Введение

Металлы – простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, способностью хорошо отражать свет (что обуславливает их блеск и непрозрачность), возможностью принимать нужную форму под воздействием внешних сил (пластичностью). Существует и другое определение металлов – это химические элементы, характеризующиеся способностью отдавать внешние (валентные) электроны.

Из всех известных химических элементов около 90 являются металлами. Большинство неорганических соединений – это соединения металлов.

Существует несколько типов классификации металлов. Наиболее четкой является классификация металлов в соответствии с их положением в периодической системе химических элементов – химическая классификация.

Если в «длинном» варианте периодической таблицы провести прямую линию через элементы бор и астат, то слева от этой линии расположатся металлы, а справа от нее – неметаллы.

С точки зрения строения атома металлы под-разделяют на непереходные и переходные. Не-переходные металлы располагаются в главных подгруппах периодической системы и характе-ризуются тем, что в их атомах происходит по-следовательное заполнение электронных уров-ней s и р. К непереходным металлам относят 22 элемента главных подгрупп а: Li , Na , K , Rb , Cs ,Fr , Be , Mg , Ca , Sr , Ba , Ra , Al , Ga , In , Tl , Ge , Sn , Pb , Sb , Bi , Po .

Переходные металлы располагаются в побоч-ных подгруппах и характеризуются заполнени-ем d - или f -электронных уровней. К d -элементам относятся 37 металлов побочных подгрупп б: Cu , Ag , Au , Zn , Cd , Hg , Sc , Y , La , Ac , Ti , Zr , Hf , Rf , V , Nb , Ta , Db , Cr , Mo , W , Sg , Mn , Tc , Re , Bh , Fe , Co , Ni , Ru , Rh , Pd , Os , Ir , Pt , Hs , Mt .

К f- элементамотносятся 14 лантаноидов (Се, Рr, Nd, Рm, Sm, Еu, Gd, Тb, D у, Но, Ег, Тm, Уb, Lu) и 14 актиноидов (Тh, Ра, U, Np, Рu, Аm, Сm, Вk, Сf, Еs, Fm, Мd, No, Lr).

Среди переходных металлов выделяют так-же редкоземельные металлы (Sc , Y , La и лан-таноиды), платиновые металлы (Ru , Rh , Pd , Оs , Ir , Рt ), трансурановые металлы (N р и элементы с большей атомной массой).

Помимо химической существует также, хотя и не общепринятая, но издавна сложившаяся техническая классификация металлов. Она не так логична, как химическая, - в основе её лежит то один, то другой практически важный признак металла. Железо и сплавы на его основе относят к чёрным металлам, все прочие метал-лы - к цветным. Различают лёгкие (Li , Ве, Мg , Тi и др.) и тяжёлые металлы (Мn , F е, Со, Ni , Сu , Zn , Сd , Hg , Sn , Рb и др.), а также группы тугоплавких (Тi , Zr , Hf , V , Nb , Та, Сr , Мо, W , R е), драгоценных (Аg , Аu , платиновые металлы) и радиоактивных (U , Тh , N р, Рu и др.) металлов. В геохимии выделяют также рассеянные (Ga , Ge , Hf , Re и др.) и редкие (Zr , Hf , Nb , Ta , Mo , W , Re и др.) металлы. Как видно между группами четких границ не существует.

Историческая справка

Несмотря на то, что жизнь человеческого общества без металлов невозможна, никто точно не знает, когда и как человек начал впервые ими пользоваться. Самые древние дошедшие до нас письмена повествуют о примитивных мастерских, в которых выплав-или металл и изготавливали из него изделия. Значит, человек овладел металлами раньше, чем письменность. Раскапывая древние поселения, археологи находят орудия труда и охоты, которыми пользовался человек в те далёкие времена, - ножи, топоры, наконечники для стрел, иглы, рыболовные крючки и многое другое. Чем древнее поселения, тем грубее и при-митивнее были изделия человеческих рук. Са-мые древние изделия из металлов были найдены при раскопках поселений, существовавших около 8 тысяч лет назад. Это были в основном украшения из золота и серебра и наконечники стрел и копий из меди.

Греческое слово «металлон» первоначально оз-начало копи, рудники, отсюда и произошёл тер-мин «металл». В древности считалось, что су-ществует только 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Это число соотносилось с числом известных тогда планет -Солнцем (золото), Луной (серебро), Венерой (медь), Юпитером (олово), Сатурном (свинец), Марсом (железо), Меркурием (ртуть) (см. ри-сунок). По алхимическим представлениям, ме-таллы зарождались в земных недрах под вли-янием лучей планет и постепенно совершенст-вовались, превращаясь в золото.

Человек сначала овладел самородными метал-лами - золотом, серебром, ртутью. Первым ис-кусственно полученным металлом была медь, затем удалось освоить получение сплава меди соловом - бронзы и только позднее - железа. В 1556 г. в Германии была издана книга не-мецкого металлурга Г. Агриколы «О горном де-ле и металлургии» - первое дошедшее до нас детальное руководство по получению металлов. Правда, в то время свинец, олово и висмут ещё считали разновидностями одного металла. В 1789 г. французский химик А. Лавуазье в сво-ём руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тог-да металлы - сурьму, серебро, висмут, кобальт, олово, железо, марганец, никель, золото, пла-тину, свинец, вольфрам и цинк. По мере раз-вития методов химического исследования число известных металлов стало быстро возрастать. В 18 в. было открыто 14 металлов, в 19 в. - 38, в 20 в. - 25 металлов. В первой половине 19 в. были открыты спутники платины, получены пу-тём электролиза щелочные и щёлочноземельные металлы. В середине века методом спектрального анализа были открыты цезий, рубидий, таллий и индий. Блестяще подтвердилось су-ществование металлов, предсказанных Д. И. Мен-делеевым на основе его периодического закона (это галлий, скандий и германий). Открытие радиоактивности в конце 19 в. повлекло за со-бой поиски радиоактивных металлов. Наконец, методом ядерных превращений в середине 20 в. были получены не существующие в природе ра-диоактивные металлы, в частности трансурано-вые элементы.

Физические и химические свойства металлов.

Все металлы - твер-дые вещества (кроме ртути, которая при обычных условиях жидкая), они отличаются от неметаллов особым видом связи (металлическая связь). Валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом, и внутри каждого металла существует так называемый электронный газ. Большинство металлов имеют кристаллическую структуру, и металл можно представить как «жесткую» кристаллическую решетку из положительных ионов (катионов). Эти электроны могут более или менее передвигаться по металлу. Они компенсируют силы отталкивания между катионами и, тем самым, связывают их в компактное тело.

Все металлы об-ладают высокой электрической проводимостью (т. е. они про-водники в отличие от неметаллов-диэлектриков), особенно медь, серебро, золото, ртуть и алюминий; высока и теплопро-водность металлов. Отличительным свойством многих метал-лов является их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы (фольгу) и вытянуты в проволоку (олово, алюминий и др.), однако встречаются и до-статочно хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут).

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси, называемые сплавами. В сплаве свойства одного компонента обычно удачно дополняют свойства другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для из-готовления деталей машин, сплавы же меди с цинком, назы-ваемые латунью, являются уже достаточно твердыми и широ-ко используются в машиностроении. Алюминий обладает хо-рошей пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав аюралюмин (дюраль), содержащий медь, магний и марганец. Дюралюмин, не теряя свойств своего алюминия, приобретает высокую твердость и поэтому используется в авиационной технике. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) - это известные чугун и сталь.

Металлы очень сильно различаются по плотности: у лития она почти вдвое меньше, чем у воды (0,53 г/см), а у осмия - более чем в 20 раз выше (22,61 г/см 3). Отличаются металлы и по твёрдости. Самые мягкие - щелочные металлы они легко режутся ножом; самый твердый металл - хром - режет стекло. Велика разница температур плавления металлов: ртуть - жидкость при обычных условиях, цезий и галлий плавятся при температуре человеческого тела, а самый тугоплавкий металл - вольфрам имеет температуру плавления 3380 °С. Металлы, температура плавления которых выше 1000 °С, от-носят к тугоплавким металлам, ниже - к легкоплавким. При высоких температурах металлы способны испускать электроны, что используется в электронике и термоэлектрических генераторах для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Железо, кобальт, никель и гадолиний после помещения их в магнитное поле способны постоянно сохранять состояние намагниченности.

Металлам присуще некоторые и химические свойства. Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы. Поэтомц металлы являются восстановителями. В этом, собственно, и состоит их главное и наиболее общее химическое свойство.

Очевидно, металлы как восстановители будут вступать в реакции с различными окислителями, среди которых могут быть простые ве-щества, кислоты, соли менее активных металлов и некоторые другие соединения. Соединения металлов с галогенами называются галогенидами, с серой - сульфидами, с азотом - нитридами, с фосфо-ром - фосфидами, с углеродом - карбидами, с кремнием - сили-цидами, с бором - боридами, с водородом - гидридами и т. д. Многие из этих соединений нашли важное применение в новой тех-нике. Например, бориды металлов используются в радиоэлектрони-ке, а также в ядерной технике в качестве материалов для регулиро-вания нейтронного излучения и защиты от него.

Под действием концентрированных кислот-окислителей на некоторых металлах также образуется устойчивая оксид-ная пленка. Это явление называется пассивацией. Так, в кон-центрированной серной кислоте пассивируются (и не реагиру-ют с ней) такие металлы, как Ве, Вi , Со, F е, Mg , и Nb , а в кон-центрированной азотной кислоте - металлы Аl , Ве, Вi , Со, Сг, F е, Nb , Ni , Рb , Тh и U .

Чем левее расположен металл в этом ряду, тем больши-ми восстановительными свойствами он обладает, т. е. легче окисляется и переходит в виде катиона в раствор, но зато труднее восстанавливается из катиона в свободное состояние.

В ряд напряжений помещен один неметалл - водород, по-скольку это позволяет определить, будет ли данный металл реагировать с кислотами - неокислителями в водном растворе (точнее - окисляться катионами водорода Н +). Например, цинк реагирует с хлороводородной кислотой, так как в ряду напряжений он стоит левее (до) водорода. Напротив, серебро не переводится в раствор хлороводородной кислотой, поскольку оно стоит в ряду напряжений правее (после) водорода. Аналогично ведут себя металлы в разбавлен-ной серной кислоте. Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, называют благородными (Ag , Pt , Au и др.)

Система Д. И. Менделеева подразделяется на... период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом. Элементы 2 ...

Положение металлов в периодической системе. Физические свойства

В периодической системе Д. И. Менделеева из 110 элементов 87 являются металлами. Они находятся в I, II, III группах, в побочных подгруппах всех групп. Кроме того, металлами являют­ся наиболее тяжелые элементы IV, V, VI и VII групп. Однако многие металлы обладают амфотерными свойствами и иногда могут вести себя как неметаллы. Особенностью строения атомов металлов является небольшое число электронов во внешнем энер­гетическом уровне, не превышающее трех. Атомы металлов имеют, как правило, большие атомные радиусы. В периодах наи­большие атомные радиусы у щелочных металлов. Они наиболее химически активны, т.е. атомы металлов легко отдают электроны и являются хорошими восстановителями. Лучшие восстановите­ли - металлы I и II групп главных подгрупп. В соединениях металлы всегда проявляют положительную степень окисления, обычно от +1 до +4. В соединениях с неметаллами типичные металлы образуют химическую связь ионного характера. В виде простого вещества атомы металлов связаны между собой так на­зываемой металлической связью.

Металлическая связь - особый вид связи, присущий исклю­чительно металлам. Сущность ее в том, что от атомов металла постоянно отрываются электроны, которые перемещаются по всей массе куска металла.

Атомы металла, лишенные электронов, превращаются в по­ложительные ионы, которые снова притягивают к себе движу­щиеся электроны. Одновременно другие атомы металла отдают электроны. Таким образом, внутри куска металла постоянно цир­кулирует так называемый электронный газ, который прочно свя­зывает между собой все атомы металла. Электроны оказываются как бы обобществленными всеми атомами металла. Такой особый тип химической связи между атомами металлов обуславливает как физические, так и химические свойства металлов.

Металлы обладают рядом сходных физических свойств, отли­чающих их от неметаллов. Чем больше валентных электронов имеет металл, тем прочнее кристаллическая решетка, тем проч­нее и тверже металл, тем выше его температура плавления и кипения и т.д.

Все металлы обладают более или менее ярко выраженным блеском, который принято называть металлическим, и непро­зрачностью, что связано с взаимодействием свободных электро­нов с падающими на металл квантами света. Металлический блеск характерен для куска металла в целом. В порошке металлы темного цвета, за исключением серебристо-белых магния и алю­миния. Алюминиевая пыль используется для изготовления крас­ки «под серебро». Многие металлы обладают жирным или стек­лянным блеском.

Цвет металлов довольно однообразен: он либо серебристо-белый (алюминий, серебро, никель), либо серебристо-серый (же­лезо, свинец). Только золото желтого цвета, а медь - красного. По технической классификации металлы делятся условно на чер­ные и цветные. К черным относятся железо и его сплавы. Все остальные металлы называются цветными.

Все металлы, за исключением ртути, - твердые вещества с кристаллической структурой, поэтому температуры плавления их выше нуля, только температура плавления ртути - З9°C. Наи­более тугоплавким металлом является вольфрам (3380°С). Метал­лы, плавящиеся при температуре выше 1000°С, называют туго­плавкими, ниже - легкоплавкими.

Металлы обладают различной твердостью. Самый твердый металл - хром (режет стекло), а самые мягкие - калий, рубидий, цезий. Они легко режутся ножом.

Металлы более или менее пластичны (обладают ковкостью). Наиболее ковким металлом является золото. Из него можно вы­ковать фольгу толщиной 0,0001 мм - в 500 раз тоньше человечес­кого волоса. Однако не обладают пластичностью Mn и Bi - это хрупкие металлы.

Пластичностью называют способность к сильной деформации без нарушения механической прочности. При воздействии, вызы­вающем смещение частиц тела с ионной или атомной решеткой, происходит разрыв направленных связей, и тело разрушается. У металлов же связи образуются за счет электронного газа. Они не имеют направленности. Поэтому сохраняется целостность куска металла при изменении формы. Пластичность металлов исполь­зуется при их прокате.

По плотности металлы разделяются на тяжелые и легкие. Тяжелыми считаются те, плотность которых больше 5 г/см. Самым тяжелым металлом является осмий (22,61 г/см). Наибо­лее легкие металлы - литий, натрий, калий (плотность меньше единицы). Плотность металла тем меньше, чем меньше атомная масса элемента-металла и чем больше радиус его атома. Широкое применение в промышленности получили легкие металлы - маг­ний и алюминий.

Металлы характеризуются высокой электро- и теплопровод­ностью. Наиболее электро- и теплопроводно серебро, на втором месте стоит алюминий. Металлы с высокой электропроводностью имеют и высокую теплопроводность. Теплопроводность обуслав­ливается высокой подвижностью свободных электронов и колеба­тельным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры в массе тела. Хорошая электропро­водность металлов объясняется присутствием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разницы по­тенциалов приобретают направленное движение от отрицатель­ного полюса к положительному.

Металлы проявляют магнитные свойства. Хорошо намагни­чиваются железо, кобальт, никель и их сплавы. Такие металлы и сплавы называются ферромагнитными.

Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп), а справа вверху – элементы-неметаллы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb и др.), обладают двойственным характером.

К элементам - металлам относятся s - элементы I и II групп, все d- и f - элементы, а также p- элементы главных подгрупп: III (кроме бора), IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb,Bi) и VI (Po). Наиболее типичные элементы – металлы расположены в начале периодов (начиная со второго).

Общие свойства металлов
Виды кристаллических решеток

Кристаллические решетки металлического типа содержат в узлах положительно заряженные ионы и нейтральные атомы; между ними передвигаются относительно свободные электроны.

Общие физические свойства

Объясняются особым строением кристаллической решетки - наличием свободных электронов ("электронного газа").

1) Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду ––Au,Ag,Cu,Sn,Pb,Zn,Fe® уменьшается.

2) Блеск, обычно серый цвет и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл квантами света.

3) Электропроводность.

Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. В ряду ––Ag,Cu,Al,Fe® уменьшается.

При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение "электронного газа".

4) Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность - у висмута и ртути.

5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.

6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и чем больше радиус его атома (самый легкий - литий (r=0,53 г/см 3); самый тяжелый – осмий (r=22,6 г/см 3).

Металлы, имеющие r < 5 г/см 3 считаются "легкими металлами".

7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C).

Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Общие химические свойства металлов

Сильные восстановители: Me 0 – nē ® Me n+

I. Реакции с неметаллами

1) С кислородом:

2Mg 0 + O 2 ® 2Mg +2 O

2) С серой:

Hg 0 + S ® Hg +2 S

3) С галогенами:

Ni + Cl 2 – t ° ® Ni +2 Cl 2

4) С азотом:

3Ca 0 + N 2 – t ° ® Ca 3 +2 N 2

5) С фосфором:

3Ca 0 + 2P – t ° ® Ca 3 P 2

6) С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):

2Li 0 + H 2 ® 2Li +1 H

Ca 0 + H 2 ® Ca +2 H 2

II. Реакции с кислотами

1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg 0 + 2HCl ® Mg +2 Cl 2 + H 2 0 ­

(Mg 0 + 2H + ® Mg 2+ + H 2 0 ­)

2Al 0 + 6HCl ® 2AlCl 3 + 3H 2 0 ­

(2Al 0 + 6H + ® 2Al 3+ + 3H 2 0 ­)

6Na 0 + 2H 3 PO 4 ® 2Na 3 +1 PO 4 + 3H 2 ­

(6Na 0 + 6H + ® 6Na + + 3H 2 0 ­)

Восстановление металлами кислот-окислителей смотри в разделах: "окислительно-восстановительные реакции", "серная кислота", "азотная кислота".

III. Взаимодействие с водой

1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание и водород:

2Na 0 + 2H 2 O ® 2Na +1 OH + H 2 0 ­

(2Na 0 + 2H 2 O ® 2Na 1+ + 2OH 1- + H 2 0 ­)

Ca 0 + 2H 2 O ® Ca +2 (OH) 2 + H 2 0 ­

(Ca 0 + 2H 2 O ® Ca 2+ + 2OH 1- + H 2 0 ­)

2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn 0 + H 2 O – t ° ® Zn +2 O + H 0 2 ­

3) Неактивные (Au, Ag, Pt) - не реагируют.

4) Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

Cu 0 + Hg +2 Cl 2 ® Hg 0 + Cu +2 Cl 2

(Cu 0 + Hg 2+ ® Cu 2+ + Hg 0)

Fe 0 + Cu +2 SO 4 ® Cu 0 + Fe +2 SO 4

(Fe 0 + Cu 2+ ® Cu 0 + Fe 2+)

Цели урока:

• повторить с учащимися положение металлов в ПСХЭ, особенности строения их атомов и кристаллов (металлическую химическую связь и кристаллическую металлическую решетку).
• обобщить и расширить сведения учащихся о физических свойствах металлов и их классификаций.

Оборудование и реактивы: Коллекции образцов металлов; образцы монет и медалей. Образцы сплавов. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.

Ход урока

В начале урока акцентируем внимание учащихся на значимости новой темы, определяемой той ролью, которую металлы играют в природе и во всех сферах деятельности человека.

Человек использовал металлы с древних времен.

I. В начале был век медный .

К концу каменного века человек открыл возможность использования металлов для изготовления орудий труда. Первым таким металлом был медь.

Период распространения медных орудий называют энеолитом или халколитом, что в переводе с греческого означает «медь». Медь обрабатывалась с помощью каменных орудий методом холодной ковки. Самородки меди превращались в изделия под тяжелыми ударами молота. В начале медного века из меди детали лишь мягкие орудия, украшения, предметы домашней утвари. Именно с открытием меди и других металлов стала зарождаться профессия кузнеца.

Позже появились листья, а потом человек стал добавлять к меди олово или сурьму, делать бронзу, более долговечную, прочную, легкоплавкую.

Бронза – сплав меди и олова. Хронологические границы бронзового века датируются в начале 3-го тысячелетия до н.э. до начала 1-го тысячелетия до н.э.

Третий и последний период первобытной эпохи характеризуется распространением железной металлургии и железных орудий и знаменует собой железный век. В современном значении этот термин был введен в употребление в середине IХ века датским археологом К. Ю. Томсоном и вскоре распространился в литературе наряду с терминами «каменный век» и « бронзовый век».

В отличие от других металлов железо, кроме метеоритного почти не встречается в чистом виде. Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения, и не зря железо именуется « небесным камнем». Самый крупный метеорит нашли в Африке, он весил около шестидесяти тонн. А во льдах Гренландии нашли железный метеорит весом тридцать три тонны. Современные химические

И настоящее время продолжается железный век. Ведь в настоящее время железные сплавы составляют почти 90 % всего металлов и металлических сплавов.

Затем учитель подчеркивает что исключительное значение метолов для развития общество обусловлено, конечно, их уникальными свойствами и просит учащихся назвать эти свойств.

Учащиеся называют также свойства металлов как электропроводность и теплопроводность, характерный металлический блеск, пластичность, твердость (кроме ртути) и др.

Учитель задает учащимся ключевой вопрос: а чем же обусловлены эти свойства?

I. Химические элементы – металлы.

1. Особенности электронного строения атомов.
2. Положение металлов в ПСХЭ в связи со строением атомов.
3. Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

II. Простые вещества – металлы.

1. Металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка.
2. Физические свойства металлов.

1. Металлы – это химические элементы атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители. Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя. большим радиусом атомов, вследствие что эти электроны слабо удерживаются с ядром.

2. Положение металлов в ПСХЭ в связи со строением атомов.

Учитель предлагает учащимся охарактеризовать положение элементов с рассмотренным строением атомов в ПСХЭ.

Учащиеся отвечают, что это будут элементы, размещенные в левом нижнем углу ПСХЭ.

Учитель подчеркивает, что в ПСХЭ будут все элементы. Расположенные ниже диагонали В - Аt, даже те у которых на внешнем слое 4 электрона (Jе, Sn, Рb), 5 электронов (Sd, Вi), 6 электронов (Ро), так как они отличаются большим радиусом.

В ходе беседы выясняется, что среди них есть S и р-элементы-металлы главных подгрупп, а также d и f металлы образующие побочные подгруппы.

Легко увидеть, что большинство элементов ПСХЭ – металлы.

3. Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

Учащиеся отвечают, что прочность связи валентных электронов с ядром зависит от двух факторов: величины заряда ядра и радиуса атома .

Показывают, что в периодах с увеличением заряда ядра восстановительные свойства уменьшаются, а в группах, наоборот, с возрастанием радиуса атома восстановительные свойства возрастают.

У элементов – металлов побочных подгрупп свойства чуть – чуть другие.

Учитель предлагает сравнить активность элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn, Сd , Нg. Напоминаем схему электронного строения атомов.

1 2 3 4 5 6 7 номер электронного слоя.

У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов – с увеличением порядкового элемента радиус атомов изменяется мало, а величина зарядка ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.

II. Простые вещества – металлы.

Учитель предлагает рассмотреть простые вещества – металлы.

Сначала обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строение кристаллической решетки (Приложение 1)

• сравнительно небольшое количество электронов одновременно связывают множество ядер, связь делаколизована;
• валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален;
• металлическая связь не обладает направляемостью и насыщенностью.

Учащиеся делают вывод, что в соответствие именно с таким строением металлы характеризуются общими физическими свойствами (демонстрация таблицы 5 «Классификация металлов по физическим свойствам»)

Сравнивая металлы по температурам правления можно демонстрировать плавление натрия и его блеск. (Приложение 2)

Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются именно их строением.

а) твердость – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло. (демонстрация)

б) плотность . Металлы делятся на мягкие (5г/см) и тяжелые (меньше 5г/см). (демонстрация)

в) плавкость . Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие. (демонстрация)

г) электропроводность, теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

При повышении температуры амплитуда движения атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки резко возрастает, и это мешает движению электронов, и электропроводность металлов падает.

Следует отметить, что у некоторых неметаллов, при повышении температуры электропроводность возрастает, например, у графита, при этом с повышением температуры разрушаются некоторые ковалентные связи, и число свободно перемещающихся электронов возрастает.

д) металлический блеск – электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло.Q

Поэтому все металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Для большинства металлов в ровной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо – белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый свет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме АI и Мg, теряют блеск и имеют черный или темно – серый цвет.

Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

Учитель: мы рассмотрели строение и физические свойства металлов, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Теперь для закрепления предлагаем тест.

1) Электронная формула кальция.

а) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 1

б) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2

в) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3S 6 4S 1

2) Электронную формулу 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3S 2 3Р 6 4S 2 имеет атом:

3) Электронная формула наиболее активного металла:

б) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2

в) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 3d 10 4S 2

г) 1S 2 2S 2 2Р 6 3S 2 3Р 6 4S 2

4) Металлы при взаимодействии с неметаллами проявляют свойства

а) окислительные;

б) восстановительные;

в) и окислительные, и восстановительные;

г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях;

5) В периодической системе типичные металлы расположены в:

а) верхней части;

б) нижней части;

в) правом верхнем углу;

г) левом нижнем углу;

Последний этап урока - подведение итогов. Каждому ученику выставляется оценка.

Домашнее задание: «Строение и физические свойства металлов».

Выучить материал по учебнику.

Как вам уже известно из курса химии 8 класса, большинство химических элементов относят к металлам (рис. 24 и 25).

Рис. 24.
Положение химических элементов-металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева (короткопериодный вариант)

В Периодической системе Д. И. Менделеева каждый период, кроме первого (он включает в себя два элемента-неметалла - водород и гелий), начинается с активного химического элемента-металла. Эти элементы образуют главную подгруппу I группы (IA группу) и называются щелочными металлами. Своё название они получили от названия соответствующих им гидроксидов, хорошо растворимых в воде, - щелочей.

Рис. 25.
Положение химических элементов-металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева (длиннопериодный вариант)

Атомы щелочных металлов содержат на внешнем энергетическом уровне только один электрон, который они легко отдают при химических взаимодействиях, поэтому являются сильнейшими восстановителями. Понятно, что в соответствии с увеличением радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию.

Следующие за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу II группы (IIA группы), также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне два электрона). Из этих металлов кальций, стронций и барий называют щёлочноземельными металлами. Такое название эти металлы получили потому, что их оксиды, которые на Руси в старину называли «землями», при растворении в воде образуют щёлочи.

К металлам относят и химические элементы главной подгруппы III группы (IIIA группы), исключая бор.

Из элементов главных подгрупп следующих групп к металлам относят: в IVA группе - германий * , олово, свинец (первые два элемента - углерод и кремний - неметаллы), в VA группе - сурьму и висмут (первые три элемента - неметаллы), в VIA группе только последний элемент - полоний - явно выраженный металл. В главных подгруппах VIIA и VIIIA групп все элементы - типичные неметаллы.

* Германий проявляет и некоторые неметаллические свойства, занимая промежуточное положение между металлами и неметаллами.

Что касается элементов побочных подгрупп, то все они металлы.

Таким образом, условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходит по диагонали В (бор) - Si (кремний) - As (мышьяк) - Те (теллур) - At (астат) (проследите её в таблице Д. И. Менделеева).

Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры (радиусы), поэтому их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. Вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов, - это наличие на внешнем энергетическом уровне 1-3 электронов. Отсюда вытекает самое характерное химическое свойство всех металлов - их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы. Металлы - свободные атомы и простые вещества - не могут быть окислителями, т. е. атомы металлов не могут присоединять к себе электроны.

Следует, однако, иметь в виду, что деление химических элементов на металлы и неметаллы условно. Вспомните, например, свойства аллотропных модификаций олова: серое олово, или α-олово, - неметалл, а белое олово, или β-олово, - металл. Другой пример - модификации углерода: алмаз - неметалл, а графит имеет некоторые характерные свойства металла, например электропроводность. Хром, цинк и алюминий - типичные металлы, но образуют оксиды и гидроксиды амфотерного характера. И наоборот, теллур и иод - типичные неметаллы, но образованные ими простые вещества обладают некоторыми свойствами, присущими металлам.

Новые слова и понятия

1. Диагональ В-Si-As-Те-At.
2. Щелочные и щёлочноземельные металлы.
3. Восстановительные свойства металлов.
4. Относительность деления химических элементов на металлы и неметаллы.

Задания для самостоятельной работы