Opće karakteristike metala. Osobine strukture metala. Fizička svojstva metala. Legure Fizička svojstva metala hemija 9

Gustina. Ovo je jedna od najvažnijih karakteristika metala i legura. Po gustini metali se dijele u sljedeće grupe:

pluća(gustina ne veća od 5 g / cm 3) - magnezijum, aluminijum, titan, itd.:

težak- (gustina od 5 do 10 g / cm 3) - željezo, nikl, bakar, cink, kalaj, itd. (ovo je najopsežnija grupa);

jako tesko(gustina veća od 10 g / cm 3) - molibden, volfram, zlato, olovo itd.

U tabeli 2 prikazane su vrijednosti gustine metala. (Ova i sljedeće tablice karakteriziraju svojstva onih metala koji čine osnovu legura za umjetničko lijevanje).

Tabela 2. Gustina metala.

Temperatura topljenja. Ovisno o temperaturi topljenja, metal se dijeli u sljedeće grupe:

topljivi(tačka topljenja ne prelazi 600 o C) - cink, kalaj, olovo, bizmut itd.;

srednje topljenje(od 600 o C do 1600 o C) - ovo uključuje skoro polovinu metala, uključujući magnezijum, aluminijum, gvožđe, nikl, bakar, zlato;

vatrostalna(više od 1600 o C) - volfram, molibden, titan, hrom, itd.

Merkur je tečnost.

U proizvodnji umjetničkih odljevaka, temperatura topljenja metala ili legure određuje izbor jedinice za topljenje i vatrostalnog materijala za kalupljenje. Kada se aditivi unesu u metal, temperatura topljenja se u pravilu smanjuje.

Tabela 3. Tačke topljenja i ključanja metala.

Specifična toplota. Ovo je količina energije potrebna da se temperatura jedinice mase podigne za jedan stepen. Specifični toplotni kapacitet opada sa povećanjem serijskog broja elementa u periodnom sistemu. Ovisnost specifične topline elementa u čvrstom stanju od atomske mase približno je opisana Dulongovim i Petitovim zakonom:

m a c m = 6.

gdje, m a- atomska masa; cm- specifični toplotni kapacitet (J / kg * o C).

U tabeli 4 prikazane su vrijednosti specifičnog toplotnog kapaciteta nekih metala.

Tabela 4. Specifični toplotni kapacitet metala.

Latentna toplota fuzije metala. Ova karakteristika (tablica 5), zajedno sa specifičnom toplotom metala, u velikoj meri određuje potrebnu snagu topionice. Za topljenje metala niskog taljenja ponekad je potrebno više toplinske energije nego za vatrostalni. Na primjer, zagrijavanje bakra od 20 do 1133 o C zahtijevat će jedan i pol puta manje toplinske energije nego zagrijavanje iste količine aluminija od 20 do 710 o C.

Tabela 5. Latentna toplota metala

Toplotni kapacitet. Toplotni kapacitet karakterizira prijenos toplinske energije s jednog dijela tijela na drugi, odnosno molekularni prijenos topline u kontinuiranom mediju, zbog prisustva temperaturnog gradijenta. (tabela 6)

Tabela 6. Koeficijent toplotne provodljivosti metala na 20 o C

Kvalitet umjetničkog livenja usko je povezan s toplinskom provodljivošću metala. U procesu topljenja važno je ne samo osigurati dovoljno visoku temperaturu metala, već i postići ujednačenu raspodjelu temperature u cijelom volumenu tečne kupke. Što je veća toplotna provodljivost, to je ravnomernije raspoređena temperatura. Pri topljenju električnog luka, uprkos visokoj toplotnoj provodljivosti većine metala, pad temperature preko poprečnog preseka kupke dostiže 70-80 o C, a za metal niske toplotne provodljivosti ova razlika može dostići 200 o C ili više.

Pri indukcijskom topljenju stvaraju se povoljni uslovi za izjednačavanje temperature.

Koeficijent toplinske ekspanzije. Ova vrijednost, koja karakterizira promjenu dimenzija uzorka dužine 1 m kada se zagrije za 1 o C, važna je u radu emajla (tabela 7)

Koeficijenti toplinskog širenja metalne podloge i emajla trebaju biti što je moguće bliži kako emajl ne popuca nakon pečenja. Većina emajla, koji su tvrdi silicijum oksidi i drugi elementi, imaju nizak koeficijent termičkog širenja. Kao što je praksa pokazala, emajli vrlo dobro prianjaju na željezo, zlato, manje čvrsto - na bakar i srebro. Može se pretpostaviti da je titanijum vrlo pogodan materijal za emajliranje.

Tabela 7. Koeficijent toplinskog širenja metala.

refleksivnost. To je sposobnost metala da reflektuje svjetlosne valove određene dužine, što ljudsko oko percipira kao boju (tabela 8). Boje metala prikazane su u tabeli 9.

Tabela 8 Korespondencija između boje i talasne dužine.

Tabela 9. Boje metala.

Čisti metali se praktički ne koriste u umjetnosti i zanatima. Za proizvodnju različitih proizvoda koriste se legure čije se karakteristike boje značajno razlikuju od boje osnovnog metala.

Dugo se skupilo ogromno iskustvo u korištenju različitih legura za lijevanje za izradu nakita, predmeta za kućanstvo, skulptura i mnogih drugih vrsta umjetničkog odljeva. Međutim, odnos između strukture legure i njene refleksivnosti još nije otkriven.

1. Kakvi su metali u periodnom sistemu D. I. Mendeljejeva? Koja je razlika između strukture atoma metala i strukture atoma nemetala?
Metali se pretežno nalaze na lijevoj i donjoj strani periodnog sistema, tj. uglavnom u grupama I-III. A na vanjskom energetskom nivou, metali obično imaju od jednog do tri elektrona (iako su mogući izuzeci: antimon i bizmut imaju 5 elektrona, polonij ima 6).

2. Kako se kristalne rešetke metala razlikuju po strukturi i svojstvima od jonskih i atomskih kristalnih rešetki?
U čvorovima metalne kristalne rešetke nalaze se pozitivno nabijeni ioni i atomi, između kojih se kreću elektroni, au molekularnoj i atomskoj kristalnoj rešetki molekuli i atomi smješteni su u čvorovima.

3. Koja su opšta fizička svojstva metala? Objasnite ova svojstva na osnovu ideja o metalnoj vezi.

4. Zašto su neki metali duktilni (npr. bakar), dok su drugi krti (npr. antimon)?
Antimon ima 5 elektrona na vanjskom energetskom nivou, bakar ima 1. Povećanjem broja elektrona osigurava se čvrstoća pojedinih slojeva jona, sprječavajući njihovo slobodno klizanje, smanjujući plastičnost.

5. Kada se "otopi" u hlorovodoničkoj kiselini, 12,9 g legure koja se sastoji od bakra i cinka dobilo je 2,24 litara vodonika (n.o.). Izračunajte masene udjele (u procentima) cinka i bakra u ovoj leguri.

6. Legura bakra i aluminijuma tretirana je sa 60 g hlorovodonične kiseline (maseni udio HCl - 10%). Izračunajte masu i zapreminu oslobođenog gasa (n.o.s.).

TESTOVI

1. Najupečatljivija metalna svojstva pokazuje jednostavna supstanca čiji atomi imaju strukturu elektronske ljuske
1) 2e, 1e

2. Najupečatljivija metalna svojstva pokazuje jednostavna supstanca čiji atomi imaju strukturu elektronske ljuske
4) 2e, 8e, 18e, 8e, 2e

3. Čvrsta supstanca sa kristalnom rešetkom dobro provodi struju
3) metal

Tema lekcije. "Fizička svojstva metala" 9. razred

Nastavnica hemije Ivanova Vera Aleksandrovna

Ciljevi : formirati razumijevanje kod učenika o strukturnim karakteristikama atoma metala, njihovim općim fizičkim svojstvima i ovisnosti svojstava o vrsti kristalne rešetke

Zadaci:

Obrazovni: sumirati informacije o hemijskoj vezi metala i kristalnoj rešetki metala,

formiraju ideje o prirodi fizičkih svojstava

u razvoju: sposobnost formiranja analize, rada sa tabelama, tekstom, posmatranja, izvođenja zaključaka

Obrazovni : intenzivirati saznajnu aktivnost učenika, samostalnost, inicijativu

Oprema : zbirka uzoraka metala, tabele koje sadrže materijale o fizičkim svojstvima metala, kartice zadataka, periodični sistem hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev

Oblici rada: individualni, rad u paru

Vrsta lekcije : učenje novog gradiva

Moto lekcije “Pre svega, i što je moguće pažljivije, učite hemiju! Ovo je neverovatna nauka! Njen prodoran hrabar pogled prodire u tamu zemljine kore M. Gorki.

Tokom nastave:

1. Organizacioni momenat

Bez kojih supstanci je nezamisliva moderna civilizacija?

Zaista, metali igraju važnu ulogu u ljudskom životu.

Riječ metal u prijevodu znači moj, moj. U zemljinoj kori postoje velike rezerve metalnih i polimetalnih ruda, koje se koriste za dobijanje metala.

2. Ažuriranje znanja

Prije nego što pređemo na proučavanje novog materijala, hajde da saznamo šta već znamo o metalima.

1. Gdje se nalaze metali u periodnom sistemu elemenata

2. Kako se mijenja radijus atoma metala u grupama, u periodima

3. Kako se metalna svojstva mijenjaju u grupama, periodima

4. Koje su karakteristike strukture metala?

3. Objašnjenje novog materijala

Učitelju.

O prirodi metalne hemijske veze raspravljalo se ranije u kursu 8. razreda.

Koja je priroda metalne veze?

Koje su karakteristike kristalne metalne rešetke?

Nacrtajte dijagram metalne kristalne rešetke na ploči.

Na čvorovima kristalne rešetke nalaze se i neutralni atomi i metalni kationi, povezani pomoću socijaliziranih elektrona (oni se još nazivaju i elektronski plin) koji pripadaju cijelom kristalu. Ovi elektroni se slobodno kreću okolo i privlače metalne katione koji se nalaze na čvorovima kristalne rešetke, osiguravajući njenu stabilnost.

Dakle, metalna veza je veza koja nastaje u kristalima kao rezultat elektrostatičke interakcije pozitivno nabijenih metalnih jona s negativno nabijenim slobodnim elektronima. Metalna veza je karakteristična za metale i njihove legure.

Šta podrazumijevamo pod fizičkim svojstvima materije?

Koja su fizička svojstva?

Najvažnija fizička svojstva metala su zbog prirode metalne veze, strukture kristalne rešetke.

Razmotrite kolekciju uzoraka metala. Rad učenika sa uzorcima metala.

1. Postavite boju, prozirnost

2. Kako se izražava sposobnost reflektiranja svjetlosti?

3. Kako metalni uzorci reagiraju na djelovanje magneta?

4. Koja su fizička svojstva karakteristična za metale?

Navedite opća fizička svojstva metala.

Učenici napominju: metalni sjaj, tvrdoću, plastičnost, električnu i toplotnu provodljivost.

Učenici proučavaju tabelu fizičkih svojstava metala, zatim, koristeći podatke u tabeli, odgovaraju na pitanja i zapisuju u svesku

Fizička svojstva metala

Metal	Chem. simbol	Gustina g / (cm 3)	t topiti. °S	Tvrdoća prema Moos
Aluminijum		2,70
Tungsten		19,30	3400
Iron		7,87	1540
Zlato		19,30	1063
Bakar		8,92	1083
Magnezijum
Merkur		13,50
Olovo		11,34
Srebro		10,49	960,5
Titanijum		4,52	1670
Chromium		7,19	1900
Cink		7,14	419,5

Učenici zapisuju fizička svojstva u svesku, navode primjere.

Gustina. Prema gustini, metali se dijele u dvije grupe:

pluća , gustina ne veća od 5 g/cm 3 –

težak , gustina veća od 5 g/cm 3 –

Najlakši je litijum, gustine 0,53 g/cm 3 , najteži - osmijum, gustina 22,6 g / cm 3

Temperatura. Metali se, u zavisnosti od tačke topljenja, dele na:

topljivi , tačka topljenja ne viša od 1000°S -

vatrostalna , tačka topljenja iznad 1000°S -

Najtopljiviji metal je živa t = -39 °S , najvatrostalniji - volfram

t = 3340 °S

Tvrdoća. Tvrdoća metala se upoređuje sa tvrdoćom dijamanta i dijeli na grupe:

mekano -

čvrst -

najtvrđi metal - hrom, grebe staklo, najmekši - alkalni metali, koji se režu nožem

Električna provodljivost.Električna provodljivost se objašnjava prisustvom slobodnih elektrona, pod utjecajem primijenjenog električnog napona, nasumično pokretni elektroni u metalu dobijaju usmjereno kretanje, nastaje električna struja.

Srebro, bakar, zlato, aluminijum imaju visoku električnu provodljivost.

Imaju nisku električnu provodljivost - živa, olovo, volfram

Toplotna provodljivost. Indeks toplotne provodljivosti metala, po pravilu, poklapa se sa indeksom električne provodljivosti.

metalni sjaj. Metali su u stanju da reflektuju svetlosne talase, magnezijum i aluminijum su u stanju da zadrže metalni sjaj čak i u prahu.

Boja - većina metala je srebrnasta, sa izuzetkom zlatno-žute, bakar je crveno-žute boje.

Plastika. Plastičnost - mogućnost promjene oblika nakon udara, rastezanja u žicu, valjanja u tanke listove. U nizu Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe opada.

Magnetna svojstva.Magnetna svojstva određuju se sposobnošću metala da se privlače vanjskim magnetskim poljem i zadrže sposobnost magnetiziranja. Najjača magnetna svojstva su: gvožđe, nikl, kobalt. Ovi metali se nazivaju feromagnetni (od latinske riječi ferrum - željezo).

4. Učvršćivanje znanja

Učenici dobijaju kartice sa zadacima i odgovaraju na pitanja.

Kartice sa zadacima.

Upute za test: odaberite jedan tačan odgovor

Opcija 1

odgovori

1. Odaberite grupu elemenata koja sadrži samo metale

A) Cu K Mg C

B) Ba Zn Pb Li

B) Na Mn Br Fe

2, Navedite zajedničko u strukturi Li i K

A) 1 elektron na zadnjem elektronskom nivou

B) isti broj elektronskih nivoa

C) 2 elektrona na zadnjem elektronskom nivou

3. Za metale grupe 1A nije tipično

A) oksidaciono stanje u jedinjenjima -1

B) oksidaciono stanje u jedinjenjima +1

C) opća formula višeg oksida R 2 O

4. Ispoljavaju se metalna svojstva kalcijuma, slabija od

A) kalijum

B) litijum

B) gvožđe

5. Aktivni metali uključuju

A) Cu Ag Ca Fe

B) Mg K Ba Ca

B) Pb Li Zn Sn

6. Niskoaktivni metali uključuju

A) Hg Ag Cu

B) CaSrBa

C) Cs Mg K

5. Sumiranje lekcije

Učitelj:

Šta ste naučili o fizičkim svojstvima metala?

Kako se može objasniti postojanje zajedničkih fizičkih svojstava u tako velikom broju jednostavnih supstanci?

6. Domaći

Pripremite izvještaje o ulozi metala u našim životima.

1. Navedite najtopljiviji metal.

Najtopljiviji metal je živa. Već na sobnoj temperaturi je tečnost. Tačka topljenja -39C.

2. Koja fizička svojstva metala se koriste u mašinstvu?

U tehnologiji se koriste svojstva metala kao što su električna provodljivost, tvrdoća i termička stabilnost.

3. Fotoelektrični efekat, odnosno svojstvo metala da emituju elektrone pod dejstvom svetlosnih zraka, karakterističan je za alkalne metale, kao što je cezijum. Zašto? Gdje se koristi ova nekretnina?

Alkalni metali imaju najmanju energiju jonizacije, tj. oni lako doniraju elektron iz posljednjeg sloja. Da bi se ovaj elektron oduzeo metalu, dovoljna je čak i energija svjetlosti (foton).

Djelovanje fotoelektričnih uređaja zasniva se na fenomenu fotoelektričnog efekta koji je dobio različite primjene u različitim oblastima nauke i tehnologije - fotoćelije koje rade na bazi fotoelektričnog efekta pretvaraju energiju zračenja u električnu energiju.

4. Koja fizička svojstva volframa su u osnovi njegove upotrebe u žaruljama sa žarnom niti?

Njegova upotreba u žaruljama sa žarnom niti temelji se na netopivosti volframa. Tačka topljenja 3422C.

5. Koja svojstva metala leže u osnovi figurativnih književnih izraza: „srebrni inje“, „zlatna zora“, „olovni oblaci“?

Književni izrazi "srebrni inje", "zlatna zora", "olovni oblaci" sadrže svojstvo metala da odbijaju svjetlosne zrake, zbog čega dobijaju karakterističnu boju, metalni sjaj.