МЕТАЛЛЫ Химические и физические свойства металлов. — презентация

Физические свойства металлов

Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.

Для металлов характерен ряд свойств:

• твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
• металлический блеск;
• проводимость электрического тока и тепла;
• пластичность.

Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.

Методическая разработка урока по химии на тему «Металлическая связь. Физические свойства металлов»

Урок Металлическая связь и физические свойства металлов

Цели

:

— образовательные:

формирование знаний о природе химической связи в металлах, об уникальных физических свойствах металлов, их причинах

— развивающие:

развивать умение сопоставлять, работать с текстом, проводить опыты по инструкции, применять теоретические знания на практике, осуществлять самоконтроль, планировать ожидаемые результаты обучения и сопоставлять их с достигнутыми результатами, работать в группе, сотрудничать

— воспитательные:

формирование научной картины мира, ценностного отношения к научным знаниям

Оборудование

: тематические карты урока, магнитная доска, слайды, проектор (или ПК, монитор), бумага (карточки), текстовые маркеры; образцы металлов, молоточек, стакан с горячей водой

Тип урока

: усвоение новых знаний

Методы

: самоконтроль, обсуждение, эвристическая беседа, работа с текстом (тематической картой урока); работа в группе «2 – 4 – все вместе», лабораторная работа; приемы «линии сравнения», «перефразирование»

Ход урока

I. Организационный этап. Эмоциональный настрой

Учитель: За окном – теплый весенний день. Дни стали длиннее, и происходит неминуемое пробуждение живой природы. Все связано со всем…

II.
Актуализация знаний
Учитель: Расширяя границы знаний, мы устанавливаем связи с уже известным.

Сегодня в изучении нового нам поможет повторение особенностей атомов металлов и некоторых понятий. Выполните задание «Особенности атомов металлов» (1 мин)

Тестовое задание

Для металлов характерно: (выделите текстовым маркером)

Взаимопроверка (0,5 мин)

Проверка по слайду

Учитель: кто не допустил ошибок? А теперь оцените правильность утверждений:

— ЭО – способность атомов притягивать и удерживать электроны

— ЭО тем ниже, чем меньше радиус атома

— противоположно заряженные частицы взаимно притягиваются

— химическая связь имеет электростатическую природу

— во всех простых веществах – ковалентная неполярная связь

III.
Мотивация. Определение темы и ожидаемых результатов урока
Учитель: включить свет, получить тепло от батарей отопления, завернуть шоколадку в алюминиевую фольгу – в этих привычных повседневных действиях проявляются удивительные физические свойства металлов.

От чего зависят свойства веществ? А чем обусловлено строение вещества?

Предложите тему урока

Химическая связь в металлах. Строение и свойства металлов

Учащиеся записывают название темы в тематических картах урока, и на основе незаконченных фраз формулируют ожидаемые результаты урока:

После урока вы сможете:

-назвать тип химической связи в металлах

—

объяснить, как она
осуществляется
-объяснить, чем обусловлены физические свойства металлов

(на доске)

IV.
Изучение нового материла, усвоение его учащимися
Учитель: изучение природы химической связи в металлах начнём с анализа электропроводности – способности проводить электрический ток.

Учитель организует эвристическую беседу с одновременным заполнением таблицы на магнитной доске (прием «линии сравнения)

Что такое электрический ток?

Направленный поток заряженных частиц

В каком случае вещество способно проводить электрический ток?

Если вещество содержит заряженные частицы

Какие вещества проводят электрический ток?

Металлы, растворы и расплавы электролитов

Какие частицы обуславливают проведение электрического тока в растворах и расплавах электролитов?

Ионы

Какой процесс приводит к образованию ионов в растворах и расплавах электролитов?

Электролитическая диссоциация под действием воды или температуры

Металлы проводят электрический ток практически в любом состоянии, на них не нужно предварительно воздействовать температурой, водой… о чем это говорит?

В металлах постоянно присутствуют заряженные частицы!

На какие вопросы мы должны найти ответы?

Какие заряженные частицы содержатся в металлах?

Как они возникают?

Участвуют ли эти частицы в образовании химической связи в металлах?

Учитель: чтобы ответить на эти вопросы, прочтите текст и выполните задание. Работайте в группах 3 – 4 мин.

Текст Химическая связь в металлах

В простых веществах металлах атомы вследствие низкой электроотрицательности теряют свои внешние электроны и превращаются в катионы Меn+. Став свободными, электроны беспорядочно движутся в куске металла между катионами, образуя так называемый электронный газ.

Таким образом, в металлах содержатся два вида частиц: ____________ металлов

и
свободные
_____________.

Металлы имеют кристаллическое строение. Катионы металлов находятся на определенных расстояниях друг от друга, образуя кристаллическую решетку. В металлах существует металлическая решетка

, в узлах которой находятся катионы металлов Меn+, а между ними движутся свободные электроны.

Катионы металлов и свободные электроны взаимодействуют, между ними возникает электростатическое ________________, которое приводит к возникновению особого типа связи – металлической

.

Металлическая связь

– это химическая связь в металлах и сплавах металлов, обусловленная электростатическим притяжением катионов металла и свободно движущихся электронов.

Работа в группах

Задания группам

1 группа

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Какие заряженные частицы содержатся в металлах? Как и почему возникают?

2 группа

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Заполните карточки для завершения схемы на доске:

3 группа

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Завершите изображение металлической решетки (на плакате), подпишите, что обозначено стрелками

4 группа

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Какое строение имеют металлы простые вещества? Что такое металлическая связь?

5 группа

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Как взаимодействуют заряженные частицы в металлах? Что такое металлическая связь?

6 группа

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Резюмируйте прочитанное, заполните пропуски в тексте:

(прием «перефразирование»)

Металлическая связь возникает только в простых веществах металлах и сплавах металлов. Это объясняется особенностями атомов металлов, которые имеют _____________ радиус атома и, как следствие, _______________ электрооотрицательность. Атомы металлов легко теряют внешние __________. Образовавшиеся ____________ металлов и свободные _____________ осуществляют ________________ связь

Учитель организует беседу для представления результатов группами:

Какие заряженные частицы содержатся в металлах? Какова причина их возникновения? Завершите схему на доске (1, 2 группы)

Как вы представляете строение металлов? (3, 4 группы)

Как взаимодействуют указанные частицы – катионы металлов и свободные электроны? (5 группа)

Назовите тип химической связи в металлах и частицы, к. ее осуществляют

Нам остается сделать вывод (6 группа)

Учитель: спасибо за работу! Следующая задача – охарактеризовать физические свойства металлов, а самое главное, — объяснить их причину. Перед вами (на доске) – перечень физических свойств. Как вы думаете, какое свойство можно исключить из списка:

Можно исключить температуру плавления – характерна для всех веществ, а у разных металлов может быть различной

Учитель: Физические свойства металлов будете изучать в ходе лабораторной работы. Для выполнения лабораторной работы вновь объединитесь в группы. Каждые две группы получают одинаковое задание, поэтому возможны взаимные консультации.

Инструктивная карточка

(в тематической карте урока)

Лабораторная работа (3 – 4мин)

Изучение физических свойств металлов

Цель: в ходе опытов изучить проявление физических свойств металлов

Оборудование: медная, алюминиевая фольга, стальная и алюминиевая проволоки, молоточек, стакан с горячей водой, текстовый маркер

Ход работы

1. Изучение блеска металлов

(1, 2 группа)

Рассмотрите выданные вам образцы металлов, в том числе «на свету»; текстовым маркером выделите сочетание свойств, характерное для металлов:

Завершите формулировку вывода, зачеркнув в скобках лишнее слово.

Вывод

: металлы имеют характерный
металлический блеск
: они
одновременно непрозрачные
, то есть (поглощают, пропускают) свет, и
блестящие
, то есть (поглощают, отражают) свет.

Объяснение

: свободные электроны в металлах отражают часть поглощенного света, причем одновременно из разных слоев металла.

2. Изучение пластичности металлов

(3, 4 группы)

Рассмотрите выданный вам образец металла (медная фольга), попробуйте воздействовать на него механически: согнуть, нанести удар молоточком. Текстовым маркером выделите в таблице наблюдаемые результаты:

Запишите вывод, вставляя пропущенные слова

Вывод:

металлы обладают
пластичностью
: при механических воздействиях не __________________, а легко меняют _____________.

Объяснение

: при механических воздействиях катионы металла и электроны смещаются в разных направлениях, но тесного сближения катионов, которое могло привести к резкому их отталкиванию и разрыву связей, распаду образца металла на куски, не происходит. Этому препятствуют свободные электроны, играющие роль «клея» в куске металла.

3. Изучение теплопроводности металлов

(5, 6 группы)

Поместите выданные вам проволоки (стальную и алюминиевую) в стакан с горячей водой (на 30 с); затем качественно (рукой) определите, произошел ли нагрев. Результаты текстовым маркером выделите в таблице:

Вывод:

металлы обладают высокой _______________________, а, значит, и электропроводностью.

Объяснение

: при повышении температуры подвижность свободных электронов и колебания катионов металла в узлах решетки возрастают. В результате свободные электроны чаще сталкиваются с катионами металлов, быстрее передают энергию при нагревании.

Группы представляют результаты по плану: 1) характеристика физического свойства металла (в чем проявляется); 2) объяснение причины проявляемого свойства.

Учитель: назовите общую причину уникальных физических свойств металлов.

Наличие в металлах особой металлической связи, свободных электронов!

V. Осмысление изученного материала

Учитель: предлагаю решить задачи, посвященные нашей теме (фронтально)

1. В старину подлинность золотых монет проверяли, пробуя на зуб. Как можно отличить золотую монету от фальшивой, содержащей больше меди?

2. Самый электропроводный металл – серебро. Почему же провода медные?

3. Как изменится электропроводность металла при повышении температуры – возрастет или снизится? Объясните.

VI. Рефлексия

Учитель:

Как вы считаете, наша работа была результативной?

Мы установили зависимость между типом связи, строением и физическими свойствами металлов?

Что будет предметом изучения на следующем уроке?

Итоги урока. Домашнее задание

Работать с тематической картой урока; прочитать текст § 36, ответить на вопросы 8 – 9 , с. 112

Приложение 1

Тема ________________________________________________________________

После урока вы сможете:

-назвать тип ____________________

—

объяснить, как она
______________
-объяснить, чем обусловлены _______________________

Текст Химическая связь в металлах

В простых веществах металлах атомы вследствие низкой электроотрицательности теряют свои внешние электроны и превращаются в катионы Меn+. Став свободными, электроны беспорядочно движутся в куске металла между катионами, образуя так называемый электронный газ.

Таким образом, в металлах содержатся два вида частиц: ____________ металлов

и
свободные
_____________.

Металлы имеют кристаллическое строение. Катионы металлов находятся на определенных расстояниях друг от друга, образуя кристаллическую решетку. В металлах существует металлическая решетка

, в узлах которой находятся катионы металлов Меn+, а между ними движутся свободные электроны.

Катионы металлов и свободные электроны взаимодействуют, между ними возникает электростатическое ________________, которое приводит к возникновению особого типа связи – металлической

.

Металлическая связь

– это химическая связь в металлах и сплавах металлов, обусловленная электростатическим притяжением катионов металла и свободно движущихся электронов.

Задание (6 группа )

1) Внимательно читайте текст, вписывая пропущенные слова. Подчеркните новые понятия (термины)

2) Резюмируйте прочитанное, заполните пропуски в тексте:

Металлическая связь возникает только в простых веществах металлах и сплавах металлов. Это объясняется особенностями атомов металлов, которые имеют _____________ радиус атома и, как следствие, _______________ электрооотрицательность. Атомы металлов легко теряют внешние __________. Образовавшиеся ____________ металлов и свободные _____________ осуществляют ________________ связь

Инструктивная карточка

Лабораторная работа

Изучение физических свойств металлов

Цель: в ходе опытов изучить проявление физических свойств металлов

Оборудование: медная, алюминиевая фольга, стальная и алюминиевая проволоки, молоточек, стакан с горячей водой, текстовый маркер

Ход работы

2. Изучение пластичности металлов

(3, 4 группы)

Рассмотрите выданный вам образец металла (медная фольга), попробуйте воздействовать на него механически: согнуть, нанести удар молоточком. Текстовым маркером выделите в таблице наблюдаемые результаты:

Запишите вывод, вставляя пропущенные слова

Вывод:

металлы обладают
пластичностью
: при механических воздействиях не __________________, а легко меняют _____________.

Объяснение

: при механических воздействиях катионы металла и электроны смещаются в разных направлениях, но тесного сближения катионов, которое могло привести к резкому их отталкиванию и разрыву связей, распаду образца металла на куски, не происходит. Этому препятствуют свободные электроны, играющие роль «клея» в куске металла.

Домашнее задание:

Работать с тематической картой урока; прочитать текст § 36, ответить на вопросы 8 – 9 , с. 112

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

• хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
• отсутствие блеска;
• непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Красные ячейки – неметаллы, синие – металлы

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Красные ячейки – полуметаллы

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Физические

Все металлы обладают физическими и механическими свойствами. К физическим свойствам относятся:

• плотность – содержание вещества в единице объёма;
• температура плавления – значение, при котором металл переходит из твёрдого состояния в жидкое;
• электропроводность – способность проводить электрический ток;
• теплопроводность – способность передавать тепло;
• удельная теплоёмкость – количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г металла на 1°С;
• тепловое расширение – увеличение объёма при нагревании;
• магнитные свойства – способность намагничиваться и притягивать другие металлы (свойством обладают железо, кобальт, никель, гадолиний).

В соответствии с температурой плавления все металлы делятся на два типа:

• легкоплавкие – приобретают жидкую форму при температуре в пределах 1000°С (цезий, галлий, ртуть);
• тугоплавкие – плавятся при температуре выше 1000°С (вольфрам, хром, ванадий).

К механическим свойствам относятся:

• пластичность;
• твёрдость;
• упругость;
• прочность.

Механические свойства металлов важны при создании сплавов – смесей металла и неметалла. Получившийся сплав проверяют на работоспособность и подвергают испытаниям – растяжению, ударам и т.д.

Сплавы, в состав которых входит железо, называются чёрными металлами. К цветным металлам относятся сплавы остальных металлов.

Рис. 3. Чёрные и цветные металлы.

Химические свойства металлов

Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.

Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.

• С неметаллами

4 Li + O2→ 2 LiO2

3 Mg + N2 → Mg3N2

Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N2O2).

• С оксидами металлов

2 Ca + MnO2 → 2 CaO + Mn(нагревание)

• С кислотами

Mg + H2SO4(разб)→MgSO4 + H2

Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.

• С растворами солей

Fe + CuSO4→ Cu + FeSO4

Cu + 2 AgNO3→ 2 Ag + Cu(NO3)2

Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.

• Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)

2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2

Ca + 2 H2O →Ca(OH)2 + H2

Что мы узнали?

Из урока 8 класса химии узнали об общих свойствах металлов. Металлические свойства увеличиваются справа налево и сверху вниз в периодической таблице. Проследить активность металлов можно по ряду напряжений. Слева от водорода находятся наиболее активные металлы, реагирующие с неметаллами, галогенами и сложными веществами. Справа расположены малоактивные благородные металлы, не реагирующие с простыми и сложными веществами. Все металлы обладают электро- и теплопроводностью, пластичностью, твёрдостью, высокой плотностью.

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF2.

Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.

• С металлами

3 F + 2 Al → 2 AlF3 (нагревание)

S + Fe →FeS (нагревание)

• С другими неметаллами

2 F2 + C → CF2 (нагревание)

S + O2→ SO2(нагревание)

• Со сложными веществами

4 F2 + CH4→CH3F + HF

3 O2 + 4 NH3→ 2 N2 + 6 H2O

Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.

2 C + MnO2 → Mn + 2 CO

4 H2 + Fe3O2 → 3 Fe + 4 H2O

Чем отличаются полупроводники от металлов

Полупроводниками называются неметаллы, которые имеют некоторые металлические свойства. Металлы и полупроводники имеют схожесть в том, что и те, и другие способны проводить ток.

Но полупроводники имеют отличительную особенность, которая заключается в том, что их электропроводность может возрастать в несколько раз в зависимости от внешних факторов. Таким образом, полупроводник проводит ток лучше при повышении температуры. У металлов электропроводность с повышением температуры уменьшается. Также на электропроводность может повлиять наличие посторонних примесей. Так, в металлах примеси понижают электропроводность, а в полупроводниках повышают.

Полупроводники в отличие от металлов могут обладать позитивной и негативной электропроводимостью. Сами по себе полупроводники по способности пропускать сквозь себя ток стоят между металлом и элементами, которые не проводят ток совсем.

Коррозия металла

Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.

• На благородных металлах не образуется коррозия.
• На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.

Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.

3 Fe + 2 O2 → Fe3O4

2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.

Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.

Анод: Fe2+ — 2e → Fe0

Катод: 2H+ + 2e → H2

Способы защиты от коррозии

В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.

• Защитные покрытия

Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:

• покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
• краски, лаки, смазки.
• Создание специальных сплавов

Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.

Чем металлы отличаются друг от друга

Многие не знают, чем металлы отличаются от металлов. Их различия можно классифицировать:

• Металлы между собой отличаются по цвету, как, например, золото и медь.
• Также металлы плавятся при разных температурах. Некоторые металлы, например, олово и свинец, можно расплавить в домашних условиях, а вот для остальных нужна более высокая температура.
• Между собой металлы делятся на две группы: тяжелые и легкие. К тяжелым металлам относятся те, чья плотность составляет от 5 г/см3, легкие металлы имеют плотность меньше 5 г/см3. К легким металлам относится литий, который имеет плотность 0.2 г/см3, место самого тяжелого металла делят между собой осмий и иридий. Их плотность составляет 22.6 г/см3.
• Металлы отличаются друг от друга пластичностью и электропроводность. Некоторые из них очень пластичны. К примеру, из всего лишь 1 грамма золота можно сделать тонкую проволоку в 3.5 километра. Она будет гибкой и не сломается. Повторить такое с менее пластичным металлом не получится.
• Также часть металлов проводит ток лучше, чем другие. Самыми электропроводными металлами признаны медь, серебро и алюминий. Их наиболее часто применяют в качестве проводящих элементов.

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор. Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Сравнение с неметаллами

Металлы существенно отличаются от неметаллов физическими и химическими свойствами. Сравнительная характеристика металлов и неметаллов представлена в таблице.

Несмотря на то, что графит – модификация углерода, он имеет металлический блеск и обладает электропроводностью. Йод также напоминает металл характерным блеском.

Рис. 2. Графит.