kvm-mtv.ru → Психология

Физические свойства металлов химия 9. Физические свойства металлов — Гипермаркет знаний. Примеры решения задач

1. Как расположены металлы в периодической таблице Д. И. Менделеева? Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов?
Металлы преимущественно располагаются в левой и нижней части периодической таблицы, т.е. в основном в I-III группах. И на внешнем энергетическом уровне у металлов обычно находится от одного до трех электронов (хотя возможны исключения: у сурьмы и висмута 5 электронов, у полония 6).

2. Чем по строению и свойствам кристаллические решетки металлов отличаются от ионных и атомных кристаллических решеток?
В узлах металлической кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы и атомы, между которыми передвигаются электроны, а в молекулярной и атомной кристаллической решетке в узлах расположены молекулы и атомы соответственно.

3. Каковы общие физические свойства металлов? Объясните эти свойства, основываясь на представлениях о металлической связи.

4. Почему некоторые металлы пластичные (например, медь), а другие – хрупкие (например, сурьма)?
У сурьмы 5 электронов на внешнем энергетическом уровне, у меди 1. С увеличением числа электронов, обеспечивается прочность отдельных слоев ионов, препятствующих их свободному скольжению, уменьшая пластичность.

5. При «растворении» в соляной кислоте 12,9 г сплава, состоящего из меди и цинка, получили 2,24 л водорода (н.у.). Вычислите массовые доли (в процентах) цинка и меди в этом сплаве.

6. Медно-алюминиевый сплав обработали 60 г соляной кислоты (массовая доля HCl – 10%). Вычислите массу и объем выделившегося газа (н.у.).

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки
1) 2е, 1е

2. Наиболее ярко металлические свойства проявляет простое вещество, атомы которого имеют строение электронной оболочки
4) 2е, 8е, 18е, 8е, 2е

3. Хорошо проводит электрический ток твердое вещество, имеющее кристаллическую решетку
3) металлическу

По теме:

» Общая характеристика металлов. Особенности строения металлов. Физические свойства металлов. Сплавы».

Учитель химии

МОУ«Средняя общеобразовательная школа № 5»

г. Ивантеевки

Цель урока: создать условия для обобщения и углубления знаний учащихся о металлах как простых веществах, физических свойствах металлов, использование человеком.

Тип урока: Урок обобщения и систематизация ЗУН.

Задачи урока:

Образовательная:

Воспитательная:

Развивающая:

На уроке использовалось следующее оборудование:

Мультимедийный проектор Коллекция «Металлы и сплавы» Модели кристаллических решеток хлорида натрия, алмаза, железа, меди Таблица металлической кристаллической решетки ПСХЭ

Ход урока.

Организационный момент .

Учитель сообщает цель урока, отмечая практическую важность металлов в жизни человека.

2.Проверка домашнего задания .

Проверка первой части дом. задания (2 ученика у доски)

Изобразить строения атомов: 1) Na, Mg, Al; 2) Li, Na, K

3.Фронтальный опрос.

Где в Периодической системе находятся элементы-металлы? В чем состоит особенность строения элементов-металлов?

Учитель: Почему Sn, Pb, Bi, Po, атомы которых содержат 4,5,6 электронов, являются металлами?

Ответ: Сравнительно большой радиус (вывод, который и разрешил проблему; в подтверждении этого учитель приводит пример-бор, атомы которого имеют 3 электрона на внешнем уровне, но маленький радиус атома, является типичным неметаллом).

Слушаем ответы учеников, которые выполняли домашнее задание, у доски.

Затем продолжаем беседу.

Как в периоде с возрастанием порядкового номера изменяются металлические свойства? и Почему? Как в группах главных подгруппах с возрастанием порядкового номера изменяются металлические свойства? и Почему?

Запись в тетрадь:

1) Металлы на последнем уровне имеют небольшое число электронов(1-3)

2) Так как металлы расположены в начале периода, то у них большой атомный радиус.

Учитель: Следует отметить, что деление элементов на металлы и неметаллы условное. Например, аллотропные модификации олова:a(Sn) или серое олово-неметалл, а b(Sn) или белое олово-металл (при t<+13,20С белое олово рассыпается в серый порошок),). Ребята вспоминают название этого явления-»оловянная чума».

Металл германий обладает многими неметаллическими свойствами; хром, алюминий и цинк-типичные металлы, но образуют соединения соединения (KAlO2, K2ZnO2, K2Cr2O7), в которых проявляют неметаллические свойства. Йод и графит-типичные неметаллы, но имеют свойства, присущие металлам (металлический блеск).

4.Особенности кристаллической металлической решетки и металлической связи. Физические свойства металлов.

Таблица «Металлические решетки»

Учитель: Ребята, давайте вспомним природу металлической связи и особенности металлической кристаллической решетки.

По таблице ребята вспоминают, что в узлах решетки находятся положительные ионы и атомы металлов, а по всему объему кристалла металла в постоянном движении обобществленные электроны (электронный «газ»).

Учитель напоминает ученикам, что положительные ионы и атомы постоянно переходят друг в друга, благодаря свободному перемещению электронов. При присоедини электрона к иону, последний превращается в атом, а атом в свою очередь в ион. Эти процессы протекают непрерывно, согласно схемы: Ме0- nē«Men+

Затем делается вывод:

Металлическая связь (МС)-это связь, которая возникает в кристаллах металлов (сплавов) в результате электростатического взаимодействия положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных электронов.

Учитель задаёт вопрос: Какие виды химической связи известны? Ученики отвечают (ионная, ковалентная). Чтобы найти черты сходства и отличия металлической связи с этими видами связи проверяется вторая часть домашнего задания.

Проверка второй части домашнего задания (3 ученика у доски):

Записать схему образования химической связи для веществ с формулами:

1) NaCl 2) HCl 3) Cl2

Класс в это время отвечает на вопросы:

· Какие виды химической связи вам известны?

· Какая связь называется ионной?

· Какая связь называется ковалентной?

· Какая связь называется ковалентной полярной? Неполярной?

Затем ведется беседа, в результате которой ученики сравнивают, анализируют и обобщают знания о строении. Приходят к выводу:

Сходство : а) с ионной связью МС сходна наличием ионов;

б) с ковалентной связью МС имеет сходство, поскольку в ее основе

лежит обобщение электронов.

Различие: а) в металлах положительно заряженные ионы удерживаются свободно перемещающимися электронами, а в веществах с ионной связью отрицательными ионами.

б) электроны, которые осуществляют ковалентную с вязь, находятся вблизи соединенных атомов и прочно с ними связаны, а электроны, осуществляющие МС, свободно перемещаются по всему кристаллу и принадлежат всем его атомам.

Учитель обязательно «подчеркивает», что МС существует только в металлах, находящихся в жидком и твердом состоянии; но не в молекулах, которые удерживаются ковалентными связями - в парах (газообразное состояние) металлы существуют в виде молекул с этим типом связи: Li2, Na2.

Обсуждение вопроса о свойствах металлов, работа с коллекцией «Металлы и сплавы».

В ходе обсуждения ученики на вопрос учителя: «Какие общие свойства присущи металлам и почему?» Отвечают: 1)Блеск, электропроводимость , теплопроводимость,

пластичность.

2)Общие физические свойства металлов определяются металлической связью и металлической кристаллической решеткой.

5. Объяснение нового материала.

5.1. Физические свойства металлов.

Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются их строением.

1)Твердость. Все металлы, кроме ртути, твердые. Но это свойство различно у каждого металла.

Рис.1 Относительная твердость некоторых металлов

Самые мягкие металлы-натрий, калий, индий, их можно резать ножом; самый твердый металл-хром, царапает стекло.

2.Плотность . Все металлы делятся на легкие (с плотностью до 5г/см3) и тяжелые (с плотностью больше 5г/см3).

Легкие: Li, Na, K, Mg, Al Тяжелые: Zn, Cu, Sn, Ag, Au

Плотность самого легкого металла лития равна 0,53 г/см3, т. е. данный металл почти в 2 раза легче воды. Самый тяжёлый металл-это осмий, его плотность равна 22,6г/см3.

Рис.2 Плотность некоторых веществ

3. Плавкость.

Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.

Рис. 3 Температура плавления некоторых веществ

4. Электропроводность.

Металлы обладают электрической проводимостью благодаря наличию свободных электронов или электронного «газа». Лучшие проводники-серебро, медь, золото, алюминий, железо. Худшие проводники-ртуть, свинец, вольфрам.

Хаотически движущиеся в металле электроны под воздействием приложенного электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

При повышении температуры металла возрастают амплитуды колебаний атомов и ионов, которые находятся в узлах кристаллической решетки. Это затрудняет движение электронов, электрическая проводимость падает.

При пониженных температурах колебательное движение уменьшается, поэтому электрическая проводимость резко возрастает. Графит (неметалл) при низких температурах электрический ток не проводит из-за отсутствия электронов. А при повышении температуры ковалентные связи разрушаются, и электрическая проводимость начинает возрастать.

5.Теплопроводность.

Теплопроводность металлов, как правило, соответствует электропроводности. Она обусловлена большой подвижностью свободных электронов, которые, сталкиваясь с колеблющими ионами и атомами, обмениваются с ними энергией. Поэтому происходит быстрое выравнивание температуры по всему куску металла. Лучшая проводимость у серебра, меди, худшая - у висмута, ртути.

6. Пластичность.

Металлы обладают пластичностью, ковкостью и прочностью. Благодаря свободному перемещению электронов по всему кристаллу разрыв связей не происходит, т. к. отдельные слои в кристалле могут смещаться относительно друг друга. Это придает металлам пластичность -способность изменять свою форму без разрыва химических связей. (Опыт: две стеклянные пластинки скользят легко относительно друг друга, но с трудом отрываются. Прослойка воды-электронный газ).

Если произвести подобное воздействие на кристалл с ковалентной связью, произойдет разрыв химических связей т кристалл разрушится, поэтому неметаллы хрупкие.

Металлы, обладающиеся высокой пластичностью-золото, серебро, медь, олово, железо, алюминий.

Рис.4. Смещение слоев в кристаллических решетках при механическом воздействии:

а) в случае металлической связи; б) в случае ковалентной связи

7. Металлический блеск.

Для всех металлов характерен металлический блеск: серый цвет или непрозразрачность. Свободные электроны, заполняющие межатомное пространство в решетке, отражают световые лучи, поэтому металлы имеют металлический блеск (серебристо-белый и серый). Только золото и медь в большей степени поглощают короткие волны (близкие к фиолетовому цвету) и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый и оранжевый цвет.

Самые блестящие металлы-ртуть, серебро. В порошке все металлы, кроме алюминия и магния, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.

5.2 Сплавы.

5.2.1. Учитель: Почему химически чистые металлы редко используются в быту и промышленности? Например, из меди не делают бытовые изделия (как из алюминия). Легкий и прочный кальций не используют в самолетостроении? Даже золотые украшения, помимо золота содержат медь, серебро.

Ученики высказывают свои предложения, в ходе которых делается вывод: В технике используют преимущественно сплавы, а не чистые металлы, потому что металлы в отдельности не обладают всеми свойствами, которые необходимы для практического применения.

Запись в тетрадь:

Сплавы металлов -вещества с металлическими свойствами, состоящие из двух или нескольких компонентов, один из которых обязательно-металл.

В сплавах, также как и в металлах, химическая связь-металлическая. Поэтому физические свойства сплавов-электропроводность. теплопроводность, пластичность, металлический блеск (отвечают ученики).

При получении сплава исходные вещества расплавляют и перемешивают. При охлаждении происходит кристаллизация с образованием сплава. Кристаллизация - это переход вещества из жидкого состояния в твердое.

Представители сплавов: работа с коллекцией.

Чугун -сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5 % углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления массивных деталей (так называемый литейный чугун ) и в качестве сырья для получения сталей (так называемый передельный чугун).

Сталь - сплав на основе железа, содержащий менее 2 % углерода. Стали по составу делят на два основных вида: углеродистая и легированная.

5.2.1. Сообщения учащихся о сплавах, используемых в современной технике, при этом не касаясь тех, о которых пойдет речь дальше, в связи с изучение конкретных металлов.

6. Заключение урока.

Учитель подводит итоги урока. Благодарит учеников. Выставляет отметки.

7. Домашнее задание.

§5, упр.1-3, §7, упр.1,2,4 (устно), повт. по конспектам 8 кл. (взаимодействие кислот с металлами). Ответьте на вопрос: в каких известных вам реакциях участвуют металлы?

1. Назовите самый легкоплавкий металл.

Самый легкоплавкий металл — ртуть. Уже при комнатной температуре он является жидкостью. Температура плавления -39С.

2. Какие физические свойства металлов используют в технике?

В технике используются такие свойства металлов, как электропроводность, твердость, термоустойчивость.

3. Фотоэффект, т. е. свойство металлов испускать электроны под действием лучей света, характерен для щелочных металлов, например для цезия. Почему? Где это свойство находит применение?

Щелочные металлы имеют самую низкую энергию ионизации, т.е. они легко отдают электрон с последнего слоя. Для того, чтобы отнять этот электрон от металла, достаточно даже энергии света (фотона).

На явлении фотоэффекта основано действие фотоэлектрических приборов, получившие разнообразное применение в различных областях науки и техники — фотоэлементы, работающие на основе фотоэффекта, преобразуют энергию излучения в электрическую.

4. Какие физические свойства вольфрама лежат в основе его применения в лампах накаливания?

На тугоплавкости вольфрама основано его применение в лампах накаливания. Температура плавления 3422С.

5. Какие свойства металлов лежат в основе образных литературных выражений: «серебряный иней», «золотая заря», «свинцовые тучи»?

В литературных выражениях «серебряный иней», «золотая заря», «свинцовые тучи» заключено свойство металлов отражать световые лучи, в результате чего они приобретают характерную окраску, металлический блеск.

Плотность. Это - одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:

легкие (плотность не более 5 г/см 3) - магний, алюминий, титан и др.:

тяжелые - (плотность от 5 до 10 г/см 3) - железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);

очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3) - молибден, вольфрам, золото, свинец и др.

В таблице 2 приведен значения плотности металлов. (Это и последующие таблицы характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья).

Таблица 2. Плотность металла.

Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:

легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 o С) - цинк, олово, свинец, висмут и др.;

среднеплавкие (от 600 o С до 1600 o С) - к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;

тугоплавкие (более 1600 o С) - вольфрам, молибден, титан, хром и др.

Ртуть относится к жидкостям.

При изготовлении художественных отливок температура плавления металла или сплава определяет выбор плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура плавления, как правило, понижается.

Таблица 3. Температура плавления и кипения металлов.

Удельная теплоемкость. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры единицы массы на один градус. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением порядкового номера элемента в таблице Менделеева. Зависимость удельной теплоемкости элемента в твердом состоянии от атомной массы описывается приближенно законом Дюлонга и Пти:

m a c m = 6.

где, m a - атомная масса; c m - удельная теплоемкость (Дж/кг * o С).

В таблице 4 приведены значения удельной теплоемкости некоторых металлов.

Таблица 4. Удельная теплоемкость металлов.

Скрытая теплота плавления металлов. Это характеристика (таблица 5) наряду с удельной теплоемкости металлов в значительной степени определяет необходимую мощность плавильного агрегата. Для расплавления легкоплавкого металла иногда требуется больше тепловой энергии, чем для тугоплавкого. Например, для нагревания меди от 20 до 1133 o С потребуется в полтора раза меньше тепловой энергии, чем для нагревания такого же количества алюминия от 20 до 710 o C.

Таблица 5. Скрытая теплота металла

Теплоемкость. Теплоемкость характеризует передачу тепловой энергии от оной части тела к другой, а точнее, молекулярной перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. (таблица 6)

Таблица 6. Коэффициент теплопроводности металлов при 20 o С

Качество художественного литья тесно связано с теплопроводностью металла. В процессе выплавке важно не только обеспечить достаточно высокую температуру металла, но и добиться равномерного распределения температуры во всем объеме жидкой ванны. Чем выше теплопроводность, тем равномернее распределена температура. При электродуговой плавке, несмотря на высокую теплопроводность большинства металлов, перепад температуры по сечению ванны достигает 70-80 o С, а для металла с низкой теплопроводностью этот перепад может достигать 200 o С и более.

Благоприятные условия для выравнивания температуры создаются при индукционной плавке.

Коэффициент теплового расширения . Эта величина, характеризующая изменение размеров образца длиной 1 м при нагревании на 1 o С, имеет важное значение при эмальерных работах (таблица 7)

Коэффициенты теплового расширения металлической основы и эмали должны иметь по возможности близкие значения, чтобы после обжига эмаль не растрескивалась. Большинство эмалей, представляющих твердый коэффициент оксидов кремния и других элементов, имеют низкий коэффициент теплового расширения. Как показала практика, эмали очень хорошо держаться на железе, золоте, менее прочно - на меди и серебре. Можно полагать, что титан - весьма подходящий материал для эмалирования.

Таблица 7. Коэффициент теплового расширения металлов.

Отражательная способность. Это - способность металла отражать световые волны определенной длины, которая воспринимает человеческим глазом как цвет (таблице 8). Цвета металла указаны в таблице 9.

Таблица 8. Соответствие между цветом и длиной волны.

Таблица 9. Цвета металлов.

Чистые металлы в декоративно-прикладном искусстве практически не применяются. Для изготовления различных изделий используют сплавы, цветовые характеристики которых значительно отличаются от цвета основного металла.

В течении долгого времени накапливался огромный опыт применения различных литейных сплавов для изготовления украшений, бытовых предметов, скульптур и многих других видов художественного литья. Однако до сих пор еще не раскрыта взаимосвязь между строением сплава и его отражательной способностью.

Цель: Раскрыть причину особых физических свойств металлов.
Задачи:
1. Рассмотреть физические свойства металлов;
2. Развивать умение различать физические свойства металлов; определять свойства;
3. Воспитывать коллективизм, внимание, аккуратность.
Оборудование: ПСХЭ, наглядный материал «Металлы»
Тип урока: изучение нового материала
Методы: словесный, наглядный
Формы работы: индивидуальные, коллективные
Ход урока
Организационный момент
Приветствие, проверка готовности класса к уроку, психологический настрой.
Опрос домашнего задания
Фронтальный опрос
1. Что означает слово «металл»?
2. Сколько всего металлов в ПСХЭ? Где они расположены?
3. Сколько электронов на внешнем электронном слое в атомах элементов главной и побочной подгрупп? Почему?
4. Как соединены атомы металлов между собой?
2. Химический диктант
BaCO3, CaO, LiOH, HNO3, SO3, CrO, Fe2O3, NaCl, Al(OH)3, HCl, CaCO3, KNO3
Изложение нового материала
Великий русский ученый М.В.Ломоносов так говорил о металлах: «Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно».
1. Металлический блеск – оптическое свойство металлов, определяется числом наружных электронов. Это свойство всегда ценилось людьми и даже способствовало созданию ярких художественных образов. Данное свойство наблюдается только к кристаллах, металлы в виде порошка блеска не имеют. Все металлы блестят, непрозрачны, обычно серого цвета, потому что пространство вокруг их кристаллов заполнено электронным газом. Электроны при поглощении света начинают колебаться и испускают волны излучения, которые обнаруживает глаз человека. Металлы непрозрачны и для радиоволн: они отражают их. На этом основана радиолокация – обнаружение металлических предметов.
2. Электро- и теплопроводность. Электропроводность определяется наличием свободно движущихся электронов. Наибольшей электропроводимостью обладают серебро и медь, затем золото, алюминий и железо. Наименьшую имеет ртуть.
Теплопроводность связана с подвижностью электронов и с колебательным движением частиц в кристалле. Благодаря этим явлениям происходит быстрое выравнивание температуры в куске металла. Серебренная ложка нагревается в 500 раз быстрее, чем стеклянный стакан.
3. Ковкость и пластичность. При ударе металлы не рассыпаются на мелкие куски, а сплющиваются, меняют форму, т.е. поддаются ковке. Это происходит потому, что отдельные слои атомов и ионов в кристалле металла могут смещаться относительно друг друга без нарушения металлической связи. Электроны перемещаются по всему куску металла и связывают сместившиеся слои.
Пластичность металлов уменьшается в ряду: Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe.
Золото – самый пластичный металл: из 1 г золота можно вытянуть до 2 км проволоки, а из образца размером со спичечную головку – прокатать лист площадью 50 м2.
4. Плотность металлов различна. ρ < 5 г/см3 – легкие (Li, Mn, Al, Ti), ρ > 5 г/см3 – тяжелые (Os, Cr, Zn, Sn, Mn, Fe, Pb, Au, Pt). Самым легкий является литий (ρ = 0,54 г/см3), тяжелый – осмий (ρ = 22,6 г/см3)
5. Твердость. Металлы бывают твердые и мягкие. Щелочные металлы можно резать ножом, а из вольфрама, тантала и хрома изготавливают режущие, бурильные инструменты. Саамы твердый – хром.
6. Температура плавления. Металлы, плавящиеся при температуре выше 10000С, называются тугоплавкими (вольфрам – 33900С), а ниже - легкоплавкие (ртуть = -390С), щелочной металл цезий начинает плавиться в руках человека (t = 290С)
Применение.
Металл – это точность.
Металл – это прочность,
Скорость, высота,
Блеск и красота.
Не сразу в дом пришел металл,
Не сразу ложкой, вилкой стал.
Не сразу стал он кружкой
И заводской игрушкой.
Был путь металла долог:
Сперва пришел геолог.
Нашел он гору – в ней руда.
И горняки пришли туда.
И машинист дает гудок –
К печам руду доставит в срок.
И металлический ручей
Течет из огненных печей.
Еще работе не конец:
Придут и токарь, и кузнец,
Слесарь и штамповщик,
Сварщик, фрезеровщик.
И каждый вложит труд в металл,
Чтобы металл трудиться стал.
Он в проводах несет нам свет,
Металл – коньки, велосипед,
Метро, трамвай, будильник,
Утюг и холодильник. Е.Ефимовский.
Где применяются металлы? Люди каких профессий работают с металлами?
Упр. 1-10 (устно), стр. 140
Работа в рабочей тетради упр. 186, 187, 188, стр.58-59
Д/з. §29, стр. 137-139