Металлы химические элементы металлы простые вещества
1. Где расположены металлы в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева?
2. Каковы особенности строения атомов металлов?
3. В чём различие в строении внешнего энергетического уровня у металлов и неметаллов?
4. Сколько наружных электронов имеют атомы металлов главных и побочных подгрупп?
5. В каких формах могут находиться металлы в природе?
6. Как устроена кристаллическая решетка металлов?
7. Каковы физические свойства металлов?
8. Как можно получить металлы из их соединений?
9. Как ведут себя атомы металлов в химических реакциях и почему?
10. Какие свойства – окислителей или восстановителей – проявляют металлы в химических реакциях?
11. Расскажите об электрохимическом ряде напряжений металлов.
12. Перечислите реакции, в которые могут вступать металлы.
13. Каково значение металлов в жизни человека?
1. Особенности электронного строения металлов.
Металлы - это химические элементы, атомы которых отдают электроны внешнего (а иногда предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы. Металлы – восстановители Ме 0 – nе = Ме n+ . Это обусловлено небольшим числом электронов внешнего слоя (в основном 1 - 3), большим радиусом атомов, вследствие чего эти электроны слабо удерживаются с ядром.
2. Положение металлов в ПСХЭ.
Легко увидеть, что большинство элементов ПСХЭ – металлы (92 из 114).
Металлы размещены в левом нижнем углу ПСХЭ. Это все элементы, расположенные ниже диагонали В – А t , даже те у которых на внешнем слое 4 электрона ( Je , Sn , Pb ), 5 электронов ( Sb , Di ), 6 электронов ( Po ), так как они отличаются большим радиусом. Среди них есть s и p -элементы – металлы главных подгрупп, а также d и f металлы, образующие побочные подгруппы.
В соответствии с местом, занимаемым в периодической системе, различают переходные (элементы побочных подгрупп) и непереходные металлы (элементы главных подгрупп). Металлы главных подгрупп характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных s- и р-подуровней. В атомах металлов побочных подгрупп происходит достраивание d- и f-подуровней.
Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.
Признаки сравнения
В главной подгруппе
Число электронов на внешнем слое
У элементов – металлов побочных подгрупп свойства чуть-чуть другие.
В побочных подгруппах ( Cu , Ag , Au ) – активност ь элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn , Cd , Hg . У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов – с увеличением порядкового элемента радиус атомов изменятся мало, а величина заряда ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.
3. Металлическая химическая связь. Кристаллические решетки.
Связь в металлах между («атом-ионами» ) посредством (большого количества не связанных с ядрами подвижных электронов) называется (металлической связью) .
Все металлы являются кристаллическими телами, имеющими определенный тип кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных ионов, между которыми движутся свободные электроны (так называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической связью.
Тип решетки определяется формой элементарного геометрического тела, многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку данного кристаллического тела.
Обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строение кристаллической решетки:
- 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.
4. Физические свойства металлов
В соответствие именно с таким строением металлы характеризуются общими физическими свойствами.
а) твердость – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло.
б) плотность. Металлы делятся на мягкие (5г/см³) и тяжелые (меньше 5г/см³).
в) плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.
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.
д) металлический блеск – электроны, заполняющие межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло. 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 цвет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме Al и Mg , теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.
е) пластичность. Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.
Некоторые металлы, например, железо, титан, олово и др. способны по достижении определенных температур изменять кристаллическое строение. Это явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическими или полиморфными.
5. Химические свойства металлов
Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов: чем меньше электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.
А) Взаимодействие с неметаллами ( в названиях полученных веществ окончание
2Mg 0 +O2 0 —>2Mg 2+ O 2- (оксид магния)
Fe 0 +S 0 —>Fe 2+ S 2- ( сульфид железа II)
Б) Взаимодействие с водой. Самые активные металлы реагируют с водой при обычных условиях, и в результате этих реакций образуются растворимые в воде основания и выделяется водород
2Na + 2HOH = 2NaOH + H2
2Li 0 +2H2 + O 2– —> 2Li + O 2- H + + H2 0
Менее активные металлы реагируют с водой при повышенной температуре с выделением водорода и образованием оксида соответствующего металла Zn + H2O = ZnO +H2
В) Взаимодействие с растворами кислот. Происходит при соблюдении ряда условий
· Металл должен находиться левее в ряду напряжений металлов;
· В результате реакции должна образовываться растворимая соль, иначе металл покроется осадком и доступ кислоты к металлу прекратиться;
· Для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы, так как они взаимодействуют с водой в растворе кислоты;
· По особому взаимодействуют с металлами концентрированные азотная и серная кислоты;
2H + Cl – +Zn0 → Zn 2+ Cl2 - +H20
Г) Взаимодействие с растворами солей. При этом соблюдаются следующие условия
· Металл должен находиться в ряду напряжений левее металла, образующего соль;
· Для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы, так как они взаимодействуют с водой в растворе соли;
Fe 0 +Cu 2+ Cl2 – →Fe 2+ Cl2 – +Cu 0
Д) Взаимодействие со щелочами (только амфотерные)
Магний и щелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.
Е) Взаимодействие с оксидами металлов (металлотермия).
Некоторые активные металлы способны вытеснять другие металлы из их оксидов при поджигании смеси.
2Al 0 + Fe 2 O 3 = Al 2 O 3 +2 Fe 0
Ж) Коррозия (будет рассмотрена на другом занятии).
6. Способы получения металлов
Существуют несколько основных способов получения — металлов.
а) Пирометаллургия – это получение металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей (C, CO, H2, Al, Mg и др.).
— из их оксидов углем или оксидом углерода (II)
ZnО + С = Zn + СО
Fе2О3 + ЗСО = 2Fе + ЗСО2
— водородом
WO3 + 3H2 =W + 3H2O
СоО + Н2 = Со + Н2О
— алюминотермия
4Аl + ЗМnО2 = 2А12О3 + ЗМn
б) Гидрометаллургия – это получение металлов, которое состоит из двух процессов: сначала природное соединение металла (оксид) растворяют в кислоте, в результате чего получают соль металла. Затем из полученного раствора необходимый металл вытесняют более активным металлом. Например:
Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем):
2ZnS + ЗО2 = 2ZnО + 2SО2
ZnО + С = СО + Zn
в) Электрометаллургия – это получение металлов при электролизе растворов или расплавов их соединений. Роль восстановителя при этом играет электрический ток.
СuСl2 → Сu 2 + 2Сl -
Катод (восстановление): Сu 2+ - 2е - = Сu 0
Урок№9. Простые и сложные вещества. Химический элемент. Металлы и неметаллы
В химии кроме терминов “атом” и “молекула” часто употребляется понятие “элемент” .
Химический элемент – это атомы одного и того же вида .
Так, например, атом водорода – это химический элемент водород; атомы кислорода и ртути – соответственно химические элементы кислорода и ртути.
К середине XIX века были открыты 63 химических элемента.
В настоящее время известно 118 химических элементов, т.е. 118 видов атомов.
Простые и сложные вещества
По элементному составу различают простые вещества , состоящие из атомов одного элемента (H 2 , O 2 , Cl 2 , P 4 , Na, Cu, Au), и сложные вещества , состоящие из атомов разных элементов (H 2 O, NH 3 , OF 2 , H 2 SO 4 , MgCl 2 , K 2 SO 4 ).
Простые вещества – вещества, молекулы которых состоят из атомов одного вида (атомов одного химического элемента).
Сложные вещества (или химические соединения) – вещества, молекулы которых состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов).
Химические элементы образуют около 500 простых веществ, которые условно классифицируют на металлы и неметаллы по их основным физическим свойствам.
Различие понятий «химический элемент» и «простое вещество»
Каждое простое вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами.
Когда какое-нибудь простое вещество вступает в химическую реакцию и образует новое вещество, то оно при этом утрачивает большинство своих свойств.
Например, железо, соединяясь с серой, теряет металлический блеск, ковкость, магнитные свойства и др., следовательно, в сульфиде железа нет железа, каким мы знаем его в виде простого вещества. Но так как из сульфида железа при помощи химических реакций можно снова получить металлическое железо, то химики говорят, что в состав сульфида железа входит элемент железо, понимая под этим тот материал, из которого состоит металлическое железо.
Подобно железу, и сера находится в сульфиде железа не в виде хрупкого желтого горючего вещества серы, а в виде элемента серы.
Точно так же водород и кислород, входящие в состав воды, содержатся в воде не в виде газообразных водорода и кислорода с их характерными свойствами, а в виде элементов — водорода и кислорода.
Если же эти элементы находятся в «свободном состоянии», т. е. не связаны химически ни с каким другим элементом, то они образуют простые вещества.
Химический элемент можно определить, как вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств. При соединении друг с другом атомов одного и того же элемента образуются простые вещества, сочетание же атомов различных элементов дает или смесь простых веществ, или сложное вещество.
Различие между простым веществом и элементом становится особенно ясным, когда мы встречаемся с несколькими простыми веществами, состоящими из одного и того же элемента.
Возьмем, например, кусок фосфора. Это — белое, полупрозрачное вещество, очень ядовитое; на воздухе в темноте фосфор светится и может самовоспламеняться. Фосфор - простое вещество, он не может быть разложен на другие вещества. Однако, если нагреть фосфор без доступа воздуха, то через некоторое время его свойства изменятся: фосфор приобретает красно-фиолетовый цвет, перестает светиться в темноте, делается неядовитым и не самовоспламеняется на воздухе, причем эти новые свойства не исчезают по прекращении нагревания. Таким образом, несомненно происходит превращение одного вещества в другое, но превращение особое: взятое нами вещество не разлагается, и к нему ничего не присоединяется. Это заставляет признать оба вещества, как первоначально взятое, так и полученное после нагревания, лишь различными формами существования одного и того же элемента фосфора в свободном состоянии; первое из них называется белым, а второе — красным фосфором.
Доказательством того, что белый и красный фосфор действительно представляют собой различные формы одного и того же элемента и состоят из одинаковых атомов, служит их отношение к кислороду: при нагревании в кислороде как белый, так и красный фосфор взаимодействуют с ним, образуя одно и то же вещество — фосфорный ангидрид. Следовательно, элемент фосфор в свободном состоянии может существовать в виде различных простых веществ.
Подобно фосфору, и многие другие элементы в свободном состоянии существуют в виде нескольких различных простых веществ.
Аллотропия
Способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, называется аллотропией .
Углерод – С – алмаз, графит, карбин, фуллерен.
Кислород – O – кислород (O 2 ), озон (O 3 ).
Сера – S – ромбическая, моноклинная, пластическая.
Фосфор – P – белый, красный, чёрный.
Например, аллотропные формы химического элемента углерода – алмаз и графит – отличаются строение их кристаллов.
Металлы химические элементы металлы простые вещества
Положение в периодической системе
1. Типичные металлы – s - элементы: IА - IIА группы (искл.Н)
2. Нетипичные металлы: р-элементы: IIIА гр. (кроме В), IV гр – Ge , Sn , Pb ; V гр.- Sb , Bi ; VI гр.- Po .
3. Переходные металлы: d -элементы – все элементы побочных подгрупп; f - элементы: лантоноиды, актиноиды.
У атомов металлов небольшое количество электронов (ē) на внешнем энергетическом уровне и большие радиусы атомов ( R )
Кристаллическая решетка – металлическая: состоит из чередующихся в пространстве атомов и положительных ионов, внутри-общие электроны– «электронный газ».
Тип химической связи – металлическая.
Металлические (восстановительные) свойства в группе (А п/гр) усиливаются (растет R атома , и электроны легче отрываются), в периоде – ослабляются (растет заряд ядра, электроны внешнего уровня сильнее удерживаются).
Восстановительные свойства уменьшаются (активность металлов уменьшается)
Li, Cs,Rb,K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Co, Sn, Ni, Pb, H2, Cu, Ag, Hg, Pt, Au
Физические свойства
Наличие свободных электронов обуславливает:
- Металлический блеск (непрозрачность)-ē отражают световые лучи, большинство металлов в порошкообразном состоянии теряют свой блеск, за исключением алюминия и магния.
- Цвет Большинство металлов светло-серого цвета (Исключение: золото - желтое, медь- красная, цезий - светло-желтый)
- Электропроводность (свободные ē приобретают направленное движение) Лучшие проводники электричества: Cu , Ag , далее Au , Al , Fe. С повышением температуры – электропроводность понижается, т.к. усиливаются колебания атомов, электронам трудно перемещаться.
- Теплопроводность
- Пластичность
- Плотность ( Самый легкий - Li , самые тяжелые - Os и Ir)
- Температура плавления ( самый легкоплавкий - Hg −39 °C , самый тугоплавкий – W 3410 °C )
- Твердость (щелочные металлы можно резать ножом, самый твердый – Cr) Большинство металлов твердые, за исключением ртути и ,условно, франция.
Получение
· Пирометаллургия- получение из руд при высоких температурах при взаимодействии с хорошими восстановителями (H2, CO,C и др.)
Выделяют два этапа: 1) Обжиг металлсодержащей руды; 2) Получение чистого металла
· Металлотермия- восстановление металлами (алюминотермия, кальцийтермия, магнийтермия и т.д.):
· Гидрометаллургия- соединения металлов переводят в раствор и восстанавливают:
· Электрометаллургия – электролиз растворов и расплавов:
Запомнить: Алюминий получают из оксида (глинозема, бокситов и т.д.) в расплаве криолита Na 3 AlF 6
Запомнить: Металлы никогда не вытесняют из Н N О3(к) H 2 SO 4(к) водород; они пассивируют Al , Cr , Fe
в) Взаимодействие с солями ( более активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей )
CuCl 2 + Fe = FeCl 2 + Cu;
- но если металл взаимодействует с водой, то
CuCl 2 +2К +2 H 2 O = 2К Cl + Cu (ОН)2↓+ Н2↑; т.к.: 1) 2К + 2 H 2 O = 2КОН+ Н2
2) CuCl 2 +2КОН= Cu (ОН)2↓+ 2К Cl
г) Взаимодействуют с оксидами металлов и неметаллов:
е)Другое:
Между собой образуют интерметаллические соединения, сплавы: Na 2 Sb
С органическими веществами ( со спиртами, фенолами, карбоновыми кислотами и др. )
Открытый урок по химии на тему «Химические элементы – металлы и простые вещества – металлы»
Цель Урока: на видеоуроке сформировать у учащихся целостную картину восприятия знаний о металлах.
Образовательные цели: Познакомить учащихся с особенностями строения атомов металлов, их нахождением в П.С.Х.Э., изменение металлических, то есть восстановительных свойств по периодам и группам; роль простых веществ – металлов и сложных металлосодержащих веществ в минеральной и органической «жизни» Земли. Закрепить знания о металлических кристаллических решетках, металлической связи, физических свойствах отдельных металлов.
Воспитательные цели: сформировать умение наблюдать, слушать, участвовать в обсуждении проблем, воспитывать ответственность и аккуратность при работе с реактивами.
Развивающие: формировать умение работать в коллективе, слушать и уважительно относиться к ответам других, саморазвитие и самообразование на основе мотивации к обучению.
Оборудование: коллекция «Металлы», таблица «П.С.Х.Э.» Таблица «Ряд активности металлов». Кристаллические решетки металлов, компьютер и проектор.
1. Изучение новой темы « Металлы»
1. Положение металлов в «П.С.Х.Э.» и особенности строения их атомов.
а) Малое количество электронов на внешнем уровне и большие радиусы.
б) Небольшие значения электроотрицательности и только восстановительные свойства, то есть способность отдавать электроны.
2. Закономерности в изменении металлических, а значит восстановительных свойств атомов элементов. Используя таблицу П.С.Х.Э., учащиеся сами разбирают закономерности в изменении металлических свойств.
а) В главной подгруппе число электронов на внешнем слое не изменяется.
б) Радиус атома увеличивается
в) Электроотрицательность уменьшается.
г) Восстановительные свойства усиливаются.
д) Металлические свойства увеличиваются.
Изменение этих свойств в периодах.
а) Заряды ядер атомов увеличиваются.
б) Радиусы атомов уменьшаются.
в) Число электронов на внешнем уровне увеличивается.
г) Электроотрицателтьность увеличивается.
д) Восстановительные свойства ослабевают.
е) Металлические свойства ослабевают.
3. В побочных подгруппах восстановительные свойства металлов уменьшаются. Используя таблицу «Электрохимический ряд напряжения металлов» Cu , Ag , Au .
Почему? Находят учащиеся ответы на вопрос сами ( стр. 203)
Ответ: на прочной связи валентных электронов с ядром влияет величина заряда ядра, а не радиус атома.
4. Металлы ( ионы металлов) в организме человека, макроэлементы и микроэлементы.
Самостоятельно работают учащиеся с учебником (стр.203)
Знакомятся в таблице 17с влиянием недостатка и избытка ионов металлов на состояние растений и животных .
5. Простые вещества металлы, их использование в промышленности, социальной сфере.
Учащиеся смотрят и слушают видеоролики.
6. Строение кристаллической решетки металлов.
Используем таблицу и кристаллическую решетку натрия. Обращаем внимание, что в узлах находятся катионы и анионы металлов, обобществленные электроны являются носителями тока, они притягивают катионы металлов, обеспечивают прочность кристаллической решетки, образуется металлическая связь.
7. Физические свойства металлов.
Б) Металлический блеск
В) Механическая прочность, температура плавления и плотность.
Д) Взаимодействие металлов с магнитным полем – ферромагнетики (железа, кобальт, никель, гадолиний) – сильно намагничиваются ( видеоуроки смотрим и слушаем)
8. Классификация металлов.
А) Легкие и тяжелые
Б) Легкоплавкие и тугоплавкие
В) Благородные металлы (серебро, золото, платина)
Г) Железо и его сплавы – черные металлы, все остальные - цветные
Д) Щелочные, щелочно-земельные, редкоземельные ( скандий, лантаноиды, актиноиды)
1. Общая характеристика элементов металлов
Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) образуют простые вещества с металлическими свойствами, поэтому их называют металлическими элементами .
Металлические химические элементы в природе могут встречаться как в виде простых веществ, так и в виде соединений. То, в каком виде встречаются металлические элементы в природе, зависит от химической активности образуемых ими металлов.
Металлические элементы, образующие химически активные металлы ( Li–Mg ), в природе чаще всего встречаются в виде солей (хлоридов, фторидов, сульфатов, фосфатов и других).
Соли, образуемые этими металлами, являются главной составной частью распространённых в земной коре минералов и горных пород.
В растворённом виде соли натрия, кальция и магния содержатся в природных водах. Кроме того, соли активных металлов — важная составная часть живых организмов. Например, фосфат кальция Ca 3 ( P O 4 ) 2 является главной минеральной составной частью костной ткани.
Металлические химические элементы, образующие металлы средней активности ( Al–Pb ), в природе чаще всего встречаются в виде оксидов и сульфидов.
Металлические элементы, образующие химически неактивные металлы ( Cu–Au ), в природе чаще всего встречаются в виде простых веществ.
 |  |  |
| Рис. \(7\). Самородное золото Au | Рис. \(8\). Самородное серебро Ag | Рис. \(9\). Самородная платина Pt |
Исключение составляют медь и ртуть, которые в природе встречаются также в виде химических соединений.
В Периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и находятся в главных (А) и побочных (Б) группах.
Рис. \(13\). Положение металлов в Периодической системе. Знаки металлических химических элементов расположены ниже ломаной линии B — Si — As — Te
В электронной оболочке атомов металлов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(1\) до \(3\) электронов. Исключение составляют только металлы \(IV\)А, \(V\)А и \(VI\)А группы, у которых на наружном энергетическом уровне находятся соответственно четыре, пять или шесть электронов.
В атомах металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на внешнем энергетическом уровне, а у металлов побочных подгрупп — ещё и на предвнешнем энергетическом уровне.
Радиусы атомов металлов больше, чем у атомов неметаллов того же периода. В силу отдалённости положительно заряженного ядра атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны.
Рис. \(14\). Характер изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и в группах. Радиусы атомов металлов существенно больше, чем радиусы атомов неметаллов, находящихся в том же периоде
Главное отличительное свойство металлов — это их сравнительно невысокая электроотрицательность (ЭО) по сравнению с неметаллами.
Рис. \(15\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу). ОЭО металлических химических элементов уступает соответствующей величине неметаллических химических элементов
Атомы металлов, вступая в химические реакции, способны только отдавать электроны, то есть окисляться, следовательно, в ходе превращений могут проявлять себя в качестве восстановителей .
Читайте также: