Общая характеристика металлов. Особенности строения металлов. Физические свойства металлов. Сплавы Физические свойства металлов химия 9

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.

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

Тема урока. « Физические свойства металлов» 9 класс

Учитель химии Иванова Вера Александровна

Цели : сформировать у учащихся представление об особенностях строения атомов металлов, их общих физических свойств и зависимости свойств от типа кристаллической решетки

Задачи:

Образовательные : обобщить сведения о металлической химической связи, и кристаллической решетки металлов,

сформировать представления о характере физических свойств

Развивающие: способность к формированию анализировать, работать с таблицами, текстом,наблюдать, делать выводы

Воспитательные : активизировать познавательную деятельность учащихся, самостоятельность, инициативу

Оборудование : коллекция образцов металлов, таблицы, содержащие материалы по физическим свойствам металлов, карточки с заданиями, периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Формы работы: индивидуальная, парная работа

Тип урока : изучение нового материала

Девиз урока « Прежде всего и как можно внимательнее изучайте химию! Это удивительная наука! Её пронизывающий смелый взгляд проникает в темень земной коры» М. Горький.

Ход урока:

1. Организационный момент

Без каких веществ немыслима современная цивилизация?

Действительно, металлы играют важную роль в жизни человека.

Слово металл в переводе означает шахта, рудник. В земной коре находятся большие запасы металлических и полиметаллических руд, которые используют для получения металлов.

2. Актуализация знаний

Прежде, чем перейти к изучению нового материала, выясним, что мы уже знаем о металлах.

1. Где расположены металлы в периодической системе элементов

2. Как изменяется радиус атомов металлов в группах, в периодах

3. Как изменяются металлические свойства в группах, периодах

4. Каковы особенности строения металлов?

3. Объяснение нового материала

Учитель.

О природе металлической химической связи рассматривалось ранее в курсе 8 класса.

Какова природа металлической связи?

Каковы особенности кристаллической металлической решетки?

Составить схему металлической кристаллической решетки на доске.

В узлах кристаллической решетки расположены как нейтральные атомы так и катионы металлов, связанные посредством обобществленных электронов (их также называют электронным газом), принадлежащих всему кристаллу. Эти электроны свободно перемещаются по всему и притягивают катионы металлов, которые находятся в узлах кристаллической решетки, обеспечивая ее устойчивость.

Таким образом, металлическая связь – это связь, которая возникает в кристаллах в результате электростатического взаимодействия положительно заряженных ионов металла отрицательно заряженных свободных электронов. Металлическая связь характерна для металлов и их сплавов.

Что мы понимаем под физическими свойствами вещества?

Чем обусловлены физические свойства?

Важнейшие физические свойства металлов, обусловлены природой металлической связи, строением кристаллической решетки..

Рассмотрим коллекцию образцов металлов. Работа учащихся с образцами металлов.

1. Установите цвет, прозрачность

2. Как выражена способность отражать свет?

3. Как реагируют образцы металлов на действие магнита?

4. Какие физические свойства характерны для металлов?

Назовите общие физические свойства металлов.

Учащиеся отмечают: металлический блеск, твердость, пластичность, электро- и теплопроводность.

Учащиеся изучают таблицу физических свойств металлов, затем, используя данные таблицы отвечают на вопросы и записывают в тетради

Физические свойства металлов

Металл	Хим. символ	Плотн. г/(см 3 )	t плав. °С	Твердость по Моосу
Алюминий		2,70
Вольфрам		19,30	3400
Железо		7,87	1540
Золото		19,30	1063
Медь		8,92	1083
Магний
Ртуть		13,50
Свинец		11,34
Серебро		10,49	960,5
Титан		4,52	1670
Хром		7,19	1900
Цинк		7,14	419,5

Учащиеся записывают физические свойства в тетрадь, приводят примеры.

Плотность. По плотности металлы делятся на две группы:

легкие , плотность не более 5 г/см 3 –

тяжелые , плотность более 5 г/см 3 –

Самый легкий – литий, плотность 0,53 г/см 3 , самый тяжелый – осмий, плотность 22,6 г/см 3

Температура. Металлы в зависимости от температуры плавления подразделяют:

легкоплавкие , температура плавления не выше 1000 °С -

тугоплавкие , температура плавления выше 1000 °С -

Самый легкоплавкий металл - ртуть t = -39 °С , самый тугоплавкий – вольфрам

t = 3340 °С

Твердость. Твердость металлов сравнивают с твердостью алмаза и делят на группы:

мягкие –

твердые –

самый твердый металл – хром, царапает стекло, самые мягкие – щелочные металлы, которые режутся ножом

Электропроводность. Электрическая проводимость объясняется присутствием свободных электронов, под действием приложенного электрического напряжения, хаотично движущиеся электроны, в металле приобретают направленное движение, возникает электрический ток.

Высокую электропроводность имеют – серебро, медь, золото, алюминий.

Низкую электропроводность имеют – ртуть, свинец, вольфрам

Теплопроводность . Показатель теплопроводности металлов, как правило, совпадает с показателем электропроводности.

Металлический блеск . Металлы способны отражать световые волны, магний и алюминий способны сохранять металлический блеск даже в порошке.

Цвет – большинство металлов имеет серебристый цвет, исключение золото- желтый, медь – красно-желтый.

Пластичность. Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe уменьшается.

Магнитные свойства. Магнитные свойства определяются способностью металлов притягиваются к внешнему магнитному полю и сохранять способность намагничиваться. Наиболее сильными магнитными свойствами обладают: железо, никель, кобальт. Эти металлы называются ферромагнитными (от латинского слова феррум - железо).

4.Закрепление знаний

Учащиеся получают карточки с заданиями и отвечают на поставленные вопросы.

Карточки заданий.

Инструкция к тесту: выбрать один правильный ответ

Вариант 1

ответы

1. Выбрать группу элементов, которая содержит только металлы

A) Cu K Mg C

B) Ba Zn Pb Li

Б) Na Mn Br Fe

2,Указать общее в строении Li и K

А) 1 электрон на последнем электронном уровне

Б) одинаковое число электронных уровней

В) 2 электрона на последнем электронном уровне

3.Для металлов 1А группы не характерно

А) степень окисления в соединениях -1

Б) степень окисления в соединениях +1

В) общая формула высшего оксида R 2 O

4.Металлические свойства у кальция проявляются, слабее чем

A) калий

Б) литий

В) железо

5. К активным металлам относятся

А) Cu Ag Ca Fe

Б) Mg K Ba Ca

B) Pb Li Zn Sn

6.К малоактивным металлам относят

А) Hg Ag Cu

Б) Ca Sr Ba

В) Cs Mg K

5.Подведение итогов урока

Учитель:

Что нового узнали о физических свойствах металлов?

Как можно объяснить наличие общих физических свойств у такого большого числа простых веществ?

6.Домашнее задание

Подготовить сообщения о роли металлов в нашей жизни.

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.