерными для каждого из них свойствами: температурой плавления, плотностью, твердостью. Эти свойства обусловлены строением атомов, зарядностью, размерами ион-атомов в кристаллической решетке, а также плотностью их упаковки. Давайте вспомним, как изменяется атомная масса и радиус в таблице?

Плотность металлов определяется атомной массой и размерами атома (радиус). Чем больше атомная масса и меньше радиус, тем плотнее металл. Поскольку атомная масса возрастает в периодической системе сверху вниз, а радиусы атомов уменьшаются при движении по ряду в больших периодах, наиболее плотными должны быть металлы побочных подгрупп І и VІІ гр. Действительно к наиболее тяжелым относятся золото, платина, осмий, а к наиболее легким – литий, калий, натрий. Можно сравнить щелочной металл Na и металл побочной группы хром. Металлы имеют один и тот же тип кристаллической решетки (кубическая объемно-центрированная), в наружном слое находится по 1 электрону, но натрий и хром имеют различные атомные массы, радиус, и заряды ионов. В отличие от натрия у хрома в образовании металлической связи, принимают участие еще 5 d - электронов предвнешнего уровня. В связи с этим свойства, указанных металлов резко различны. Na – мягок, легкоплавок, плотность его невелика, Cr – тверд, плотен, имеет высокую температуру плавления. Наименьшую плотность имеют щелочные металлы, например, р лития 0,53 г/см 3 , а наиболее плотными являются металлы VІІІ гр. Плотность осмия 22,6 г/см 3 . Металлы, плотность которых меньше пяти, называются легкими, а больше пяти – тяжелыми .

Металлы обладают различной твердостью. По степени твердости металлы сравнивают с алмазом, твердость которого принята за 10. Наиболее твердым является хром, а наиболее мягкими – щелочные металлы (легко режутся ножом) .

Сильно отличаются металлы и по температуре плавления. Самый легкоплавкий металл – ртуть (температура плавления – 38,8°С, самый тугоплавкий – вольфрам (3380°С). Металлы, плавящиеся при температуре выше 1000°С, называются тугоплавкими, ниже – легкоплавкими .

Чем же объясняется большое различие в плотности, твердости и температуре плавления? Установлено, что чем выше концентрация свободных электронов, тем ярче выражены перечисленные свойства.

В промышленности сложилось разделение металлов на черные и цветные. К черным относятся железо и его сплавы. К цветным: Cu, Zn, Pb, Sn. Особую группу цветных металлов составляют благородные металлы: серебро, золото, рутений, платина, палладий. Эти металлы не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии многих химических веществ. Таким образом, мы рассмотрели основные физические свойства металлов.

С самых древних времен человечество имеет дело не с чистыми металлами, а с их сплавами, обладающими часто такими свойствами, которые не имеют образующие их металлы. Как вы думаете почему? Например, Fe, Al, сравнительно мягкие, а их сплавы с металлами обладают достаточной твердостью. Получение сплавов основано на способности расплавленных металлов растворяться друг в друге, при этом почти всегда они свободно перемешиваются и образуют жидкие системы. При охлаждении расплавленные смеси затвердевают, образуются металлические сплавы с нужными свойствами: легкоплавкие, жаростойкие, кислотостойкие. Сплавы различают по составу и строению. Характер взаимодействия в сплаве зависит от их положения в периодической системе. Составные части могут образовывать либо твердый раствор, либо механическую смесь, либо химическое соединение. Твердые растворы: образуются между металлами одной группы или металлами, радиусы атомов которых мало различаются по размерам (Au-Ag, Ag-Cu, Cu-Ni, Fe-Mn). Чем дальше отстоят элементы друг от друга в таблице, тем меньше их взаимная растворимость, в этом случае образуется механические смеси. Такие смеси неоднородны. Расплавленные металлы при смешивании взаимодействуют друг с другом, образуя химические соединения, называемые интерметаллическими. Эти соединения не прочны, и в них не соблюдается стехиометрическое соотношение компонентов (CaAl₅, AlCu₃).

Таким образом, способность металлов в расплавленном состоянии не только механически смешиваться, но и образовывать между собой различные соединения – одна из причин, объясняющая, почему сплавы по физическим свойствам так резко отличаются от свойств, составляющих их металлов. Так, например, сплав, состоящий из одной части свинца и двух частей олова, плавится при температуре 180°С, тогда как свинец плавится при 328°С, а олово при 231°С. У бронзы прочность выше, чем у составляющих ее меди и олова. Сталь и чугун прочнее чистого железа. Помимо большой прочности многие сплавы обладают большой коррозийной стойкостью и твердостью. Также компонентами сплавов могут быть и неметаллы. Например, в состав чугуна входят C, Si, P, S. Помимо понятия сплав вы должны отличать понятие сталь. Различают два вида стали: углеродистая (Fe+ C, S, P, Si) и легированная (Fe, C+ Cr, Ni, W, Mo). Минус углеродистой в том, что она подвергается коррозии, поэтому стали получать легированную, нержавеющую и устойчивую к действию кислот.

Латунь – сплав меди и цинка. Мельхиор – сплав, содержащий около 80% меди и 20% никеля. Дюралюминий – сплав на основе алюминия, содержащей медь, магний, марганец и никель.

Урок по теме "Металлы". 11-й класс

Девиз урока: «Опыт – основа познания» (написан на доске).

Цель урока: повторить и обобщить сведения, полученные ранее о металлах; дополнить их познавательными опытами; закрепить и проверить знания о физических и химических свойствах, применении металлов.

Задачи развития: научить учащихся воспринимать, анализировать и обрабатывать услышанное и увиденное на уроке, записывая выводы в «Лист самоконтроля».

Задачи воспитания: развитие коммуникативных умений в ходе групповой работы, научить применять знания, полученные на уроке химии, в повседневной жизни.

Методы обучения: беседа, демонстрация опытов, фронтальная работа с классом, групповая работа учащихся, контроль и самопроверка знаний учащимися.

Средства обучения: таблицы – Периодическая таблица Д.И.Менделеева, металлическая кристаллическая решетка, графопроектор c записями на прозрачных файлах отдельных моментов урока, коллекция металлов; генератор коллоидных ионов серебра «Георгий»; лабораторное оборудование и химические вещества.

План урока:

Организационный этап.
Активация опорных знаний и умений.
Подача нового познавательного материала с демонстрацией опытов.
Контроль и самопроверка знаний.
Подведение итогов занятия.

Ход урока

Сегодня мы с вами оказались в Океане Знаний в лодке под названием «Химия»: я в качестве рулевого, а вы в качестве гребцов. И от нашего взаимопонимания, дружной работы зависит, насколько успешно мы доплывём до пристани «Перемена».

Тема урока «Металлы». Девиз написан на доске: «Опыт – основа познания». Из девиза понятно, что на уроке будет много опытов. Цель нашего урока: обобщить ваши знания по данной теме, дополнить их новыми, полученными при проведении познавательных опытов, расширить кругозор и подготовиться к экзамену по химии.

Жизнь без металлов невозможна,
И эта аксиома непреложна:
Твердые, блестящие, ток проводящие,
Для человека металлы – друзья настоящие!

Существует гипотеза, что термин «металлы» произошел от греческого слова «металлон», которое в первоначальном переводе означало «копи», «рудники».

В древности и Средние века были известны только 7 металлов. Алхимики считали, что каждому металлу соответствует своя планета, которая управляет его судьбой на Земле, поэтому металл обозначали знаком этой планеты (демонстрация алхимических обозначений металлов).

Показать файл через графопроектор:

Солнце – золоту, Луна – серебру, Венера – меди, Марс – железу, Меркурий – ртути, Юпитер – олову, Сатурн – свинцу.

Так что же такое металлы?

Более 200 лет назад М.В. Ломоносов в труде «Первые основы металлургии» дал металлам такое определение: «Металлы – суть ковкие блестящие тела».

Для того времени эта краткая формулировка была достаточно верной. В конце урока мы возвратимся к этому определению и сделаем вывод: согласиться с этим определением или дополнить его.

Вы уже познакомились с Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, с классификацией химических элементов и узнали, что из 109 известных в настоящее время элементов более 80 являются металлами. Термин «металлы» относится и к химическим элементам, и к простым веществам.

Учащимся выданы листы самоконтроля (приложение), на которых указаны тема и цели урока, приведены задания. На этих листах школьники работают в течение урока, а в конце занятия сдают их учителю.

Учитель предлагает задание 1.

Задание 1. Напротив фраз, в которых сказано о металле как простом веществе, поставьте «пр.», а напротив тех, где речь идёт о металле как химическом элементе, – «эл».

В состав ляписа входит серебро.
Степень окисления галлия +3.
Алюминий легкий металл.
Натрий «бегает» по воде.
Галлий плавится в ладони.
Электроотрицательность цезия меньше электроотрицательности кислорода.

Чем отличается простое вещество – металл от химического элемента – металла?
Что такое химический элемент?
Какие свойства характерны для атомов металлов?
Какими общими физическими свойствами обладают простые вещества – металлы и почему?

Учитель объясняет строение кристаллической решетки металлов, используя соответствующую таблицу и каркас кристаллической решетки. Затем демонстрирует и комментирует слайд «Физические свойства металлов».

Физические свойства металлов:

Агрегатное состояние: кроме ртути, все металлы твердые.

Электро- и теплопроводны
Ag, Cu, Au, Al, Zn, Fe, Pb, Mg, Hg →
Электро- и теплопроводность уменьшается

Твердость различна.
Cr, W, Ni, Pt, Fe, Cu, Al, Ag, Zn, Au, Ca, Mg, Sn, Pb, K, Na →
Твёрдость уменьшается

Плотность различна.
Os, Pt, Au, Hg, Pb, Ag, Cu, Ni, Fe, Sn, Zn, Al, Mg, Ca, Na, K, Li →
Плотность уменьшается.

Температуры плавления и кипения различны.
W (3420), Pt (1772), Fe, Ni, Cu, Au, Ag, Ca, Al, Mg, Zn, Pb, Sn, Na, K (63,5), Ga (29,7), Cs (28,5) ,Hg (-39).

Ковкость, пластичность, прочность:
пластичные – Au, Ag, Cu.
хрупкие – Cr, Mn.

Способность намагничиваться: Fe, Co, Ni;
слабо – Al, Cr, Ti;
не притягиваются – Sn, Cu, Bi.

После этого учащиеся выполняют задания 2 и 5. Задание 5 – последнее на листе самоконтроля. Оно содержит вывод по теме.

Задание 2. Использование меди в электротехнике обуславливают свойства: металлический блеск, ковкость, электропроводность, красновато-коричневый цвет. Подчеркните правильные ответы.

Задание 5. Вывод о свойствах металлов. Заполните пропуски нужными словами.

Радиус атомов металлов ____ радиуса атомов неметаллов. Во всех соединениях _____ металлов имеют _____ степени окисления. При комнатной температуре металлы находятся ______ агрегатном состоянии, за исключением ____. Металлы обладают характерным _____. Они хорошо проводят _____ и _____. Самый тяжёлый металл – _____, самый легкий – _____, самый тугоплавкий – _______, самый легкоплавкий – _____.

После выполнения заданий учитель предлагает учащимся проверить некоторые физические свойства металлов на опытах.

Опыт 1. Теплопроводность металлов.

Металлические ложки из серебра, железа, алюминия и циркониевую трубку учитель опускает в стакан с кипятком и даёт одному из учащихся проверить, какой металлический предмет стал самым горячим. Учащиеся делают вывод.

Опыт 2. Легкоплавкость некоторых металлов.

Учитель берет в руку образец галлия, кому-то из учеников предлагает взять в ладонь цирконий. Пока металлы нагреваются, учитель напоминает, где располагаются эти элементы в Периодической системе Д.И.Менделеева, обращает внимание учащихся на электронные конфигурации валентных электронов их атомов:

Затем учащиеся выполняют задание 3.

Задание 3. Составьте формулы оксидов галлия и циркония.

После этого учитель приводит интересные сведения об этих металлах и их соединениях, демонстрируя по ходу рассказа ювелирные изделия – кольца с цирконом и фианитом.

Это интересно:

Галлий (Ga) – элемент главной подгруппы III группы, четвёртого периода. Это элемент, предсказанный Д.И.Менделеевым как «экаалюминий» и открытый через 5 лет, в 1875 г., французским ученым Лекок де Буабодраном. Назван в честь Франции. Плотность этого металла 5,097 г/см 3 , температура плавления 29,75˚С.

Это рассеянный металл не образует скоплений собственных минералов, поэтому впервые этот элемент удалось обнаружить с помощью спектрального анализа, что тоже предсказал Д.И. Менделеев. При 29,75˚С. галлий плавится и в жидком состоянии существует в очень большом температурном интервале, поэтому его применяют в термометрах для измерения высоких температур. Применяется как жидкий теплоноситель, для заполнения ламп (пары), для нанесения отражающих поверхностей оптических зеркал, входит в состав важных полупроводниковых и легкоплавких сплавов, которые применяют в сигнальной технике, в ювелирном деле. В воде и на воздухе – устойчив, окисляется при 260˚С.

Цирконий (Zr) – элемент побочной подгруппы IV группы, 5-го большого периода. Плотность этого металла 6.5 г/см 3 , температура плавления 1855˚С. Открыт в 1789 г. немецким химиком М. Клапротом при анализе драгоценного камня циркона, привезенного с Цейлона. Еще в эпоху Александра Македонского циркон считался драгоценным камнем и в старину циркон использовали не только как украшение, но и как амулет. Считалось, что кто «яхонт червленый» при себе носит, снов страшных и лихих не увидит, скрепит сердце свое, разум и честь умножит и в людях честен будет.

Крупных залежей минералов циркония в природе нет, он рассеян. Важнейшие циркониевые минералы — циркон (ZrSiO₄) и бадделеит (ZrO₂). Прозрачные, красивого желто-красного цвета (из-за примесей) кристаллы циркона называют гиацинтами. Это редкие драгоценные камни.

Цирконий химически стоек, тугоплавок, на воздухе он покрывается защитной оксидной пленкой, которая предохраняет его от коррозии. Благодаря высокой коррозионной стойкости цирконий используют в нейрохирургии – из сплавов циркония изготовляют кровеостанавливающие зажимы, хирургический инструмент и даже нити для наложения швов при операциях на мозге. Но главная служба циркония – атомная техника. Интересно, что М.Клапрот в 1789 г. открыл не только цирконий, но и уран. Однако никто не мог предположить, что урану будет нужен цирконий. В течение полутора веков ничто не связывало эти элементы. И только в наши дни ученые и инженеры, работающие в области ядерной энергетики, определили, что в атомных реакторах, где уран используют как ядерное топливо, цирконий должен служить оболочкой для урановых стержней. Он почти не захватывает нейтроны, возникающие в ходе цепной ядерной реакции. При этом цирконий должен быть высокой чистоты, т.е. свободный от гафния, так как гафний с жадностью поглощает нейтроны. Цирконий стал «одеждой» урановых стержней. Потребность в цирконии растет из года в год, так как этот металл приобретает все новые специальности.

Оксид циркония один из самых тугоплавких веществ природы – его температура плавления 2900˚С. Ученым Физического института им. П.Н. Лебедева Академии наук СССР (ФИАН) удалось создать на основе оксидов циркония и гафния удивительные кристаллы, которых нет в природе.

Фианиты – так стали называть эти рукотворные самоцветы, которые завоевали признание ювелиров, а в мире науки и техники используются как лазерные материалы. Дождевые плащи обязаны своей влагонепроницаемостью солям циркония, которые входят в состав особой эмульсии для пропитки тканей. В качестве катализатора соединения циркония используют при производстве высокооктанового моторного топлива.

Тетрахлорид циркония используется в конструкции универсального манометра – прибор для измерения давления. Электропроводность пластинки из этого вещества меняется в зависимости от давления, которое на него действует.

Учитель предлагает проверить, что произошло с металлами в ладонях. Показывает, что галлий в ладони расплавился, а цирконий нет.

Далее учитель переходит к рассмотрению химических свойств металлов.

Вспомните известные вам химические свойства металлов.

Затем демонстрирует и комментирует следующий слайд: краткую схему «Химические свойства металлов».

Слайд: «Химические свойства металлов».

с неметаллами → бинарные соединения;
с водой. Щелочные и щелочноземельные металлы → щелочь + водород; некоторые активные металлы (до водорода) при нагревании → оксид металла + водород;
с растворами кислот (кроме азотной): Металлы до водорода → соль + водород;
с растворами солей – вытесняют металлы из раствора соли только металлы после магния;
с растворами щелочей – переходные металлы → соль + водород.

Учитель проводит некоторые опыты и организует обсуждение их результатов. В листах самоконтроля учащиеся записывают уравнения химических реакций (задание 4).

Задание 4. Напишите уравнения реакций, происходящих при демонстрации опытов:

натрий + вода → ?
серебро + вода → ?
цинк + раствор сульфата меди (II) → ?
серебро + раствор хлорида меди (II) → ?
алюминий + раствор карбоната натрия → ?

Опыт 3. Взаимодействие натрия и серебра с водой.

В чашку Петри учитель наливает воду, ставит её на графопроектор, добавляет фенолфталеин и опускает натрий. На экране виден малиновый хвост, следующий за «бегающим» натрием. Опускает в стакан с холодной кипячённой водой поплавок генератора коллоидных ионов серебра «Георгий» и выбирает режим 2. После этого исследует наличие ионов серебра в этой воде, а также в воде, в которой находилась серебряная ложка.

Происходит ли взаимодействие натрия и серебра с водой?

После того как учащиеся запишут выводы в листы самоконтроля, учитель сообщает занимательные факты.

Вода из серебряного сосуда имеет особые свойства: обладает повышенной бактерицидностью. Это связано с тем, что серебро все же растворяется в воде. Но не так как сахар, в растворе которого присутствуют молекулы, и не так, как поваренная соль, которая при растворении образует ионы натрия и ионы хлора. В растворах серебра в воде обнаружены коллоидные частицы серебра, т.е. группы молекул размерами от нескольких десятых до нескольких тысячных долей микрона. Чтобы обезвредить 1 л. воды, достаточно нескольких миллиардных долей грамма серебра.

Так, военачальники греческой армии, участвовавшие в походе под предводительством Александра Македонского, пили воду из серебряных бокалов. Это уберегло их от тяжёлых желудочно-кишечных заболеваний, которыми страдали солдаты использовавшие оловянную посуду. Обессиленные солдаты взбунтовались, требуя возвращения домой с полей сражения и Александр Македонский вынужден был повернуть назад.

В Индии воду обеззараживали, погружая в нее раскаленное серебро. При освящении колодцев туда бросали серебряные ложки. На орбитальных научных станциях ионы серебра помогают сохранять запас питьевой воды для космонавтов.

В настоящее время известно, что серебро – не просто металл, способный убивать микробы, а микроэлемент, являющийся необходимой и постоянной составной частью тканей любого животного и растительного организма. В суточном рационе у человека в среднем должно содержаться 90 мкг ионов Ag. Наиболее богаты серебром мозг, железы внутренней секреции, печень, почки и кости скелета.

В пищевой промышленности «серебряную воду» используют при консервировании и дезинфекции фруктовых и овощных соков, молока и других продуктов питания. Если на время поместить в такую воду семена, они быстрее прорастают, их всхожесть увеличивается. Опрыскивание растений приводит к появлению у них иммунитета к вредным микроорганизмам. Срезанные цветы дольше стоят в «серебряной воде».

Растворяется в воде не только серебро, но и золото, никель, платина, титан, молибден, ниобий, иридий, рутений, образуя в воде коллоидные растворы.

В органической химии коллоиды платины и никеля применяют как катализаторы.

В домашних условиях обеззараживать воду можно с помощью аппарата «Георгий».

Перед демонстрацией каждого из следующих опытов учитель ставит перед учащимися проблемные вопросы.

Можно ли растворять медный купорос в оцинкованном ведре?
Будет ли серебро растворяться в растворе хлорида меди (II)?
Можно ли кипятить в алюминиевой кастрюле раствор соды?

Опыт 4. Взаимодействие металлов с растворами солей.

Цинковую пластину учитель опускает в раствор сульфата меди (II).

В пробирку, на стенках которой после проведения реакции «серебряного зеркала» осело серебро, добавляет насыщенный раствор хлорида меди(II).

Алюминиевые гранулы опускает в раствор карбоната натрия и нагревает.

Школьники объясняют происходящие процессы и записывают уравнения реакций в листы самоконтроля.

Учитель демонстрирует слайд с правильными уравнениями реакций. Учащиеся исправляют ошибки красными ручками.

Слайд: «Взаимодействие металлов с растворами солей».

Учитель рассказывает о том, как можно определить наличие ионов металлов в растворах солей. При использовании сухого метода сухую соль растирают в ступке с определяемым веществом. Влажный метод заключается в сливании растворов и определении наличия иона по внешним признакам. Пирохимический метод – определение ионов по окрашиванию пламени растворами солей металлов.

Учитель демонстрирует слайд «Окрашивание пламени катионами металлов» и проводит опыты.

Слайд: «Окрашивание пламени катионами металлов».

Li + ,Sr 2+ – карминово-красный цвет.
K + , Rb + , Cs + – фиолетовый.
Na + – ярко-желтый.
Ca 2+ – кирпично-красный.
Ba 2+ – желто-зеленый.
Cu 2+ – зеленый
Pb 2+ – голубой.

Опыт 5. Определение катионов металлов в растворах солей.

Нихромовую проволоку учитель промывает в 20% соляной кислоте и просушивает. Затем кончик её (колечко) по очереди опускает в концентрированные растворы солей кальция, натрия, меди, калия, лучше – хлоридов (они более летучи) и вносит в пламя спиртовки. Соли следует растворять в дистиллированной воде, так как наличие солей натрия в водопроводной воде мешает наблюдению окраски пламени другими катионами.

Нихром – общее название сплавов на основе никеля, хрома, алюминия и кремния. Они обладают высокой жаропрочностью в сочетании с высоким электрическим сопротивлением. Нихромовую нить для опытов можно взять из старых открытых электрических плиток.

Учитель предлагает вернуться к определению, которое дал металлам М.В. Ломоносов (оно написано на доске). Учащиеся дополняют его, исходя из современных представлений о свойствах металлов.

В заключение учитель подводит итоги урока и предлагает учащимся сделать вывод по данной теме. Проецирует через графопроектор правильно заполненный лист самоконтроля, учащиеся исправляют ошибки красной ручкой и сами выставляют себе отметки по данной теме.

Учитель: Я думаю, мы удачно доплыли до пристани «Перемена» и выполнили поставленную задачу. Удачи вам!

Цели урока: обобщение и закрепление знаний учащихся о металлах.

Образовательные задачи: закрепление и углубление знаний о положении металлов в ПСХЭ Д. И. Менделеева, строение атомов, физических и химических свойствах, применении и практической значимости, рассмотрении биологической роли металлов, о коррозии, умение составлять уравнения химических реакции и определять их тип.

Развивающие задачи: развитие речи, внимания, памяти, познавательного интереса, потребности в приобретении и применении знаний.

Воспитательные задачи: воспитание культуры речи, активной позиции, обучение навыкам общения, ответственного отношения к коллективной работе.

Методы обучения: иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый, проектный.

Тип урока: урок обобщения и закрепления знаний.

Организационная форма: фронтальный опрос, беседа по проблемным вопросам, лабораторная работа, самостоятельная работа, рефлексия.

Программное обеспечение: компьютерная презентация к уроку

ПСХЭ Д. И. Менделеева
Электрохимический ряд напряжений металлов
Кристаллические решетки

– Лабораторное оборудование и реактивы
– Гальванометр с медными проводами, железный гвоздь, картофель (клубень)
– 5 пробирок с готовыми опытами
– Экран, проектор

Ход урока

I. Организационная часть

II. Основная часть (Слайд 1)

1. Общая характеристика металлов (Слайд 2)

Положение металлов в ПСХЭ Д. И. Менделеева
Как изменяются металлические свойства в группах, периодах?
Особенности строения атомов.
Строение атомов Na, Ca, Al (у доски)
Вид химической связи, тип кристаллической решетки.

2. Общие физические свойства(Слайд 3,4,5)

Демонстрационный опыт на электрическую проводимость с гальванометром

К клеммам гальванометра присоединены два медных провода.

К концу одного из них прикрепляем стальной гвоздь. Затем втыкаем свободный конец медного провода и гвоздь в клубень картофеля. Мы видим, что стрелка гальванометра отклонилась (можно с яблоком).

Почему возникает электрический ток?

Разнородные металлы образуют электрическое поле.

Клубень картофеля содержит растворы солей металлов.

3. Общие химические свойства (Слайд 6,7,8,9,10)

А) Взаимодействие с простыми веществами

Б) Взаимодействие со сложными веществами.

4. Это интересноТворческие работы (небольшие проекты)

5. Коррозия. Защита от коррозии

Опыты закладываются заранее.

№ 1 – гвоздь опущен в раствор хлорида натрия
№ 2 – гвоздь опущен в раствор хлорида натрия с прикрепленной медной проволокой
№ 3 – гвоздь опущен в раствор хлорида натрия с прикрепленной цинковой пластинкой
№ 4 – гвоздь опущен в воду
№ 5 – гвоздь опущен в раствор хлорида натрия + слабый раствор NaOH.

6. Тест по модулю металлы и их важнейшие соединения

1. Какой из металлов более активный, чем железо?
а) Cu; б) Ca; в) Sn; г) Hg.

2. Наиболее активным является металл, имеющий электронную конфигурацию:
а) …3S 1 ; б) …4S 1 ; в) …3S 2 3P 1 ; г) …3S 2 .

3. В цепи превращений Fe> X FeCl₂> Y FeCl₃ веществами “x” и “y” могут быть соответственно:
а) HCl, Cl₂; б)Cl₂, HCl; в)NaCl, Cl₂; г)HCl, KCl.

4. Амфотерным является гидроксид:
а) меди (II); б) калия; в) алюминия; г) железа (II).

5. Металл, образующий оксиды трех типов (основный, амфотерный, кислотный) это:
а) кальций; б) медь; в) алюминий; г) хром.

1. С водой наиболее энергично реагирует при обычных условиях:
а) калий; б) литий; в) кальций; г) магний.

2. Электронная формула магния:
а) 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 ; б) 1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 ; в) 1S 2 2S 1 ; г) 1S 2 2S 2 .

4. Степени окисления хрома:
а) +2, +4; б) +1, +5; в) +4, +6; г) +2, +3, +6.

5. Магнитными свойствами обладает:
а) магний; б) железо; в) цинк; г) титан.

Свойства металлов начинают изучать на уроках химии в 8–9 классе. В этом материале мы подробно разберем химические свойства этой группы элементов, а в конце статьи вы найдете удобную таблицу-шпаргалку для запоминания.

О чем эта статья:

8 класс, 9 класс, ЕГЭ/ОГЭ

Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.

В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).

Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.

Ряд активности металлов

Металлы средней активности

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

оксид образует только литий

натрий образует пероксид

калий, рубидий и цезий — надпероксид

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

С галогенами металлы образуют галогениды:

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется H2. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

Металлы IIА группы

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

3Са + Cr₂O₃ = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Вопросы для самоконтроля

С чем реагируют неактивные металлы?

С чем связаны восстановительные свойства металлов?

Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + Н2O

Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.

Таблица «Химические свойства металлов»

Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb

Cu, Hg, Ag, Pt, Au

Восстановительная способность металлов в свободном состоянии

Возрастает справа налево

Взаимодействие металлов с кислородом

Быстро окисляются при обычной температуре

Медленно окисляются при обычной температуре или при нагревании

Взаимодействие с водой

Выделяется водород и образуется гидроксид

При нагревании выделяется водород и образуются оксиды

Водород из воды не вытесняют

Взаимодействие с кислотами

Вытесняют водород из разбавленных кислот (кроме HNO₃)

Не вытесняют водород из разбавленных кислот

Реагируют с концентрированными азотной и серной кислотами

С кислотами не реагируют, растворяются в царской водке

Взаимодействие с солями

Не могут вытеснять металлы из солей

Более активные металлы (кроме щелочных и щелочноземельных) вытесняют менее активные из их солей

Взаимодействие с оксидами

Для металлов (при высокой температуре) характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов

Читайте также: