Металлы химические элементы и простые вещества. Физические свойства щелочных металлов

Из 114 химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева 92 элемента образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Ещё в глубокой древности человек обратил внимание на особые свойства металлов: их можно расплавить, а затем придать им любую форму, изготовив при этом наконечники стрел и копий, щиты и мечи, посуду и плуги... На часах человеческой истории каменный век сменился веком медным, затем - бронзовым, далее - железным...

Все металлы, кроме ртути, в обычном состоянии твёрдые вещества и имеют ряд общих свойств. Металлы - это ковкие, пластичные, тягучие вещества, которые имеют металлический блеск, тепло- и электропроводны.

Металлам в прошлые века приписывалось много чудодейственных свойств. Известные ещё в Древнем Египте семь металлов считались представителями семи планет на Земле.

Золото наши предки связывали с Солнцем, серебро - с Луной, медь - с Венерой, железо - с Марсом, олово - с Юпитером, свинец - с Сатурном, ртуть - с Меркурием (рис. 44). Совпадение числа металлов, знакомых древним, с числом планет, которые они видели на небе, казалось бы, подтверждало взаимосвязь земных металлов с небесными телами. Когда в XVI в. алхимикам стала известна металлическая сурьма, они долго отказывались признавать её металлом - ведь для сурьмы на небе не хватало планеты.

Рис. 44.
Обозначение химических элементов алхимиками

М. В. Ломоносов определял металл «как светлое тело, которое ковать можно», и относил это свойство к металлам: золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу. А. Лавуазье в «Начальном курсе химии», написанном в 1789 г., упоминал уже 17 металлов. В начале XIX в. последовало открытие платиновых металлов. К настоящему времени число известных металлов возросло до 92.

Пластичность - это важнейшее свойство металлов изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку. При этом подвижные обобществлённые электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Поэтому обработка металлов с изменением формы происходит без разрушения.

Самым пластичным из драгоценных металлов является золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной два километра.

Все металлы, как вы знаете, твёрдые при обычных условиях вещества. Исключение, как уже отмечалось, составляет ртуть, которая при обычных условиях представляет собой жидкий блестящий серебристо-белый металл.

Металлы различаются по твёрдости. Мягкие - щелочные, например, или свинец, а твёрдые - хром, титан, молибден.

Представление о температурах плавления и плотности некоторых металлов вы можете получить, если внимательно рассмотрите рисунок 45.

Рис. 45.
Температуры плавления и плотности некоторых металлов

Наличие обобществлённых электронов объясняет и такие характерные свойства металлов, как их тепло-и электропроводность. Достаточно даже небольшой разности потенциалов, и беспорядочно движущиеся электроны начинают двигаться строго упорядоченно. Лучшие проводники электрического тока - серебро, медь, золото, алюминий. В приведённом списке они расположены в порядке уменьшения электропроводности.

Свободные электроны обусловливают и такое свойство, как металлический блеск. Свет поглощается поверхностью металла, и его электроны начинают испускать свои, вторичные, волны излучения, которые мы воспринимаем как металлический блеск. Прекрасно отражают свет палладий, ртуть, серебро, медь.

Лабораторный опыт № 5
Ознакомление с коллекцией металлов

Ознакомьтесь с коллекцией металлов. Запишите химические знаки выданных вам металлов, расположите их в порядке возрастания:

плотности;
пластичности;
твёрдости;
металлического блеска;
электропроводности;
теплопроводности.

Для выполнения задания используйте приложения 1 и 2, дополнительные источники информации.

Ключевые слова и словосочетания

Физические свойства металлов: ковкость, пластичность, тягучесть, твёрдость, температура кипения, металлический блеск, электро- и теплопроводность.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

Какое из веществ, названных в приведённом ниже стихотворении, не относится к металлам?
Как понимать приведённые в этом стихотворении образные выражения: «сера - их отец» и «ртуть - родная мать»?
О каком свойстве металлов говорится в начальной строке стихотворения А. С. Пушкина «Кинжал»?
О каком свойстве металлов говорится в приведённых ниже строках?
Почему авиакомпаниям запрещено перевозить аппараты и приборы, содержащие ртуть?
Пользуясь дополнительной литературой, приготовьте сообщение о появлении зеркал в жизни человека и совершенствования способов их изготовления.

Конспект урока

по химии

в 8 классе

на тему

«Простые вещества – металлы»

Тема: Простые вещества – металлы

Цели:

Образовательные:

1. Расширение и углубление знаний учащихся об особенностях строения атомов металлов, расположения металлов в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, строения кристаллической металлической решетки и металлической химической связи.

2. Познакомить с общими физическими свойствами металлов.

3. Научить характеризовать и объяснять свойства веществ на основании вида химической связи и типа кристаллической решетки.

Развивающие:

1. Развитие общеучебных умений и навыков (умение сравнивать, обобщать и делать выводы).

2. Развитие познавательной активности, познавательных и интеллектуальных способностей учащихся, умений самостоятельно приобретать знания.

3. Формирование научной картины мира.

Воспитательные:

1. Способствовать развитию интереса к предмету.

2. Воспитание трудолюбия, внимательности.

Оборудование: компьютер, проектор.

Методы работы: рассказ, беседа, структуры сингапурских методов обучения.

Ход урока:

I . Организационный момент.

Приветствие, подготовка учащихся к уроку. Парты расставлены по парам, ученики сидят по 4 человека за столом. Столы пронумерованы.

II . Актуализация знаний.

Сообщение темы и целей урока

Слайд № 1

В Древнем Египте считали все, что металлов – всего 7!

Семь металлов создал свет по числу семи планет

Медь, железо, серебро… дал нам космос на добро.

Злато, олово, свинец… всем им Ртуть – родной отец.

Слайд №2

Ребята, вы прослушали стихотворение, в котором говорится о теме сегодняшнего урока. Сформулируйте тему урока.

Ответ: Металлы

Слайд №3

Правильно, на сегодняшнем уроке мы с вами будем говорить о металлах. Запишите в тетрадях тему урока «Простые вещества – металлы».

2. Актуализация ранее изученных знаний

Обратите внимание на тему урока. Понятия «простые вещества» и «металлы» нам уже знакомы. Давайте вспомним, какие вещества называются простыми?

Ответ: Вещества, состоящие из атомов одного вида, называются простыми веществами.

А что вы уже знаете о металлах?

Ответ: Строение металлов, расположение в Периодической системе элементов металлов, металлическую химическую связь.

Заполните колонку «ДО» в таблице, которая перед вами (Сингапурская структура «Эй-ар-гайд»). (Отводится 2 минуты) (Приложение 1)

Теперь, положите листочки на край стола, вернемся к этому заданию в конце урока.

Вспомним расположение металлов в ПСХЭ.

Если провести диагональ от элемента бора В (порядковый номер 5) до элемента астата At (порядковый номер 85), то слева внизу под этой диагональю в Периодической системе все элементы являются металлами, кроме этого металлами являются все элементы побочных подгрупп. Справа вверху над диагональю находятся элементы неметаллы (исключая металлы побочных подгрупп).

Каких элементов в Периодической таблице Д.И. Менделеева больше?

Ответ: В Периодической таблице Д.И.Менделеева больше металлов .

Зарисуйте в тетради схему с доски. (Приложение 2)

Из 110 элементов Таблицы Д.И.Менделеева 88 металлы и лишь 22 неметаллы.

Слева направо по периоду металлические свойства и R атома уменьшаются.

Сверху вниз по группе металлические свойства химических элементов и R атома увеличиваются.

- Сколько всего электронов у металлов на внешнем энергетическом уровне?

Ответ: От 1 до 3 электронов на внешнем энергетическом уровне.

- Зная, что металлы имеют сравнительно большие радиусы атомов и небольшое количество электронов на внешнем энергетическом уровне, ответьте, к чему стремятся атомы металлов?

Ответ: Атомы металлов стремятся к отдать электроны с внешнего энергетического уровня.

Во что превратятся атомы металлов, отдавшие электроны?

Ответ: Атомы металлов превращаются в положительно заряженные ионы.

Слайд №4

Простые вещества, которые образуют элементы – металлы, при обычных условиях, являются твердыми кристаллическими веществами, кроме ртути, свинца.

Вспомним строение кристаллической решетки металлов.

Ответ: В узлах металлической кристаллической решетки находятся положительные ионы и атомы металлов (атом-ионы), а между ними – свободные электроны. Эти электроны свободно перемещаться. Свободные электроны имеют отрицательный заряд и притягивают положительно заряженные ионы металлов. Поэтому кристаллическая решетка металлов является устойчивой.

- Правильно, в металле постоянно существуют атомы, ионы и свободные электроны. Составьте на доске схемы металлической химической связи для Na , Mg , Al .

Вызываются по очереди ученики к доске, а все остальные выполняют в тетрадях.

Ответы:

Li 0 -1 ē Li 1+

Ca 0 -2 ē Ca 2+

Al 0 -3 ē Al 3+

Проверьте свои записи.

Вспомните, как называется связь между положительными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов?

Ответ: Металлическая связь.

Свободные электроны внутри металлической кристаллической решетки могут переносить теплоту и электричество, отражать световые волны, поэтому они являются причиной главных физических свойств металлов – высокой электро- и теплопроводности.

Слайд №5

III . Изучение нового материала.

Начинаем изучать «Физические свойства металлов».

Сейчас мы будем изучать физические свойства металлов, которые вы должны перечислить в тетради. При этом запишем сведения с экрана.

1. Твердость – все металлы при обычных условиях твердые вещества, кроме ртути. (Просмотр видео «Ртуть» )

По твердости металлы делятся на мягкие и твердые. Самый твердый из металлов – хром, который может царапать стекло. Самые мягкие – щелочные металлы и свинец (Демонстрация видео «Щелочные металлы – Литий, натрий, калий») . Щелочные металлы хранят в особых условиях: литий в вазелине из-за своей низкой плотности, натрий в керосине, керосин в стеленной баночке, баночка в асбестовой крошке, асбест в жестяной баночке, жестяная баночка в сейфе.

Слайд №6

2. Пластичность, ковкость – это свойство металлов изменять свою форму при ударе. Прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку. Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

Самым пластичным из драгоценных металлов является золото. Один его грамм можно вытянуть в проволоку длиной 2км. Демонстрация учащимся алюминиевую фольгу.

Слайд №7

3. Металлический блеск – все металлы обладают металлическим блеском. Электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло. Самые блестящие металлы – это ртуть и серебро. Из ртути изготавливали в средние века знаменитые «венецианские зеркала», современные зеркала изготавливают из серебра.

Слайд №8

4. Металлы звенят – это свойство используется для изготовления колоколов, музыкальных инструментов и т.д. самые звонкие металлы – это золото, серебро и медь.

Демонстрация звона золотого обручального кольца, подвешенного на женском волосе. При ударе по нему деревянной палочкой (карандашом) слышен очень долгий высокий и чистый звук.

Слайд №9

5. Тепло- и электропроводность – металлы, характеризующиеся высокой электрической проводимостью, обладают и высокой теплопроводностью. Лучшие проводники серебро, медь, золото, железо, алюминий.

Если самый лучший проводник – серебро, то почему электрические провода из него не делают?

Ответ: Высокая стоимость этого металла.

Худшей тепло-, электропроводностью обладают ртуть, свинец вольфрам.

Слайд №10

6. Температура плавления металлов изменяется в широких пределах. Самый легкоплавкий металл – ртуть (t 0 пл. = -38.9 0 С), самый тугоплавкий – Вольфрам (t 0 пл. = 3380 0 С).

Слайд №11

7. Плотность металлов тожеизменяется в широких пределах. Металл с наименьшей плотностью – литий 0,53*10 3 кг/м 3. Металл с наибольшей плотностью осмий 22,48*10 3 кг/м 3 .

Слайд №12

8. Аллотропия - способность атомов одного ХЭ образовывать несколько простых веществ – модификации.

Рассказ учителя про аллотропные модификации олова.

IV . Физминутка

Слайд№ 13-24

А теперь немножко отдохнем. Внимательно смотрите на экран, на нем будут появляться названия химических элементов. Если на экране – металл, вы должны встать, если нет – продолжаем сидеть (Сингапурская структура «Тейк оф тач даун»). Внимание на экран!

А теперь вернемся снова к таблицам, которые мы заполняли в начале урока. Только теперь заполните колонку «После». (Дается время – 2мин)

Изменилось ли ваше мнение?

Ответ:

Зачитайте мне ваши результаты, стол №…. участник №… (так учитель спрашивает у нескольких учеников)

В конце проверим, что вы усвоили на сегодняшнем уроке. Для этого возьмите лист А4, которые у вас на столах. Сложите в 4, потом сложите уголок и раскройте лист. (Сингапурская структура «Модель Фрейера») (Приложение 3)

(Дается 10 минут)

Теперь за каждым столом по очереди зачитайте ваши ответы («Сингл раунд робин»). (На каждого ученика по 30 секунд)

Стол №… , участник №…, зачитайте ваши ответы (спрашивается у нескольких учеников)

VIII . Домашнее задание:

Слайд №25

Приложение 1

Эй-ар-гайд

ДО

Утверждения

ПОСЛЕ

Все металлы по агрегатному состоянию твердые

Все металлы тугоплавкие

Металлы хорошо проводят электрический ток

Все металлы имеют высокую плотность

Металлы имеют блеск

Металлы

Примеры

Противоположные примеры

Первый материал, который научились использовать люди для своих нужд - это камень. Однако позже, когда человеку стало известно о свойствах металлов, камень отошел далеко назад. Именно эти вещества и их сплавы стали самым важным и главным материалом в руках людей. Из них изготавливались предметы быта, орудия труда, строились помещения. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, что же собой представляют металлы, общая характеристика, свойства и применение которых так актуально по сей день. Ведь буквально сразу за каменным веком последовала целая плеяда металлических: медный, бронзовый и железный.

Металлы: общая характеристика

Что же объединяет всех представителей этих простых веществ? Конечно, это строение их кристаллической решетки, типы химических связей и особенности электронного строения атома. Ведь отсюда и характерные физические свойства, которые лежат в основе использования этих материалов человеком.

В первую очередь, рассмотрим металлы как химические элементы периодической системы. В ней они располагаются достаточно вольготно, занимая 95 ячеек из известных на сегодняшний день 115. Есть несколько особенностей их расположения в общей системе:

Образуют главные подгруппы I и II групп, а так же III, начиная с алюминия.
Все побочные подгруппы состоят только из металлов.
Они располагаются ниже условной диагонали от бора до астата.

Опираясь на такие данные, легко проследить, что неметаллы собраны в верхней правой части системы, а все остальное пространство принадлежит рассматриваемым нами элементам.

Все они имеют несколько особенностей электронного строения атома:

Общая характеристика металлов и неметаллов позволяет выявить закономерности в их строении. Так, кристаллическая решетка первых - металлическая, особенная. В узлах ее находятся сразу несколько типов частиц:

ионы;
атомы;
электроны.

Внутри скапливается общее облако, называемое электронным газом, которое и объясняет все физические свойства этих веществ. Тип химической связи в металлах одноименный с ними.

Физические свойства

Существует ряд параметров, которые объединяют все металлы. Общая характеристика их по физическим свойствам выглядит так.

Перечисленные параметры - это и есть общая характеристика металлов, то есть все то, что их объединяет в одно большое семейство. Однако следует понимать, что из всякого правила есть исключения. Тем более что элементов подобного рода слишком много. Поэтому внутри самого семейства также есть свои подразделения на различные группы, которые мы рассмотрим ниже и для которых укажем характерные особенности.

Химические свойства

С точки зрения науки химии, все металлы - это восстановители. Причем, очень сильные. Чем меньше электронов на внешнем уровне и чем больше атомный радиус, тем сильнее металл по указанному параметру.

В результате этого металлы способны реагировать с:

Это лишь общий обзор химических свойств. Ведь для каждой группы элементов они сугубо индивидуальны.

Щелочноземельные металлы

Общая характеристика щелочноземельных металлов следующая:

Таким образом, щелочноземельные металлы - это распространенные элементы s-семейства, проявляющие высокую химическую активность и являющиеся сильными восстановителями и важными участниками биологических процессов в организме.

Щелочные металлы

Общая характеристика начинается с их названия. Его они получили за способность растворяться в воде, формируя щелочи - едкие гидроксиды. Реакции с водой очень бурные, иногда с воспламенением. В свободном виде в природе данные вещества не встречаются, так как их химическая активность слишком высока. Они реагируют с воздухом, парами воды, неметаллами, кислотами, оксидами и солями, то есть практически со всем.

Это объясняется их электронным строением. На внешнем уровне всего один электрон, который они легко отдают. Это самые сильные восстановители, именно поэтому для их получения в чистом виде понадобилось достаточно долгое время. Впервые это было сделано Гемфри Дэви уже в XVIII веке путем электролиза гидроксида натрия. Сейчас всех представителей этой группы добывают именно таким методом.

Общая характеристика щелочных металлов заключается еще и в том, что они составляют первую группу главную подгруппу периодической системы. Все они - важные элементы, образующие много ценных природных соединений, используемых человеком.

Общая характеристика металлов d- и f-семейств

К этой группе элементов относятся все те, степень окисления которых может варьироваться. Это значит, что в зависимости от условий, металл может выступать в роли и окислителя, и восстановителя. У таких элементов велика способность вступать в реакции. Среди них большое количество амфотерных веществ.

Общее название всех этих атомов - переходные элементы. Они получили его за то, что по проявляемым свойствам действительно стоят как бы посередине, между типичными металлами s-семейства и неметаллами р-семейства.

Общая характеристика переходных металлов подразумевает обозначение сходных их свойств. Они следующие:

большое количество электронов на внешнем уровне;
большой атомный радиус;
несколько степеней окисления (от +3 до +7);
находятся на d- или f-подуровне;
образуют 4-6 больших периодов системы.

Как простые вещества металлы данной группы очень прочные, тягучие и ковкие, поэтому имеют большое промышленное значение.

Побочные подгруппы периодической системы

Общая характеристика металлов побочных подгрупп полностью совпадает с таковой у переходных. И это неудивительно, ведь, по сути, это совершенно одно и то же. Просто побочные подгруппы системы образованы именно представителями d- и f-семейств, то есть переходными металлами. Поэтому можно сказать, что данные понятия - синонимы.

Самые активные и важные из них - первый ряд из 10 представителей от скандия до цинка. Все они имеют важное промышленное значение и часто используются человеком, особенно для выплавки.

Сплавы

Общая характеристика металлов и сплавов позволяет понять, где и как возможно использовать эти вещества. Такие соединения в последние десятки лет претерпели большие преобразования, ведь открываются и синтезируются все новые добавки для улучшения их качества.

Наиболее известными сплавами на сегодняшний день являются:

латунь;
дюраль;
чугун;
сталь;
бронза;
победит;
нихром и прочие.

Что такое сплав? Это смесь металлов, получаемая при плавке последних в специальных печных устройствах. Это делается для того, чтобы получить продукт, превосходящий по свойствам чистые вещества, его образующие.

Сравнение свойств металлов и неметаллов

Если говорить об общих свойствах, то характеристика металлов и неметаллов будет отличаться одним очень существенных пунктом: для последних нельзя выделить схожих черт, так как они очень разнятся по проявляемым свойствам как физическим, так и химическим.

Поэтому для неметаллов создать подобную характеристику нельзя. Можно лишь по отдельности рассмотреть представителей каждой группы и описать их свойства.

Из 109 химических элементов Периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева 87 элементов образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Еще в давние времена человек обращал свое внимание на особые свойства металлов: их можно плавить, а после этого придавать им любую форму, изготовив при этом наконечники копий и стрел, секиры и мечи, посуду и даже плуги. Как нам известно, из истории, на смену каменному веку пришел медный век, затем – бронзовый, еще позже – железный. Абсолютно все металлы, кроме ртути, в своем обычном состоянии твердые вещества, обладающие определенным набором общих свойств. Металлы – это пластичные, ковкие, тягучие вещества, обладающие металлическим блеском, а также способностью проводить электрический ток и тепло.

В древние времена, металлам приписывались различные чудодейственные свойства. В Древнем Египте семь металлов считались олицетворением семи планет на Земле.

Такой драгоценный металл как золото, наши праотцы олицетворяли с Солнцем, серебро – с Луной, медь – с Венерой, железо – с Марсом, олово – с Юпитером, свинец – с Сатурном, ртуть – с Меркурием. Количество металлов, которое на тот момент было известно людям, казалось бы, только подтверждало подобную взаимосвязь между планетами и металлами. Когда в шестнадцатом веке алхимики сумели открыть металлическую сурьму, они на протяжении долгого времени не хотели признавать ее металлом – ведь для сурьмы на небе не хватало определенной планеты.

М.В. Ломоносов описывал металлы как «светлое тело, которое ковать можно», он приписывал это свойство к золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу. А. Лавузье упоминал в своей книге «Начальный курс химии» написанной в 1789 году, уже около семнадцати металлов. В начале девятнадцатого века произошло открытие платиновых металлов. В наши дни, число металлов которые известны человеку, достигло 87.

Пластичность – одно из важнейших свойств металлов, позволяющее им видоизменять свою форму при ударе, сплющиваться в тонкие листы или вытягиваться в проволоку. Таким образом, подвижные обобществленные электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Именно поэтому обработка металла при изменении его формы происходит без разрушения оного.

По своей пластичности, из драгоценных металлов можно выделить золото. Всего из одного грамма золота можно изготовить проволоку протяженностью в три километра.

Наличие обобществленных электронов объясняет также и такое характерное свойство металлов, как их электропроводность. Хватит даже небольшой разности потенциалов, и хаотично двигающиеся электроны начинают перемещаться в строго упорядоченном направлении. Самыми оптимальными проводниками электрического тока являются такие металлы как серебро, медь, золото, алюминий. В такой последовательности, уменьшается их электропроводность.

Помимо этого, свободные электроны являются причиной блеска металлов. Свет поглощается поверхностью металла, его электроны начинают испускать свои, уже вторичные, волны излучения, мы их можем наблюдать как металлический блеск. Хорошим примером этого могут послужить такие металлы как ртуть, медь серебро – они прекрасно отражают свет.

Большое количество металлов фигурирует в природе в виде руды и различных соединений. Они могут образовывать сульфиды, оксиды, карбонаты и многие другие химические соединения. Чтобы получить чистый метал из руды необходимо выделить его и произвести очистку. Если возникает необходимость, то производится легирование и другая обработка металла. Наука, которая изучает металлы, а также все, что связано с ними называется металлургия.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь .
Первый урок – бесплатно!

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.