Простые вещества металлы химия. Повторение предыдущего урока

Наиболее характерными являются следующие физические свойства металлов:

твердость,
металлический блеск,
ковкость,
пластичность,
хорошая проводимость электричества и тепла.

Для всех видов металлов характерна кристаллическая металлическая решетка. В ее узлах располагаются положительно заряженные ионы, между которыми свободно перемещаются электроны. Наличие электронов и объясняет высокую теплопроводность и электропроводность, а также возможность поддаваться механической обработке. Стоит рассмотреть более подробно общие физические свойства металлов.

Основные физические свойства металлов

Температура плавления чистых металлов находится в диапазоне от -39 до 3410°C. У большинства металлов температура плавления очень высока, исключения составляют щелочные металлы. Однако существуют и такие виды металлов, которые можно легко расплавить на обычной газовой плите. К таким металлам относятся, например, свинец или олово. В зависимости от плотности, все металлы делятся на тяжёлые (5/22,5 г/см 3) и лёгкие (0,53/5 г/см 3). Самый легкий из таких металлов - литий (0.53 г/см 3). Практически все металлы обладают хорошей пластичностью. Происходит это из-за смещения слоёв атомов без разрыва между ними связи. Самые пластичные металлы - золото, серебро и медь. Пластичность также зависит и от чистоты металла. Очень чистым металлом считается хром, однако даже при небольшом загрязнении он становится более твердым и хрупким. Характеристика физических свойств металлов включает в себя и такое понятие, как теплопроводность. Она напрямую зависит от подвижности свободных электронов. Так, самым лучшим проводником электричества и тепла является серебро, следом за ним идет натрий. Он находит большое применение в клапанах автомобильных двигателей.

Физические свойства щелочных металлов

К этому виду металлов относятся:

натрий,
литий,
калий,
рубидий,
цезий.

Все эти металлы очень пластичные и мягкие. Наибольшую твердость имеет литий, что касается остальных металлов, то они легко режутся ножом и даже могут быть раскатаны в фольгу. Все щелочные металлы в кристаллическом состоянии имеют объемоцентрированную кристаллическую решетку, обладающую металлическим типом химической связи. Это обуславливает высокую электро- и теплопроводность данного вида металлов. Щелочные металлы имеют крайне небольшую плотность. Так самый легкий из них – литий. Его плотность составляет 0,53 г/см 3 . Эти металлы обладают достаточно низкими температурами кипения и плавления. С увеличением порядкового номера металла, его температура плавления понижается. Все щелочные металлы крайне активны. По этой причине хранить их следует в запаянных ампулах, под слоем керосина или вазелинового масла. Все это физические свойства металлов. Химия также играет немаловажную роль в металловедение.

Химические свойства металлов

В химическом отношении металлы характеризуются легкостью отдачи валентных электронов, а также способностью образовывать положительно заряженные ионы. Таким образом, все металлы являются восстановителями в свободном состоянии. Их восстановительная способность неодинакова. Она определяется за счет положения в электрохимическом ряду напряжения металлов. Все металлы размещаются в порядке убывания относительно их восстановительных свойств, а также усиления окислительных свойств ионов. Такой ряд характеризует химическую активность металла исключительно в окислительно-восстановительных реакциях, которые протекают в водной среде. Так, характерными химическими свойствами для металлов являются их восстановление и взаимодействие с водой.

Восстановление неметаллов

Различные реакции с кислородом воздуха и галогенами протекают при разных скоростях и при различных температурах. Например, щелочные металлы легче всего окисляются кислородом воздуха, а также взаимодействуют с простыми веществами. Что касается меди и железа, то они взаимодействуют с простыми веществами при нагревании, а платиновые металлы и золото вообще не окисляются. Многие металлы могут образовывать на поверхности оксидную пленку, она защищает их от последующего окисления:
2К + Сl 2 = 2КСl 2Мg + О 2 = 2МgО

Взаимодействие с водой

С водой способны взаимодействовать щелочные металлы. Данный процесс происходит при обычных условиях с выделением водорода и образованием гидроксидов:
2Аl + 6Н 2 O = 2Аl(ОН) 3 + ЗН 2 2Nа + 2Н 2 О = 2NаОН + Н 2

Первый материал, который научились использовать люди для своих нужд - это камень. Однако позже, когда человеку стало известно о свойствах металлов, камень отошел далеко назад. Именно эти вещества и их сплавы стали самым важным и главным материалом в руках людей. Из них изготавливались предметы быта, орудия труда, строились помещения. Поэтому в данной статье мы рассмотрим, что же собой представляют металлы, общая характеристика, свойства и применение которых так актуально по сей день. Ведь буквально сразу за каменным веком последовала целая плеяда металлических: медный, бронзовый и железный.

Металлы: общая характеристика

Что же объединяет всех представителей этих простых веществ? Конечно, это строение их кристаллической решетки, типы химических связей и особенности электронного строения атома. Ведь отсюда и характерные физические свойства, которые лежат в основе использования этих материалов человеком.

В первую очередь, рассмотрим металлы как химические элементы периодической системы. В ней они располагаются достаточно вольготно, занимая 95 ячеек из известных на сегодняшний день 115. Есть несколько особенностей их расположения в общей системе:

Образуют главные подгруппы I и II групп, а так же III, начиная с алюминия.
Все побочные подгруппы состоят только из металлов.
Они располагаются ниже условной диагонали от бора до астата.

Опираясь на такие данные, легко проследить, что неметаллы собраны в верхней правой части системы, а все остальное пространство принадлежит рассматриваемым нами элементам.

Все они имеют несколько особенностей электронного строения атома:

Общая характеристика металлов и неметаллов позволяет выявить закономерности в их строении. Так, кристаллическая решетка первых - металлическая, особенная. В узлах ее находятся сразу несколько типов частиц:

ионы;
атомы;
электроны.

Внутри скапливается общее облако, называемое электронным газом, которое и объясняет все физические свойства этих веществ. Тип химической связи в металлах одноименный с ними.

Физические свойства

Существует ряд параметров, которые объединяют все металлы. Общая характеристика их по физическим свойствам выглядит так.

Перечисленные параметры - это и есть общая характеристика металлов, то есть все то, что их объединяет в одно большое семейство. Однако следует понимать, что из всякого правила есть исключения. Тем более что элементов подобного рода слишком много. Поэтому внутри самого семейства также есть свои подразделения на различные группы, которые мы рассмотрим ниже и для которых укажем характерные особенности.

Химические свойства

С точки зрения науки химии, все металлы - это восстановители. Причем, очень сильные. Чем меньше электронов на внешнем уровне и чем больше атомный радиус, тем сильнее металл по указанному параметру.

В результате этого металлы способны реагировать с:

Это лишь общий обзор химических свойств. Ведь для каждой группы элементов они сугубо индивидуальны.

Щелочноземельные металлы

Общая характеристика щелочноземельных металлов следующая:

Таким образом, щелочноземельные металлы - это распространенные элементы s-семейства, проявляющие высокую химическую активность и являющиеся сильными восстановителями и важными участниками биологических процессов в организме.

Щелочные металлы

Общая характеристика начинается с их названия. Его они получили за способность растворяться в воде, формируя щелочи - едкие гидроксиды. Реакции с водой очень бурные, иногда с воспламенением. В свободном виде в природе данные вещества не встречаются, так как их химическая активность слишком высока. Они реагируют с воздухом, парами воды, неметаллами, кислотами, оксидами и солями, то есть практически со всем.

Это объясняется их электронным строением. На внешнем уровне всего один электрон, который они легко отдают. Это самые сильные восстановители, именно поэтому для их получения в чистом виде понадобилось достаточно долгое время. Впервые это было сделано Гемфри Дэви уже в XVIII веке путем электролиза гидроксида натрия. Сейчас всех представителей этой группы добывают именно таким методом.

Общая характеристика щелочных металлов заключается еще и в том, что они составляют первую группу главную подгруппу периодической системы. Все они - важные элементы, образующие много ценных природных соединений, используемых человеком.

Общая характеристика металлов d- и f-семейств

К этой группе элементов относятся все те, степень окисления которых может варьироваться. Это значит, что в зависимости от условий, металл может выступать в роли и окислителя, и восстановителя. У таких элементов велика способность вступать в реакции. Среди них большое количество амфотерных веществ.

Общее название всех этих атомов - переходные элементы. Они получили его за то, что по проявляемым свойствам действительно стоят как бы посередине, между типичными металлами s-семейства и неметаллами р-семейства.

Общая характеристика переходных металлов подразумевает обозначение сходных их свойств. Они следующие:

большое количество электронов на внешнем уровне;
большой атомный радиус;
несколько степеней окисления (от +3 до +7);
находятся на d- или f-подуровне;
образуют 4-6 больших периодов системы.

Как простые вещества металлы данной группы очень прочные, тягучие и ковкие, поэтому имеют большое промышленное значение.

Побочные подгруппы периодической системы

Общая характеристика металлов побочных подгрупп полностью совпадает с таковой у переходных. И это неудивительно, ведь, по сути, это совершенно одно и то же. Просто побочные подгруппы системы образованы именно представителями d- и f-семейств, то есть переходными металлами. Поэтому можно сказать, что данные понятия - синонимы.

Самые активные и важные из них - первый ряд из 10 представителей от скандия до цинка. Все они имеют важное промышленное значение и часто используются человеком, особенно для выплавки.

Сплавы

Общая характеристика металлов и сплавов позволяет понять, где и как возможно использовать эти вещества. Такие соединения в последние десятки лет претерпели большие преобразования, ведь открываются и синтезируются все новые добавки для улучшения их качества.

Наиболее известными сплавами на сегодняшний день являются:

латунь;
дюраль;
чугун;
сталь;
бронза;
победит;
нихром и прочие.

Что такое сплав? Это смесь металлов, получаемая при плавке последних в специальных печных устройствах. Это делается для того, чтобы получить продукт, превосходящий по свойствам чистые вещества, его образующие.

Сравнение свойств металлов и неметаллов

Если говорить об общих свойствах, то характеристика металлов и неметаллов будет отличаться одним очень существенных пунктом: для последних нельзя выделить схожих черт, так как они очень разнятся по проявляемым свойствам как физическим, так и химическим.

Поэтому для неметаллов создать подобную характеристику нельзя. Можно лишь по отдельности рассмотреть представителей каждой группы и описать их свойства.

Из 114 химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева 92 элемента образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Ещё в глубокой древности человек обратил внимание на особые свойства металлов: их можно расплавить, а затем придать им любую форму, изготовив при этом наконечники стрел и копий, щиты и мечи, посуду и плуги... На часах человеческой истории каменный век сменился веком медным, затем - бронзовым, далее - железным...

Все металлы, кроме ртути, в обычном состоянии твёрдые вещества и имеют ряд общих свойств. Металлы - это ковкие, пластичные, тягучие вещества, которые имеют металлический блеск, тепло- и электропроводны.

Металлам в прошлые века приписывалось много чудодейственных свойств. Известные ещё в Древнем Египте семь металлов считались представителями семи планет на Земле.

Золото наши предки связывали с Солнцем, серебро - с Луной, медь - с Венерой, железо - с Марсом, олово - с Юпитером, свинец - с Сатурном, ртуть - с Меркурием (рис. 44). Совпадение числа металлов, знакомых древним, с числом планет, которые они видели на небе, казалось бы, подтверждало взаимосвязь земных металлов с небесными телами. Когда в XVI в. алхимикам стала известна металлическая сурьма, они долго отказывались признавать её металлом - ведь для сурьмы на небе не хватало планеты.

Рис. 44.
Обозначение химических элементов алхимиками

М. В. Ломоносов определял металл «как светлое тело, которое ковать можно», и относил это свойство к металлам: золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу. А. Лавуазье в «Начальном курсе химии», написанном в 1789 г., упоминал уже 17 металлов. В начале XIX в. последовало открытие платиновых металлов. К настоящему времени число известных металлов возросло до 92.

Пластичность - это важнейшее свойство металлов изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку. При этом подвижные обобществлённые электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Поэтому обработка металлов с изменением формы происходит без разрушения.

Самым пластичным из драгоценных металлов является золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной два километра.

Все металлы, как вы знаете, твёрдые при обычных условиях вещества. Исключение, как уже отмечалось, составляет ртуть, которая при обычных условиях представляет собой жидкий блестящий серебристо-белый металл.

Металлы различаются по твёрдости. Мягкие - щелочные, например, или свинец, а твёрдые - хром, титан, молибден.

Представление о температурах плавления и плотности некоторых металлов вы можете получить, если внимательно рассмотрите рисунок 45.

Рис. 45.
Температуры плавления и плотности некоторых металлов

Наличие обобществлённых электронов объясняет и такие характерные свойства металлов, как их тепло-и электропроводность. Достаточно даже небольшой разности потенциалов, и беспорядочно движущиеся электроны начинают двигаться строго упорядоченно. Лучшие проводники электрического тока - серебро, медь, золото, алюминий. В приведённом списке они расположены в порядке уменьшения электропроводности.

Свободные электроны обусловливают и такое свойство, как металлический блеск. Свет поглощается поверхностью металла, и его электроны начинают испускать свои, вторичные, волны излучения, которые мы воспринимаем как металлический блеск. Прекрасно отражают свет палладий, ртуть, серебро, медь.

Лабораторный опыт № 5
Ознакомление с коллекцией металлов

Ознакомьтесь с коллекцией металлов. Запишите химические знаки выданных вам металлов, расположите их в порядке возрастания:

плотности;
пластичности;
твёрдости;
металлического блеска;
электропроводности;
теплопроводности.

Для выполнения задания используйте приложения 1 и 2, дополнительные источники информации.

Ключевые слова и словосочетания

Физические свойства металлов: ковкость, пластичность, тягучесть, твёрдость, температура кипения, металлический блеск, электро- и теплопроводность.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

Какое из веществ, названных в приведённом ниже стихотворении, не относится к металлам?
Как понимать приведённые в этом стихотворении образные выражения: «сера - их отец» и «ртуть - родная мать»?
О каком свойстве металлов говорится в начальной строке стихотворения А. С. Пушкина «Кинжал»?
О каком свойстве металлов говорится в приведённых ниже строках?
Почему авиакомпаниям запрещено перевозить аппараты и приборы, содержащие ртуть?
Пользуясь дополнительной литературой, приготовьте сообщение о появлении зеркал в жизни человека и совершенствования способов их изготовления.

Простые вещества — металлы Из 109 химических элементов ПСХЭМ 87 образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Металлы- это ковкие, пластичные, тягучие вещества, которые имеют металлический блеск, тепло- и электропроводны. Имеют на внешнем уровне от 1 до 3 электронов.

Физические свойства металлов: Пластичность — это важнейшее свойство металлов изменять форму при ударе, прокатываться в тонкие листы и вытягиваться в проволоку. Пластичные металлы: золото (Au), серебро (Ag), медь (Cu). Хрупкие металлы: висмут (Bi).

Знаете ли Вы? . . . что золото самый пластичный металл. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длинной два километра! Чистое золото мнётся почти как пластилин! Au

Физические свойства металлов: Твердость. Мягкие металлы — натрий (Na), калий (K), индий (In), алюминий (Al), олово (Sn), свинец (Pb). Твердые металлы — хром (Cr), титан (Ti), молибден (Mo).

Знаете ли Вы? . . . что калий самый мягкий металл. Он настолько мягкий, что его можно отрезать ножом! K

Знаете ли Вы? . . . что хром самый твердый металл. Им можно поцарапать даже стекло! Cr

Физические свойства металлов: Температура плавления металлов колеблется от -39 °C (у ртути) до 3380 °C (у вольфрама) Так, например, температуры плавления: 1) железа 1539 °C 2) алюминий 660 °C 3) хрома 1857 °C 4) титана 1660± 20 °

Знаете ли Вы? . . . что вольфрам самый тугоплавкий металл! Его температура плавления составляет 3380 °CW

Знаете ли Вы? . . . что ртуть единственный жидкий металл при нормальных условиях (н. у). Он становится твердым только при -39 °C Hg

Знаете ли Вы? . . . что галлий очень легкоплавкий металл. Температура плавления галлия немного ниже температуры человеческого организма, всего 28, 5 °C, поэтому его можно расплавить зажав в кулак! Ga

Физические свойства металлов: Плотность металлов колеблется от 0, 534 г/см³(у лития) до 22, 587 г/см³ (у осмия) Так, например, плотность у: 1) железа 7, 9 г/см³ 2) алюминий 2, 7 г/см³ 3) хрома 7, 2 г/см³ 4) титана 4, 54 г/см³

Знаете ли Вы? . . . что осмий самый тяжелый металл. Его плотность составляет всего 22, 587 г/см³. Один кубический сантиметр осмия весит почти 23 грамма! Os

Знаете ли Вы? . . . что литий самый легкий металл. Его плотность составляет всего 0, 534 г/см³. Литий плавает на поверхности воды! Li

Физические свойства металлов: Тепло- и электропроводность. Все металлы хорошо проводят тепло и электрический ток. Лучшими проводниками являются серебро, медь, золото, алюминий.

Знаете ли Вы? . . . что серебро самый электропроводный металл. Если пропускать электрический ток через серебряные провода, то сопротивление будет практически равно нулю! Ag

Посчитайте массовую долю металла в следующих соединениях: оксид свинца (Pb. O); калийная cелитра (KNO 3); медный купорос (Cu. SO 4).

Какие химические элементы являются металлами и какие являются неметаллами?

МЕТАЛЛЫ это вещества, обладающие высокой электропроводностью и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском. Эти характерные свойства металла обусловлены наличием свободно перемещающихся электронов в его кристаллической решетке. Из известных в настоящее время 107 химических элементов 85 относятся к металлам.
Деление всех химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева на металлы и неметаллы является условным. Если в периодической таблице провести диагональ через бор и астат, то в главных подгруппах, расположенных справа от диагонали, будут неметаллы, а в главных подгруппах слева от диагонали, побочных подгруппах и в восьмой группе (кроме инертных газов) металлы. Причем элементы рядом с разделительной линией являются так называемыми металлоидами, т. е. веществами с промежуточными свойствами (металлов и неметаллов) . К ним относятся: бор В, кремний Si, германий Gе, мышьяк Аs, сурьма Sb, теллур Те, полоний Ро.

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.
Неметаллы - Это химические элементы, которые образуют в свободном виде простые вещества, не обладающие физическими свойствами металлов.

Из известных химических элементов только 22 являются неметаллами. Если провести условную диагональ в переодической системе от берилия к астату, неметаллы окажутся над ней т. е. они находятся в правом верхнем углу.

Атомы неметаллов (по сравнению с атомами металлов) содержат большее число электронов на внешнем энергетическом уровне, по этому простые вещества - неметаллы обладают, как правило, окислительно - восстановительной деятельностью (кроме фтора и кислорода, которые являются окислителями)

Неметаллы различны по своему агрегатному состоянию. Многие из них газы (кислород, азот, гелий, водород, неон, ксенон, криптон и т. д.). Твердые вещества (фосфор, фтор, йод, бор и т. д.). Бром является жидкостью.

Для неметаллов характерно явление аллотропии. многие из них существуют в виде аллотропных видоизменений, например - фосфор, углерод, кислород, сера и т. д.

Неметаллы имеют различные типы кристаллической решетки - атомную (бор, кремний, углерод в виде алмаза) и молекулярную (йод, белый фосфор, сера кристаллическая)

Физические свойства неметаллов зависят от типа решетки. Вещества с молекулярной решеткой - летучие, легкоплавкие, непрочные, с незначительной растворимостью в воде.
проще говоря, металлы, это те элементы, которые на внешнем электронном уровне имеют 1-3 электрона, т. е. при взаимодействии с другими элементами, они легко отдают эти электроны. Это 1, 2, 3 группа (гл. подг) перидической системы
А неметаллы, это те элементы, которые имеют почти завершенный электронный уровень, которым не хватает до завершения 1-3 электрона. Это 5,6,7 группа
Кароче, там есть такая таблица металлов (такая полосочка, начинаеться Литем (кажись) а заканчиваеться чем-то тяжлым) .
Основным признаком что эллемент - металл, являеться слабая связь электронов последнего уровня с ядром, они (металлы) могут эти электроны отдавать.
С этим связна причина их электропроводности.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства