Металлическая химическая связь химия 11 класс
Атомы металлов характеризуются тремя особенностями. Они, как правило, имеют 1—3 электрона на внешнем электронном слое. Однако у атомов олова и свинца валентных электронов четыре, у сурьмы и висмута — пять, а у полония — шесть. Почему же эти элементы являются металлами? Очевидно, начинает сказываться вторая особенность в строении атомов металлов — их сравнительно большой радиус. И наконец, атомы металлов имеют большое число свободных орбиталей. Так, у атома натрия, например, один валентный электрон располагается на третьем энергетическом уровне, который имеет девять орбиталей (одну s-, три р- и пять d-орбиталей).
При сближении атомов металлов их свободные орбитали перекрываются, и валентные электроны получают возможность перемещаться с орбитали одного атома на свободные и близкие по энергии орбитали соседних атомов. Атом, от которого «ушёл» электрон, превращается при этом в положительно заряженный ион. В результате этого в металле появляются электроны, которые непрерывно перемещаются между ионами.
Образование металлической связи условно можно изобразить схемой:
То же самое наблюдается и в металлических сплавах.
Металлическая связь неразрывно связана с особым кристаллическим строением металлов и сплавов — металлической кристаллической решёткой, в узлах которой расположены положительно заряженные ионы.
Металлическая кристаллическая решётка и металлическая химическая связь определяют все наиболее характерные физические свойства металлов: ковкость, пластичность, электропроводность, теплопроводность, металлический блеск, способность к образованию сплавов.
Пластичность — важнейшее свойство металлов — выражается в их способности деформироваться под действием механической нагрузки. Это важнейшее свойство металлов лежит в основе их обработки давлением (ковки, прокатки и др.), вытягивания из металлов проволоки под действием силы.
Пластичность металла объясняется тем, что под внешним воздействием одни слои ионов в кристаллах легко смещаются, как бы скользят друг относительно друга без разрыва связи между ними.
Некоторое представление об этом вам может дать простейший опыт-модель. Если между двумя плоскими стеклянными пластинками поместить несколько капель воды, то зеркальца будут легко скользить друг по другу, а вот разъединить их будет достаточно трудно. В нашем опыте вода играла роль совокупности валентных электронов металла.
Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Недаром для своего знаменитого опыта, позволившего создать планетарную модель атома, Э. Резерфорд использовал именно золото, из которого можно изготовить тоненькую фольгу толщиной всего 0,003 мм. Такие же тонкие листочки фольги используют для золочения изделий, например деревянной резьбы. Так, в Большом Екатерининском дворце в Царском Селе воссозданная заново знаменитая Янтарная комната потрясает воображение посетителей сиянием золочёной резьбы и мягким солнечным светом янтаря (рис. 16). Художественные изделия из золота, изготовление которых основано на его пластичности, дошли до нас через тысячелетия (рис. 17).
§ 6.2. Металлическая связь
Такая химическая связь ненаправленная, ненасыщенная, характеризуется небольшим числом валентных электронов и большим числом свободных орбиталей, что характерно для атомов металлов.
Схема образования металлической связи (М — металл):
Наличием металлической связи обусловлены физические свойства металлов и сплавов: твердость, электрическая проводимость и теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск. Вещества с металлической связью имеют металлическую кристаллическую решетку.
Межмолекулярные взаимодействия
Одним из видов межмолекулярных взаимодействий, которые обусловливают притяжение молекул друг к другу в твердом и жидком состояниях, является водородная связь.
Механизм образования водородной связи имеет частично электростатический, частично донорно-акцепторный характер. Примеры межмолекулярной водородной связи:
При наличии такой химической связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (этиловый спирт, вода) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).
В биополимерах — белках (вторичная структура) имеется внутримолекулярная водородная связь между карбонильным кислородом и водородом аминогруппы:
Молекулы полинуклеотидов — ДНК представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны друг с другом водородными связями. При этом действует принцип комплементарности, т. е. эти связи образуются между определенными парами, состоящими из пуринового и пиримидинового оснований: против аде-нинового нуклеотида (А) располагается тиминовый (Т), а против гуанинового (Г) — цитозиновый (Ц).
Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки.
Помимо водородной связи существуют другие силы межмолекулярного взаимодействия, называемые силами Ван-дер-Ваальса (в честь голландского физика). В основе их лежит электростатическое взаимодействие диполей, но в различных веществах механизм возникновения диполей различен.
Если вещества состоят из полярных молекул (НСl, Н2O, СН3ОН, С2Н5Сl), то молекулярные диполи притягиваются друг к другу противоположно заряженными частями.
Этот вид взаимодействия называют ориентационным.
В смесях веществ, состоящих из полярных и неполярных молекул, под влиянием полярной молекулы в неполярной молекуле возникает (индуцируется) диполь. Постоянный диполь и индуцированный диполь притягиваются друг к другу.
Такой вид взаимодействия называют индукционным.
Наконец, в любых молекулах (полярных и неполярных) непрерывно изменяется взаимное положение электронов и ядер, что вызывает появление мгновенных диполей, между которыми также действуют силы притяжения. Эти взаимодействия называют дисперсионными.
Ван-дер-ваальсовы силы недостаточны для образования молекул, но способствуют образованию жидкостей и кристаллов при низких температурах. Они имеются в веществах с атомными, ионными и металлическими кристаллическими решетками, но в этих случаях их вклад в общую энергию связи несущественен.
Урок по химии на тему "Металлическая химическая связь" (11класс)
Тема урока: “Металлическая химическая связь. Особенности строение атомов металлов. Металлическая химическая связь и металлическая кристаллическая решётка. Свойства веществ с этим типом связи “.
Цель: Расширить и закрепить знания учащихся о природе металлической химической связи.
Образовательные: научить объяснять механизм образования металлической химической связи и строение металлической кристаллической решётки, характеризовать свойства веществ с данным видом химической связи; дать представление о причинах единства всех типов химической связи.
Воспитательные: воспитывать чувство ответственности, положительное отношение к предмету химии
Развивающие: развивать умения анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы.
Тип урока: урок проверки и закрепления полученных знаний.
Оборудование: персональный компьютер.
1. Организационный момент(1-2мин)
2. Проверка домашнего задания(7-10мин)
Тест в Googl форме:
1. Пара элементов, между которыми образуется
ковалентная полярная связь
2. Формула соединения
с ковалентной связью
с ионной связью
a) NaCl; б) НСl; в) ВаО
3. Химическая связь
4. Ковалентная связь
5. Верным является утверждение?
σ-связь возникает в результате бокового перекрывания орбиталей
π-связь возникает в результате бокового перекрывания орбиталей
6. Даны схемы перекрывания орбиталей:
Выбрать верные ответы:
а) σ-связь; б) π-связь; в) σ- и π-связи
7. Кристаллическую решетку
в) оксид углерода
г) сульфид натрия
б) хлорид натрия
г) оксид кремния
Ответы на вопросы теста:
3. Физ. минутка(гимнастика для глаз).
4. Изучение нового материала(10-12мин).
Учитель организует частично поисковую беседу.Учащийся отвечает на вопросы, работает со схемой строения кристалла металла.
Вспомните общие физические свойства металлов?
С чем связано наличие этих свойств у металлов?
Свойства веществ обусловлены строением их атомов, а от свойств зависит применение веществ.Строение-свойства-применение.
Вспомните строение атомов металлов?
Металлы активно используются в повседневной жизни и в промышленности.Учащийся приводит примеры(свойство-где используется,например ,электропроводность-для изготовления проводов)
Все металлы объединяют свойства общего характера, такие как сравнительно высокая t° плавления, способность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность, пластичность. Эти особенности обусловлены существованием в металлах особого вида химической связи — металлической.
Металлическая связь — связь между положительно заряженными ионами металла в кристалле (атомы-ионы), осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся в кристалле.
Схема строения кристалла металла
Атомы металлов в соответствии со строением на внешнем энергетическом уровне имеют от 1 до 3 электронов, реже — 4, они слабо связаны с ядром атома, т. к. радиус атомов металлов сравнительно большой. Электроны могут легко отрываться от атомов, в результате чего в кристаллической решетке появляются свободные электроны и атомы-ионы.
В кристаллической решетке существует большая свобода перемещения электронов: одни атомы будут терять электроны, образующиеся ионы могут принимать электроны из «электронного газа».
Свободные электроны общие для большинства ионов металлов кристалла. Этим металлическая связь отличается от ковалентной, где электронная пара общая только для двух атомов. В случае металлической связи электроны равномерно распределены по кристаллу. Этим объясняется пластичность метириалов, т.е. возможность смещения ионов и атомов в любом направлении без нарушения связи. Энергия металлической связи в 3—4 раза меньше энергии ковалентной связи.
В газообразном состоянии (в виде пара) атомы металла связаны также непрочными ковалентными связями. Сравним энергию связи в Н2 - 432 кДж/моль; Li2 - 104; Na2 - 71,1; К2 — 49,6.
В кристалле металла связи намного прочнее, чем в состоянии пара: Li — 159; Na —106.
Металлическая связь совмещает в себе ковалентную связь — есть обобществленные электроны и ионную связь — наблюдается взаимопритяжение обобществленных электронов и ионов-атомов.
5. Закрепление(2-3мин)
Ученик выполняет задание самостоятельно.
Задание: Найдите лишнее:
а) CuCl2, Al, MgS
б) Ca, CO2, Fe
6. Домашнее задание(1-2мин).
Параграф 6, стр 50-54,стр 55 №4,6
7. Подведение итогов урока, рефлексия(1-2мин).
Учитель подводит итоги урока, предлагает ученику оценить самого себя и проанализировать ошибки.С помощью смайликов в скайпе провести рефлексию урока.
Металлическая химическая связь химия 11 класс
Ключевые слова конспекта: Металлическая химическая связь: ион-атомы и электронный газ. Физические свойства металлов и их применение на основе этих свойств. Чёрные и цветные металлы. Сплавы.
Подавляющее число химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева относятся к металлам:
- все s-элементы, кроме водорода и гелия;
- все d-элементы;
- p-элементы IIIА-группы, кроме бора;
- некоторые p-элементы IVA- (олово и свинец) и VA- (сурьма и висмут) групп, а также p-элемент VIIА-группы — полоний.
Анализ положения металлов в периодической системе и учёт особенностей строения их атомов позволяет сделать следующие выводы: атомы этих элементов содержат небольшое число электронов на внешнем слое (1—3), имеют сравнительно большой радиус атома и много свободных орбиталей, которые могут легко перекрываться. Поэтому валентные электроны свободно перемещаются от одних атомов, превращая их в ионы, к другим, связывая их.
В простых веществах-металлах осуществляется бесконечный процесс превращения атомов в ионы и обратно, который можно отразить с помощью схемы:Эти же процессы происходят и в металлических сплавах.
Металлическая связь определяет и особое кристаллическое строение металлов и сплавов — металлическую кристаллическую решётку, в узлах которой расположены ион–атомы. Обобществлённые подвижные электроны не принадлежат какому–то определённому атому и способны перемещаться по всему объёму металла. В отсутствие в нём электрического поля эти электроны хаотически движутся и сталкиваются, чаще всего с ионами кристаллической решётки. В 1900 г. немецкий физик Пауль Друде предложил называть совокупность этих электронов электронным газом. Этот электронный газ прочно соединяет, как бы склеивает ионный остов металла. При механических нагрузках или нагреве газ не допускает разрыва металлической решётки, связывая положительные ионы. Поэтому при обработке металлов изменение их формы происходит без разрушения кристаллической решётки, так как её слои легко скользят один по другому.
Металлы электропроводны, потому что под действием электрического поля валентные электроны начинают направленное движение — возникает электрический ток. Металлы — это проводники первого рода, в отличие от растворов электролитов, которые относятся к проводникам второго рода.
Мы вряд ли представляем себе жизнь без электричества, которое поступает в каждый дом, в каждую квартиру по сети электрических проводов своеобразной кровеносной системе современной технической цивилизации. Лучше всего проводят электрический ток серебро, медь, золото, алюминий. Серебро и золото — дорогие металлы. Медь также недешёвый металл. Поэтому кабели линий электропередачи (ЛЭП) делают главным образом из алюминия.
Кстати, прочная опора линии электропередачи тоже металлическая. Прочность — одно из основных свойств большинства металлов, позволяющее использовать их в качестве конструкционных материалов. Один из наиболее прочных и в то же время лёгких металлов — титан. Этот металл и сплавы на его основе — незаменимые конструкционные материалы в самолётостроении и космической технике.
Все металлы теплопроводны. Это свойство, как и нетоксичность некоторых металлов, лежит в основе их применения для производства кухонной посуды: кастрюль, сковородок, противней. Батареи центрального отопления должны быстро нагреваться поступающей в них водой и эффективно отдавать теплоту окружающему воздуху, поэтому их тоже изготавливают из металла.
Самыми теплопроводными металлами являются те, которые хорошо проводят электрический ток: серебро, медь, золото, алюминий.
Металлы обладают металлическим блеском. Блестят они потому, что отражают лучи света, а не пропускают их, как стекло, и не поглощают, как сажа. Окраска большинства металлов серебристо–белая, так как они в равной степени отражают все лучи видимой части спектра. Золото и медь частично поглощают коротковолновое излучение, поэтому обладают окраской от жёлтой до красно–коричневой. Самые блестящие металлы — ртуть, палладий, серебро и алюминий, поэтому отражатели прожекторов, автомобильных фар и фонарей покрывают тонким слоем палладия, алюминия или хрома. Почти все измельчённые в порошок металлы, кроме магния и алюминия, теряют блеск и превращаются в серые или чёрные порошки.
Пластичность металлов в сочетании с блеском делают их незаменимым материалом для художников. Самым пластичным по праву считается золото. Из одного грамма этого металла можно вытянуть нить длиной 2 км или раскатать фольгу толщиной 0,00008 мм. Такой тонкий листочек даже в руки взять невозможно: он сразу прилипнет к коже. Это свойство находит своё применение: тонкими золотыми листочками покрывают купола церквей, скульптуры, деревянную резьбу.
Современная техника и промышленность нуждаются в металлических материалах с самыми разнообразными и трудно сочетаемыми свойствами, которых нет у чистых металлов. На помощь технологам приходят сплавы.
Например, из железосодержащих руд выплавляют чугун — сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет от 2 до 4%. Чугун — хрупкий материал, изделия из которого получают не ковкой, а литьём, как из пластмасс. Из чугуна изготавливают различные массивные конструкции: корпуса станков, турбин, детали двигателей, ограждения. Настоящее произведение искусства — ограды мостов и решётки парков Санкт–Петербурга.
Если из чугуна удалить излишек углерода и довести его содержание до 1—2%, получится сталь. В отличие от чугуна, она пластична, ковка, имеет гладкую блестящую поверхность. Сталь можно прокатать в тонкий лист или железнодорожный рельс, вытянуть в проволоку, согнуть уголком.
Для придания стали специфических свойств в неё добавляют другие металлы — так называемые легирующие добавки. Используя их, выплавляют сотни разных сортов стали. Нержавеющая сталь содержит хром и никель. В жаропрочную сталь добавляют вольфрам. Молибден придаёт стали твёрдость. Алюминий добавляют в сталь, идущую на изготовление кузовов автомобилей.
Сплав меди с оловом, бронза, обладает хорошими литейными свойствами. Из неё отливают не только колокола и художественные изделия, но и подшипники, вентили, клапаны и детали машин.
Сплав меди с цинком называют латунью. Она прочнее меди, устойчива к атмосферной коррозии. Из латуни изготавливают трубки, шестерни, армейские знаки отличия, химическое оборудование.
Нарядные столовые приборы, посуду, недорогие украшения изготавливают из мельхиора — сплава меди с никелем. Несмотря на то, что никеля в этом сплаве всего 20%, мельхиор лишён медного цвета и по внешнему виду напоминает серебро.
Сплав алюминия с медью, магнием и марганцем называют дуралюмин (дюраль) и используют в самолёто-, судо- и машиностроении.
Конспект урока по химии «Металлическая химическая связь». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:
Металлы, как и все химические элементы, имеют три формы существования: атомы, простые и сложные вещества. Из 118 элементов периодической системы к металлам относят 96.
Общие физические свойства металлов.
Физические свойства металлов обусловлены металлической кристаллической решёткой и металлической химической связью. Напомним, что для металлов характерны металлический блеск, пластичность, высокая электро- и теплопроводность, рост электрического сопротивления при повышении температуры, а кроме того, такие практически значимые свойства, как ковкость, твёрдость, магнитные свойства.
Металлы — твёрдые при обычных условиях вещества (кроме ртути, которая становится твёрдой и ковкой при низких температурах).
Металлы пластичны и тягучи, кроме хрупких висмута и марганца. Из меди, алюминия, олова, а также золота изготавливают тончайшие листы — фольгу. Золотая фольга может иметь толщину около 100 нм! Такую фольгу используют для золочения предметов интерьера, стен и потолков, изделий из гипса, дерева, металла, стекла и пластика.
Все металлы имеют металлический блеск, большинство из них серебристо-белого или серого цвета. Из-за того, что стронций, золото и медь поглощают в большей степени близкие к фиолетовому цвету короткие волны и отражают длинные волны светового спектра, эти металлы окрашены в светло-жёлтый и медный цвет. Очень тонкие листки серебра и золота имеют совершенно необычный вид — они представляют собой голубовато-зелёную фольгу, а мелкие порошки металлов кажутся тёмно–серыми и даже чёрными. И только порошки магния и алюминия сохраняют серебристо-белый цвет.
В технике металлы принято классифицировать по различным физическим свойствам:
Металлы принято делить на чёрные (железо и его сплавы) и цветные (остальные металлы и сплавы). Соответственно называются и отрасли металлургической промышленности: чёрная и цветная металлургия.
Важнейшими продуктами цветной металлургии являются титан, вольфрам, молибден и другие металлы, которые могут использоваться в качестве специальных легирующих добавок для производства сверхтвёрдых, тугоплавких, устойчивых к коррозии сплавов, широко применяемых в машино– и станкостроении, в оборонно–космической отрасли.
Современные композиционные материалы, выполненные на основе керамики или полимеров, становятся сверхпрочными, если укреплены металлическими нитями из молибдена, вольфрама, титана, специальных сталей и т. д.
Химические свойства металлов.
Во всех реакциях простые вещества — металлы проявляют только восстановительные свойства.
- Металлы взаимодействуют с неметаллами, образуя бинарные соединения. По правилам ИЮПАК названия этих соединений образуются в соответствии со схемой:
Так, с очень активными неметаллами (галогенами, серой) металлы образуют соединения, которые молено рассматривать, как соли бескислородных кислот: 2Na + Сl2 = 2NaCl
Если металл проявляет переменные степени окисления, подобная соль имеет состав, который зависит от окислительных свойств неметалла. Например, железо энергично взаимодействует с хлором, образуя хлорид железа(III): 2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3
При взаимодействии железа с серой, окислительная способность которой ниже, чем у галогенов, продуктом реакции является сульфид железа(II): Fe + S = FeS
- При взаимодействии металлов с кислородом образуются оксиды или пероксиды:
Оксиды в этом случае имеют основный или амфотерный характер:
2Mg + O2 = 2MgO
4Аl + 3O2 = 2Аl2O3
Эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты и очень ярким пламенем, поэтому применяются для изготовления сигнальных ракет, фейерверков, салютов и других пиротехнических средств. Поэтому обращение с ними требует строгого соблюдения правил техники безопасности.
Продуктом горения железа в кислороде является смешанный оксид 3Fe + 2O2 = Fe3O4
- Металлы — простые вещества, образованные элементами IA– и IIА–групп, в полном соответствии с названием этих групп взаимодействуют с водой с образованием щёлочи и водорода. В общем виде эти реакции можно записать так:
2М + 2Н2O = 2МОН + Н2↑, где М — щелочной металл
М + 2Н2O = М(ОН)2 + H2↑, где М — Mg или щёлочноземельный металл.
Для характеристики химических свойств металлов важное значение имеет их положение в электрохимическом ряду напряжений:
К, Са, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, (H2) , Cu, Hg, Ag, Au
Вспомните известные вам из курса основной школы два вывода:
- взаимодействие металлов с растворами кислот происходит, если металл находится в ряду напряжений левее водорода;
- взаимодействие металлов с растворами солей происходит, если металл находится в ряду напряжений левее металла соли.
Лабораторный способом получения водорода:
Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2↑
Zn 0 + 2H + = Zn 2+ + H2 0
Аналогично протекает реакция металлов и с органическими кислотами:
2СН3СООН + Zn —> (CH3COO)2Zn + Н2↑
2СН3СООН + Zn –> 2СН3СОO – + Zn 2+ + Н2 0
Реакция между цинком и раствором сульфата меди(II) протекает согласно уравнению:
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Сu
Zn 0 + Сu 2+ = Zn 2+ + Сu 0
Подчеркнём, что в этом случае металл может находиться в ряду напряжений и после водорода, но не после металла соли. Например, реакция замещения серебра медью:
Cu + 2AgNO3 = Сu(NО3)2 + 2Ag
Cu 0 + 2Ag + = Cu 2+ + 2Ag 0
В завершение рассмотрим ещё одно характерное не для всех металлов свойство, которое называется металлотермия. Такие активные металлы, как алюминий, кальций, магний, литий, способны взаимодействовать с оксидами других металлов. Для того чтобы началась такая реакция, смесь активного металла и оксида металла (её называют термитной) необходимо поджечь. После этого процесс сопровождается выделением большого количества теплоты и света (отсюда и название процесса). Металлотермию применяют для получения и более ценных металлов: 2Аl + Сr2О3 = Al2O3 + 2Сг
Химия металлов (таблица)
Конспект урока по химии в 11 классе «Металлы». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 11 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:
Читайте также: