Положение металлов в периодической системе. Л.п.иванова, учитель химии новинской средней школы (астраханская обл.)
Металлы составляют большую часть химических элементов. Каждый период периодической системы (кроме 1-го) химических элементов начинается с металлов, причем с увеличением номера периода их становится все больше. Если во 2-м периоде металлов всего 2 (литий и бериллий), в 3-м - 3 (натрий, магний, алюминий), то уже в 4-м - 13, а в 7-м - 29.
Атомы металлов имеют сходство в строении внешнего электронного слоя, который образован небольшим числом электронов (в основном не больше трех).
Это утверждение можно проиллюстрировать на примерах Na, алюминия А1 и цинка Zn. Составляя схемы строения атомов, по желанию можно составлять электронные формулы и приводить примеры строения элементов больших периодов, например цинка.
В связи с тем что электроны внешнего слоя атомов металлов слабо связаны с ядром, они могут быть «отданы» другим частицам, что и происходит при химических реакциях:
Свойство атомов металлов отдавать электроны явтяется их характерным химическим свойством и свидетельствует о том, что металлы проявляют восстановительные свойства.
При характеристике физических свойств металлов следует отметить их общие свойства: электрическую проводимость, теплопроводность, металлический блеск, пластичность, которые обусловлены единым видом химической связи - металлической, и металлической кристаллической решетки. Их особенностью является наличие свободноперемещаю-щихся обобществленных электронов между ион-атомами, находящимися в узлах кристаллической решетки.
При характеристике химических свойств важно подтвердить вывод о том, что во всех реакциях металлы проявляют свойства восстановителей, и проиллюстрировать это записью уравнений реакции. Особое внимание следует обратить на взаимодействие металлов с кислотами и растворами солей, при этом необходимо обратиться к ряду напряжений металлов (ряд стандартных электродных потенциалов).
Примеры взаимодействия металлов с простыми веществами (неметаллами):
С солями (Zn в ряду напряжений стоит левее Сu): Zn + СuС12 = ZnCl2 + Сu!
Таким образом, несмотря на большое многообразие металлов, все они обладают общими физическими и химическими свойствами, что объясняется сходством в строении атомов и строении простых веществ.
Положение металлов
в периодической системе химических элементов
Д.И.Менделеева.
Физические свойства металлов
8 класс
Цель. Дать учащимся представление о свойствах металлов как химических элементов и как простых веществ, опираясь на их знания о природе химической связи. Рассмотреть применение простых веществ-металлов на основе их свойств. Совершенствовать умение сравнивать, обобщать, устанавливать взаимосвязь строения и свойств веществ. Развивать познавательную активность учеников, применяя игровые формы учебной деятельности.
Оборудование и реактивы. Карточки-задания, карточки с символами щелочных металлов (на каждого ученика), планшеты, таблица «Металлическая связь», игры «Алхимические знаки», спиртовка, старые медные монеты, батистовый мешочек, образцы металлов.
ХОД УРОКА
Учитель. Сегодня мы изучим металлы как химические элементы и металлы как простые вещества. Что называется химическим элементом?
Ученик. Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Учитель. Из 114 известных химических элементов 92 – металлы. Где в периодической системе химических элементов расположены металлы? Как расположены элементы-металлы в периодах?
Работа по таблице «Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева».
Ученик. Металлами начинается каждый период (кроме первого), и число их возрастает с увеличением номера периода.
Учитель. Сколько элементов-металлов в каждом периоде?
Статья подготовлена при поддержке школы английского языка в Москве «Аллада». Знание английского языка позволяет расширить свой кругозор, а также вы сможете познакомиться с новыми людьми и узнать много нового. Школа английского языка «Аллада» предоставляет уникальную возможность записать на курсы английского языка по оптимальной цене. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте www.allada.org.
Ученик. В первом периоде металлов нет, во втором их два, в третьем – три, в четвертом – четырнадцать, в пятом – пятнадцать, в шестом – тридцать.
Учитель. В седьмом периоде свойствами металла должен обладать тридцать один элемент. Давайте посмотрим расположение металлов в группах.
Ученик. Металлы – это элементы, составляющие главные подгруппы I, II, III групп периодической системы (за исключением водорода и бора), элементы IV группы – германий, олово, свинец, V группы – сурьма, висмут, VI группы – полоний. В побочных подгруппах всех групп находятся только металлы.
Учитель. Элементы-металлы расположены в левой и нижней части периодической системы. А сейчас сделайте в тетрадях задание 1 из карточки-задания.
Задание 1. Выпишите из карточек химические знаки металлов. Назовите их. Подчеркните металлы главных подгрупп.
1-й в а р и а н т. Na, В, Сu, Be, Se, F, Sr, Cs.
О т в е т. Na
– натрий
, Сu
–
медь
,
Be
– бериллий
, Sr
– стронций
, Cs
–
цезий.
2-й в а р и а н т. K, С, Fe, Mg, Ca, О, N, Rb.
О т в е т. K
– калий
, Fe
– железо
,
Mg
– магний
, Ca
– кальций
, Rb
–
рубидий
.
Учитель. Каковы особенности строения атомов металлов? Составьте электронные формулы атомов натрия, магния, алюминия.
(У доски работают три ученика, используя рисунок (рис. 1).)
Сколько электронов на внешнем уровне этих элементов-металлов?
Ученик. Число электронов на внешнем уровне у элементов главных подгрупп равно номеру группы, у натрия на внешнем уровне один электрон, у магния – два электрона, у алюминия – три электрона.
Учитель. Атомы металлов имеют малое число электронов (в основном от 1 до 3) на внешнем уровне. Исключение составляют шесть металлов: атомы германия, олова и свинца на внешнем слое имеют 4 электрона, атомы сурьмы, висмута – 5, атомы полония – 6. А теперь сделайте второе задание из карточки.
Задание 2. Приведены схемы электронного строения атомов некоторых элементов.
Какие это элементы? Какие из них принадлежат к металлам? Почему?
1-й в а р и а н т. 1s 2 , 1s 2 2s 2 , 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 , 1s 2 2s 2 2p 3 .
О т в е т. Гелий, бериллий, магний, азот.
2-й вариант. 1s 2 2s 1 , 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 , 1s 1 , 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p l .
О т в е т. Литий, натрий, водород, алюминий.
Учитель. Как связаны свойства металлов с особенностями их электронного строения?
Ученик. Атомы металлов имеют меньший заряд ядра и больший радиус по сравнению с атомами неметаллов того же периода. Поэтому прочность связи внешних электронов с ядром в атомах металлов небольшая. Атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы.
Учитель. Как изменяются металлические свойства в пределах одного и того же периода, одной и той же группы (главной подгруппы)?
Ученик. В пределах периода с ростом заряда атомного ядра, а соответственно и с ростом числа внешних электронов металлические свойства химических элементов уменьшаются. В пределах одной и той же подгруппы с ростом заряда атомного ядра, при постоянном числе электронов на внешнем уровне металлические свойства химических элементов увеличиваются.
Задание у доски (работают три ученика).
Указать знаком «» ослабление металлических свойств в следующих пятерках элементов. Объяснить расстановку знаков.
1. | Be | 2. | Mg | 3. | Al | |||
Na | Mg | Al | K | Ca | Sc | Zn | Ga | Ge |
Ca | Sr | In |
Пока учащиеся работают индивидуально у доски, остальные выполняют задание 3 из карточки.
Задание 3. Какой из двух элементов обладает более выраженными металлическими свойствами? Почему?
1-й в а р и а н т. Литий или бериллий.
2-й в а р и а н т. Литий или калий.
Проверка заданий.
Учитель. Итак, металлическими свойствами обладают те элементы, атомы которых имеют мало электронов на внешнем уровне (далеком до завершения). Следствие небольшого числа внешних электронов – слабая связь этих электронов с остальной частью атома – ядром, окруженным внутренними слоями электронов.
Подводится итог и записывается кратко на доске (схема), ученики записывают в тетрадях.
Схема
Учитель. Что называется простым веществом?
Ученик. Простые вещества – это вещества, которые состоят из атомов одного элемента.
Учитель. Простые вещества-металлы – это «коллективы» атомов; в силу электронейтральности каждого атома вся масса металла тоже электронейтральна, что позволяет брать в руки металлы, рассматривать их.
Демонстрация образцов металлов: никель, золото, магний, натрий (в склянке под слоем керосина).
А вот натрий голыми руками брать нельзя – руки влажные, при взаимодействии с влагой образуется щелочь, а она разъедает кожу, ткани, бумагу и другие материалы. Так что последствия для руки могут быть печальными.
Задание 4. Определите металлы из числа выданных: свинец, алюминий, медь, цинк.
(Образцы металлов пронумерованы. Ответы записаны на обратной стороне доски.)
Проверка задания.
Учитель. В каком агрегатном состоянии при обычных условиях находятся металлы?
Ученик. Металлы – это твердые кристаллические вещества (кроме ртути).
Учитель. Что находится в узлах кристаллической решетки металлов и что между узлами?
Ученик. В узлах кристаллической решетки металлов находятся положительные ионы и атомы металлов, между узлами – электроны. Эти электроны становятся общими для всех атомов и ионов данного куска металла и могут свободно перемещаться по всей кристаллической решетке.
Учитель. Как называют электроны, которые находятся в кристаллической решетке металлов?
Ученик. Их называют свободными электронами или «электронным газом».
Учитель. Какой тип связи характерен для металлов?
Ученик. Это металлическая связь.
Учитель. Что называется металлической связью?
Ученик. Связь между всеми положительно заряженными ионами металлов и свободными электронами в кристаллической решетке металлов называется металлической связью.
Учитель. Металлическая связь обуславливает важнейшие физические свойства металлов. Металлы непрозрачны, обладают металлическим блеском, обусловленным способностью отражать падающие на их поверхность световые лучи. В наибольшей степени эта способность проявляется у серебра и индия.
Металлы имеют блеск в компактном куске, а в мелкодисперсном состоянии большинство из них черного цвета. Однако алюминий, магний сохраняют металлический блеск даже в порошкообразном состоянии (демонстрация алюминия и магния в порошке и в пластинках).
Все металлы – проводники теплоты и электрического тока. Хаотически движущиеся электроны в металле под воздействием приложенного электрического напряжения приобретают направленное движение, т.е. создают электрический ток.
Как вы думаете, изменяется ли электрическая проводимость металла при повышении температуры?
Ученик. С повышением температуры электропроводность снижается.
Учитель. Почему?
Ученик. При повышении температуры возрастает амплитуда колебаний атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки металла. Это затрудняет перемещение электронов, и электрическая проводимость металла падает.
Учитель. Электропроводность металлов возрастает от Hg к Ag:
Hg, Pb, Fe, Zn, Al, Au, Cu, Ag.
Чаще всего с той же закономерностью, как и электрическая проводимость, изменяется теплопроводность металлов. Можете ли вы привести пример, доказывающий теплопроводность металлов?
Ученик. Если в алюминиевую кружку налить горячую воду, она нагреется. Это свидетельствует о том, что алюминий проводит теплоту.
Учитель. Чем обусловлена теплопроводность металлов?
Ученик. Она обусловлена большой подвижностью свободных электронов, которые сталкиваются с колеблющимися ионами и атомами, обмениваются с ними энергией. Поэтому происходит выравнивание температуры по всему куску металла.
Учитель. Весьма ценным свойством металлов является пластичность. На практике она проявляется в том, что под ударами молота металлы не дробятся на куски, а расплющиваются – они ковки. Почему металлы пластичны?
Ученик. Механическое воздействие на кристалл с металлической связью вызывает смещение слоев ионов и атомов относительно друг друга, а т.к. электроны перемещаются по всему кристаллу, разрыва связи не происходит, поэтому для металлов характерна пластичность (рис. 2, а).
Учитель. Ковкие металлы: щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий, цезий), железо, золото, серебро, медь. Некоторые металлы – осмий, иридий, марганец, сурьма – хрупкие. Самым пластичным из драгоценных металлов является золото. Один грамм золота можно вытянуть в проволоку длиной в два километра.
А что происходит под действием удара с веществами с атомной или ионной кристаллической решеткой?
Ученик. Вещества с атомной или ионной решеткой под действием удара разрушаются. При механическом воздействии на твердое вещество с атомной решеткой смещаются отдельные ее слои – сцепление между ними нарушается из-за разрыва ковалентных связей. Разрыв связей в ионной решетке приводит к взаимному отталкиванию одноименно заряженных ионов (рис. 2, б, в).
Учитель. Электропроводность, теплопроводность, характерный металлический блеск, пластичность, или ковкость, – такая совокупность признаков присуща только металлам. Эти признаки проявляются в металлах и являются специфическими свойствами.
Специфические свойства находятся в обратной зависимости от прочности металлической связи. Остальные свойства – плотность, температуры кипения и плавления, твердость, агрегатное состояние – общие, присущие всем веществам признаки.
Плотность, твердость, температуры плавления и кипения металлов различны. Плотность металла тем меньше, чем меньше его относительная атомная масса и чем больше радиус атома. Наименьшая плотность у лития – 0,59 г/см 3 , наибольшая у осмия – 22,48 г/см 3 . Металлы, плотность которых ниже пяти, называют легкими, а металлы с плотностью больше пяти – тяжелыми.
Самый твердый металл – хром, самые мягкие – щелочные металлы.
Самую низкую температуру плавления имеет ртуть, t пл (Hg) = –39 °С, а самую высокую – вольфрам, t пл (W) = 3410 °С.
Такие свойства, как температура плавления, твердость, находятся в прямой зависимости от прочности металлической связи. Чем прочнее металлическая связь, тем жестче неспецифические свойства. Обратите внимание: у щелочных металлов прочность металлической связи уменьшается в периодической таблице сверху вниз и, как следствие, закономерно уменьшается температура плавления (растет радиус, влияние заряда ядра уменьшается, при больших радиусах и единственном валентном электроне щелочные металлы легкоплавки). Например, цезий можно расплавить теплом ладони. Но не стоит брать его голой рукой!
Игра «Кто быстрее»
На доске вывешиваются планшеты (рис. 3). На каждой парте набор карточек с химическими знаками щелочных металлов.
Задание. Опираясь на известные закономерности изменения температуры плавления щелочных металлов, разместить карточки в соответствии с данными планшетами.
О т в е т. a
– Li, Na, K, Rb, Cs;
б
– Cs, Rb, K, Na, Li; в
– Cs, Li, Na, Rb, K.
Уточняются и обобщаются ответы учащихся.
Ученик (cообщение). Металлы различаются своим отношением к магнитным полям. По этому свойству их делят на три группы: ферромагнитные металлы – способные хорошо намагничиваться при действии слабых магнитных полей (например, железо, кобальт, никель и гадолиний); парамагнитные металлы – проявляющие слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром, титан и большая часть лантаноидов); диамагнитные металлы – не притягивающиеся к магниту и даже слегка отталкивающиеся от него (например, висмут, олово, медь).
Обобщается изученный материал – учитель записывает на доске, учащиеся пишут в тетрадях.
Физические свойства металлов
Специфические:
металлический блеск,
электропроводность,
теплопроводность,
пластичность.
Обратно пропорциональная зависимость от прочности металлической связи.
Неспецифические: плотность,
t плавления,
t кипения,
твердость,
Прямо пропорциональная зависимость от прочности металлической связи.
Учитель. Физические свойства металлов, вытекающие из свойств металлической связи, обуславливают их разнообразное применение. Металлы и их сплавы – важнейшие конструкционные материалы современной техники; они идут на изготовление машин и станков, необходимых в промышленности, различных транспортных средств, строительных конструкций, сельскохозяйственных машин. В связи с этим сплавы железа, алюминия производят в больших количествах. Металлы широко применяются в электротехнике. Из каких металлов делают электрические провода?
Ученик. В электротехнике из-за дороговизны серебра в качестве материала для электропроводки используют медь и алюминий .
Учитель. Без этих металлов невозможно было бы передать электрическую энергию на расстояние в сотни, тысячи километров. Предметы быта также изготовлены из металлов. Почему кастрюли делают из металлов?
Ученик. Металлы теплопроводны и прочны.
Учитель. Какое свойство металлов используют для изготовления зеркал, рефлекторов, елочных игрушек?
Ученик. Металлический блеск.
Учитель. Легкие металлы – магний, алюминий, титан – широко используют в самолетостроении. Из титана и его сплавов изготавливают многие детали самолетов, ракет. Трение о воздух при больших скоростях вызывает сильное разогревание обшивки самолета, а прочность металлов при нагреве обычно значительно снижается. У титана и его сплавов в условиях сверхзвуковых полетов снижение прочности почти не наблюдается.
В тех случаях, когда необходим металл с большой плотностью (пули, дробь), часто используют свинец, хотя плотность свинца (11,34 г/см 3) значительно ниже, чем некоторых более тяжелых металлов. Но свинец довольно легкоплавок и поэтому удобен при обработке. К тому же он несравнимо дешевле осмия и многих других тяжелых металлов. Ртуть, как жидкий при обычных условиях металл, применяют в измерительных приборах; вольфрам – во всех случаях, когда требуется металл, противостоящий особенно высоким температурам, например для нитей накаливания электролампочек. Чем это обусловлено?
Ученик. У ртути – низкая температура плавления, а у вольфрама – высокая.
Учитель. Металлы также отражают радиоволны, что используется в радиотелескопах, улавливающих радиоизлучение искусственных спутников Земли, и в радиолокаторах, обнаруживающих самолеты на больших расстояниях.
Благородные металлы – серебро, золото, платина – используются для изготовления украшений. Потребителем золота является электронная отрасль промышленности: оно используется для изготовления электрических контактов (в частности, аппаратура пилотируемого космического корабля содержит достаточно много золота).
А теперь сделайте задание из карточки.
Задание 5. Подчеркнуть, какой из приведенных металлов самый:
1) широко используемый: золото, серебро, железо;
2) ковкий: литий, калий, золото;
3) тугоплавкий: вольфрам, магний, цинк;
4) тяжелый: рубидий, осмий, цезий;
5) электропроводный: никель, свинец, серебро;
6) твердый: хром, марганец, медь;
7) легкоплавкий: платина, ртуть, литий;
8) легкий: калий, франций, литий;
9) блестящий: калий, золото, серебро.
Демонстрация опыта
Для опыта берется 5–10 штук медных (старых) монет, которые подвешивают в батистовом мешочке над пламенем спиртовки. Ткань не загорается. Почему?
Ученик. Медь хороший проводник тепла, тепло сразу передается металлу, и ткань не успевает загореться.
Учитель. Металлы известны человеку давно.
Ученик (сообщение). Еще в глубокой древности человеку были известны семь металлов. Семь металлов древности соотносили с семью известными тогда планетами и обозначали символическими значками планет. Знаки золота (Солнца) и серебра (Луны) понятны без особых пояснений. Знаки же других металлов считались атрибутами мифологических божеств: ручное зеркало Венеры (медь), щит и копье Марса (железо), трон Юпитера (олово), коса Сатурна (свинец), жезл Меркурия (ртуть).
Взгляды алхимиков о связи планет с металлами очень удачно выражают следующие строки стихотворения Н.А.Морозова «Из записок алхимика»:
«Семь металлов создал свет,
По числу семи планет.
Дал нам космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец.
Сын мой, сера – их отец.
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть – родная мать».
Эти представления были настолько прочными,
что, когда для открытых в средние века сурьмы
и висмута не нашлось планет, их просто не
посчитали металлами.
Держа свои опыты в тайне, алхимики всевозможными способами зашифровывали описания полученных веществ.
Учитель. И вы, используя алхимические обозначения, дома составили игру «Алхимические знаки».
Условие игры: на рисунке (рис. 4) приведены древние алхимические знаки металлов. Определите, какой планете принадлежит каждый символ и, взяв из названия по одной букве, той, что указаны на рисунке, прочтите название элемента-металла.
О т в е т ы. Самарий, рутений, платина.
Учащиеся обмениваются играми, отгадывают названия металлов.
Учитель. М.В.Ломоносов так говорил о металлах: «Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно» и относил это свойство к металлам: золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу.
В 1789 г. французский химик А.Л.Лавуазье в своем руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тогда 17 металлов (Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn). По мере развития методов химического исследования число известных металлов стало быстро возрастать. В первой половине XIX в. были открыты платиновые металлы; получены путем электролиза некоторые щелочные и щелочно-земельные металлы; положено начало разделению редкоземельных металлов; при химическом анализе минералов открыты неизвестные ранее металлы. В начале 1860 г. с помощью спектрального анализа были открыты рубидий, цезий, индий, таллий. Блестяще подтвердилось существование металлов, предсказанных Менделеевым на основе его периодического закона (галлия, скандия и германия). Открытие радиоактивности в конце XIX в. повлекло за собой поиски радиоактивных металлов, увенчавшиеся полным успехом. Наконец, методом ядерных превращений, начиная с середины XX в. были получены не существующие в природе радиоактивные металлы, в том числе и те, что принадлежат к трансурановым элементам. В истории материальной культуры, древней и новой, металлы имеют первостепенное значение.
Учитель подводит итог урока.
1. Найдите ответы на вопросы.
Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов?
Назовите два металла, легко расстающихся с электронами по «просьбе» световых лучей.
Можно ли принести в кабинет химии из соседнего кабинета ведро ртути?
Почему некоторые металлы пластичные (например, медь), а другие – хрупкие (например, сурьма)?
В чем причина присутствия у металлов специфических свойств?
Где можно встретить в быту:
а) вольфрам, б) ртуть, в) медь, г) серебро?
На каких физических свойствах данного металла основано применение его в быту?
Какой металл академик А.Е.Ферсман назвал «металлом консервной банки»?
2. Посмотрите на рисунок и объясните, почему металлы использованы именно таким образом, а не наоборот.
3. Решите головоломки.
Головоломка «Пять + два».
Впишите в горизонтальные ряды названия следующих химических элементов, оканчивающихся на -ий:
а) щелочной металл;
б) благородный газ;
в) щелочно-земельный металл;
г) элемент семейства платины;
д) лантаноид.
Если названия элементов будут вписаны правильно, то по диагоналям: сверху вниз и снизу вверх можно будет прочесть названия еще двух элементов.
О т в е т ы. а – Цезий, б – гелий,
в – барий, г – родий, д – тулий.
По диагонали: церий, торий.
Головоломка «Класс».
Впишите названия пяти химических элементов, состоящие из семи букв каждое, таким образом, чтобы ключевое слово было КЛАСС.
О т в е т ы. Кальций (кобальт), лютеций,
актиний, скандий, серебро (самарий).
Головоломка «Семь букв».
Впишите названия химических элементов в вертикальные ряды.
Ключевое слово – КИСЛОТА.
О т в е т ы. Калий, индий, селен, литий,
осмий, тулий, аргон (астат).
В периодической системе элементов Д.И.Менделеева металлы расположены в левом нижнем углу от диагонали B–At.
Класс металлов образован элементами s -семейства (кроме Н и Не), p -элементы главных подгрупп III (кроме В), IV (Ge, Sn, Pb), V (Sb, Bi) и VI (Po), все d - и f -элементы. Элементы, расположенные вблизи диагонали (Be, Al, Ti, Ge), обладают двойственным характером. Металлов в периодической системе элементов – большинство (Из 109 элементов только 22 неметаллы).
На наружном электронном уровне находятся 1,2 или 3 электрона, слабо связанных с ядром.
11 Na +11))) 20 Ca +20)))) 13 Al +13)))
2 8 1 2 8 8 2 2 8 3
1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3
В металлах связь металлическая и металлическая кристаллическая решётка чем объясняются физические свойства металлов.
Для главных подгрупп: чем левее и ниже металл, тем большую химическую активность он проявляет. В периодах металлические свойства убывают, а в группах усиливаются (с увеличением порядкового номера), так как изменяется радиус атома.
Для металлов характерны общие физические свойства :
1) твёрдость; 2) электро и теплопровдность; 3) непрозрачность; 4) металлический блеск;
5) ковкость или пластичность (объяснение – металлическая кристаллическая решётка).
Химические свойства : , n =1,2,3. (металлы всегда восстановители)
I. С простыми веществами :
1) с кислородом:
а) 2Ca + O 2 → 2CaO б) 2Mg + O 2 2MgO в) Au + O 2 ↛
в-ль ок-ль многие металлы покрыты тонкой плёнкой, которая препятствует дальнейшему окислению.
2) с галогенами:
а) 2Na + Cl 2 → 2NaCl б) 2Fe + 3Cl2 FeCl3
3) с серой : Fe + S → FeS
II. Со сложными веществами (ряд активности металлов) :
1) с водой:
а) (для щелочных и щелочноземельных металлов) 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
б) металлы средней активности Mg + H 2 O MgO +H 2
в) правее водорода Au + H 2 O ↛
2) с растворами кислот , кроме HNO 3
а) Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 б) Cu + HCl ↛
3) с солями : Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Применение:
1) в быту – посуда, бытовые приборы; 2) в технике, в промышленности;
3) в самолёто- и ракетостроении; 4) в медицине и т.д.
Билет №9 (2)
Фенол, его строение, свойства, получение и применение.
Фенол – это производное бензола, в котором один атом водорода замещён на группу ОН.
Взаимное влияние бензольного кольца и ОН-групп:
1) Радикал С 6 Н 5 обладает свойством оттягивать на себя электроны атома кислорода ОН- группы, делая связь О–Н более полярной и атом водорода более подвижным.
2) ОН- группа придаёт большую подвижность атомам водорода в положениях 2,4,6 – бензольного кольца.
Этим взаимовлиянием и определяются свойства фенола.
Фенол – бесцветное, кристаллическое вещество с характерным запахом больницы.
Температура плавления 40,9℃ , хорошо растворим в горячей воде (карболовая кислота).
Фенол – ядовит!
Химические свойства :
1) В воде диссоциирует на ионы :
2) Проявляет слабые кислотные свойства, реагирует с металлами :
2C 6 H 5 OH + 2Na → 2C 6 H 5 ONa + H 2
фенолят натрия
3) Реагирует со щёлочью :
C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O (отличие от спиртов)
4) Реакции замещения :
В промышленности фенол получают по схеме:
1) 2)
Фенол применяют для производства:
1) полимеров и пластмасс на их основе, красителей;
2) медикаментов;
3) взрывчатых веществ. Водородный раствор фенола используется как дезинфицирующее средство.
Билет №10 (1)
Введение
Металлы – простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, способностью хорошо отражать свет (что обуславливает их блеск и непрозрачность), возможностью принимать нужную форму под воздействием внешних сил (пластичностью). Существует и другое определение металлов – это химические элементы, характеризующиеся способностью отдавать внешние (валентные) электроны.
Из всех известных химических элементов около 90 являются металлами. Большинство неорганических соединений – это соединения металлов.
Существует несколько типов классификации металлов. Наиболее четкой является классификация металлов в соответствии с их положением в периодической системе химических элементов – химическая классификация.
Если в «длинном» варианте периодической таблицы провести прямую линию через элементы бор и астат, то слева от этой линии расположатся металлы, а справа от нее – неметаллы.
С точки зрения строения атома металлы подразделяют на непереходные и переходные. Непереходные металлы располагаются в главных подгруппах периодической системы и характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение электронных уровней s и р. К непереходным металлам относят 22 элемента главных подгрупп а: Li, Na, K, Rb , Cs,Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po.
Переходные металлы располагаются в побочных подгруппах и характеризуются заполнением d - или f-электронных уровней. К d-элементам относятся 37 металлов побочных подгрупп б: Cu , Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc , Y , La , Ac , Ti , Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Hs, Mt.
К f-элементам относятся 14 лантаноидов (Се, Рr, Nd, Рm, Sm, Еu, Gd, Тb, Dу, Но, Ег, Тm, Уb, Lu) и 14 актиноидов (Тh, Ра, U, Np, Рu, Аm, Сm, Вk, Сf, Еs, Fm, Мd, No, Lr).
Среди переходных металлов выделяют также редкоземельные металлы (Sc, Y, La и лантаноиды), платиновые металлы (Ru, Rh, Pd, Оs, Ir, Рt), трансурановые металлы (Nр и элементы с большей атомной массой).
Помимо химической существует также, хотя и не общепринятая, но издавна сложившаяся техническая классификация металлов. Она не так логична, как химическая, - в основе её лежит то один, то другой практически важный признак металла. Железо и сплавы на его основе относят к чёрным металлам, все прочие металлы - к цветным. Различают лёгкие (Li, Ве, Мg, Тi и др.) и тяжёлые металлы (Мn, Fе, Со, Ni, Сu, Zn, Сd, Hg, Sn, Рb и др.), а также группы тугоплавких (Тi, Zr, Hf, V, Nb, Та, Сr, Мо, W, Rе), драгоценных (Аg, Аu, платиновые металлы) и радиоактивных (U, Тh, Nр, Рu и др.) металлов. В геохимии выделяют также рассеянные (Ga, Ge, Hf, Re и др.) и редкие (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re и др.) металлы. Как видно между группами четких границ не существует.
Историческая справка
Несмотря на то, что жизнь человеческого общества без металлов невозможна, никто точно не знает, когда и как человек начал впервые ими пользоваться. Самые древние дошедшие до нас письмена повествуют о примитивных мастерских, в которых выплавили металл и изготавливали из него изделия. Значит, человек овладел металлами раньше, чем письменность. Раскапывая древние поселения, археологи находят орудия труда и охоты, которыми пользовался человек в те далёкие времена, - ножи, топоры, наконечники для стрел, иглы, рыболовные крючки и многое другое. Чем древнее поселения, тем грубее и примитивнее были изделия человеческих рук. Самые древние изделия из металлов были найдены при раскопках поселений, существовавших около 8 тысяч лет назад. Это были в основном украшения из золота и серебра и наконечники стрел и копий из меди.
Греческое слово «металлон» первоначально означало копи, рудники, отсюда и произошёл термин «металл». В древности считалось, что существует только 7 металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Это число соотносилось с числом известных тогда планет -Солнцем (золото), Луной (серебро), Венерой (медь), Юпитером (олово), Сатурном (свинец), Марсом (железо), Меркурием (ртуть) (см. рисунок). По алхимическим представлениям, металлы зарождались в земных недрах под влиянием лучей планет и постепенно совершенствовались, превращаясь в золото.
Человек сначала овладел самородными металлами - золотом, серебром, ртутью. Первым искусственно полученным металлом была медь, затем удалось освоить получение сплава меди соловом - бронзы и только позднее - железа. В 1556 г. в Германии была издана книга немецкого металлурга Г. Агриколы «О горном деле и металлургии» - первое дошедшее до нас детальное руководство по получению металлов. Правда, в то время свинец, олово и висмут ещё считали разновидностями одного металла. В 1789 г. французский химик А. Лавуазье в своём руководстве по химии дал список простых веществ, в который включил все известные тогда металлы - сурьму, серебро, висмут, кобальт, олово, железо, марганец, никель, золото, платину, свинец, вольфрам и цинк. По мере развития методов химического исследования число известных металлов стало быстро возрастать. В 18 в. было открыто 14 металлов, в 19 в. - 38, в 20 в. - 25 металлов. В первой половине 19 в. были открыты спутники платины, получены путём электролиза щелочные и щёлочноземельные металлы. В середине века методом спектрального анализа были открыты цезий, рубидий, таллий и индий. Блестяще подтвердилось существование металлов, предсказанных Д. И. Менделеевым на основе его периодического закона (это галлий, скандий и германий). Открытие радиоактивности в конце 19 в. повлекло за собой поиски радиоактивных металлов. Наконец, методом ядерных превращений в середине 20 в. были получены не существующие в природе радиоактивные металлы, в частности трансурановые элементы.
Физические и химические свойства металлов.
Все металлы - твердые вещества (кроме ртути, которая при обычных условиях жидкая), они отличаются от неметаллов особым видом связи (металлическая связь). Валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом, и внутри каждого металла существует так называемый электронный газ. Большинство металлов имеют кристаллическую структуру, и металл можно представить как «жесткую» кристаллическую решетку из положительных ионов (катионов). Эти электроны могут более или менее передвигаться по металлу. Они компенсируют силы отталкивания между катионами и, тем самым, связывают их в компактное тело.
Все металлы обладают высокой электрической проводимостью (т. е. они проводники в отличие от неметаллов-диэлектриков), особенно медь, серебро, золото, ртуть и алюминий; высока и теплопроводность металлов. Отличительным свойством многих металлов является их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы (фольгу) и вытянуты в проволоку (олово, алюминий и др.), однако встречаются и достаточно хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут).
В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси, называемые сплавами. В сплаве свойства одного компонента обычно удачно дополняют свойства другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком, называемые латунью, являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает хорошей пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав аюралюмин (дюраль), содержащий медь, магний и марганец. Дюралюмин, не теряя свойств своего алюминия, приобретает высокую твердость и поэтому используется в авиационной технике. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) - это известные чугун и сталь.
Металлы очень сильно различаются по плотности: у лития она почти вдвое меньше, чем у воды (0,53 г/см), а у осмия - более чем в 20 раз выше (22,61 г/см 3). Отличаются металлы и по твёрдости. Самые мягкие - щелочные металлы они легко режутся ножом; самый твердый металл - хром - режет стекло. Велика разница температур плавления металлов: ртуть - жидкость при обычных условиях, цезий и галлий плавятся при температуре человеческого тела, а самый тугоплавкий металл - вольфрам имеет температуру плавления 3380 °С. Металлы, температура плавления которых выше 1000 °С, относят к тугоплавким металлам, ниже - к легкоплавким. При высоких температурах металлы способны испускать электроны, что используется в электронике и термоэлектрических генераторах для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Железо, кобальт, никель и гадолиний после помещения их в магнитное поле способны постоянно сохранять состояние намагниченности.
Металлам присуще некоторые и химические свойства. Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны и переходят в положительно заряженные ионы. Поэтомц металлы являются восстановителями. В этом, собственно, и состоит их главное и наиболее общее химическое свойство.
Очевидно, металлы как восстановители будут вступать в реакции с различными окислителями, среди которых могут быть простые вещества, кислоты, соли менее активных металлов и некоторые другие соединения. Соединения металлов с галогенами называются галогенидами, с серой - сульфидами, с азотом - нитридами, с фосфором - фосфидами, с углеродом - карбидами, с кремнием - силицидами, с бором - боридами, с водородом - гидридами и т. д. Многие из этих соединений нашли важное применение в новой технике. Например, бориды металлов используются в радиоэлектронике, а также в ядерной технике в качестве материалов для регулирования нейтронного излучения и защиты от него.
Под действием концентрированных кислот-окислителей на некоторых металлах также образуется устойчивая оксидная пленка. Это явление называется пассивацией. Так, в концентрированной серной кислоте пассивируются (и не реагируют с ней) такие металлы, как Ве, Вi, Со, Fе, Mg, и Nb, а в концентрированной азотной кислоте - металлы Аl, Ве, Вi, Со, Сг, Fе, Nb, Ni, Рb, Тh и U.
Чем левее расположен металл в этом ряду, тем большими восстановительными свойствами он обладает, т. е. легче окисляется и переходит в виде катиона в раствор, но зато труднее восстанавливается из катиона в свободное состояние.
В ряд напряжений помещен один неметалл - водород, поскольку это позволяет определить, будет ли данный металл реагировать с кислотами - неокислителями в водном растворе (точнее - окисляться катионами водорода Н +). Например, цинк реагирует с хлороводородной кислотой, так как в ряду напряжений он стоит левее (до) водорода. Напротив, серебро не переводится в раствор хлороводородной кислотой, поскольку оно стоит в ряду напряжений правее (после) водорода. Аналогично ведут себя металлы в разбавленной серной кислоте. Металлы, стоящие в ряду напряжений после водорода, называют благородными (Ag, Pt, Au и др.)
Нежелательным химическим свойством металлов является их электрохимическая коррозия, т. е. активное разрушение (окисление) металла при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде.
Особенно коррозионно-опасным может быть место контакта двух разнородных металлов - контактная коррозия. Между одним металлом, например Fе, и другим металлом, например Sn или Cu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара. Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Fе), к менее активному металлу (Sn, Cu), и более активный металл разрушается (корродирует).
Именно из-за этого ржавеет луженая поверхность консервных банок (железо, покрытое оловом) при хранении во влажной атмосфере и небрежном обращении с ними (железо быстро разрушается после появления хотя бы небольшой царапины, допускающей контакт железа с влагой). Напротив, оцинкованная поверхность железного ведра долго не ржавеет, поскольку даже при наличии царапин корродирует не железо, а цинк (более активный металл, чем железо).
Сопротивление коррозии для данного металла возрастает при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении; так, покрытие железа хромом или изготовление сплавов железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и стали, содержащие хром (нержавеющие стали), имеют высокую коррозионную стойкость.
Общие способы получения металлов:
Электрометаллургия, т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов их солей;
Пирометаллургия, т. е. восстановление металлов из их руд при высокой температуре (например, получение железа с помощью доменного процесса);
Гидрометаллургия, т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора СuSO 4 вытеснением цинком, железом
или алюминием).
В природе металлы встречаются иногда в свободном виде, например самородные ртуть, серебро и золото, а чаще - в виде соединений (металлических руд). Самые активные металлы, конечно, присутствуют в земной коре только в связанном виде.
Литий (от греч. Литос- камень), Li, химический элемент подгруппы Iа периодической системы; атомный номер 3, атомная масса 6, 941; относится к щелочным металлам.
Содержание лития в земной коре 6,5-10 -3 % по массе. Обнаружен он более чем в 150 минералах, из них собственно литиевых - около 30. Основные минералы: сподумен LiAl, лепидолит KLi 1,5 Al 1,5 (F,0Н) 2 и петалит (LiNa). Состав этих минералов сложен, многие из них относятся к очень распространённому в земной коре классу алюмосиликатов. Перспективные источники сырья для производства лития - рассолы (рапа) соленосных отложений и подземные воды. Крупнейшие месторождения соединений лития находятся в Канаде, США, Чили, Зимбабве, Бразилии, Намибии и России.
Интересно, что минерал сподумен встречается в природе в виде больших кристаллов массой в несколько тонн. На руднике Этта в США нашли кристалл в форме иглы длиной 16 м и массой 100 т.
Первые сведения о литии относятся к 1817 г. Шведский химик А. Арфведсон, проводя анализ минерала петалита, открыл в нём неизвестную щёлочь. Учитель Арфведсона Й. Берцелиус дал ей название «литион» (от греч. литеос -каменный), т. к. в отличие от гидроксидов калия и натрия, которые были получены из золы растений, новая щёлочь была обнаружена в минерале. Он же назвал металл, являющийся «основой» этой щёлочи, литием. В 1818 г. английский химик и физик Г. Дэви получил литий электролизом гидроксида LiОН.
Свойства. Литий - серебристо-белый металл; т. пл. 180,54 °С, т. кип. 1340 "С; самый лёгкий из всех металлов, его плотность 0,534 г/см -он в 5 раз легче алюминия и почти вдвое легче воды. Литий мягок и пластичен. Соединения лития окрашивают пламя в красивый карминово-красный цвет. Этим весьма чувствительным методом пользуются в качественном анализе для обнаружения лития.
Конфигурация внешнего электронного слоя атома лития 2s 1 (s-элемент). В соединениях он проявляет степень окисления +1.
Литий стоит первым в электрохимическом ряду напряжений и вытесняет водород не только из кислот, но и из воды. Однако многие химические реакции лития протекают менее энергично, чем у других щелочных металлов.
Литий практически не реагирует с компонентами воздуха при полном отсутствии влаги при комнатной температуре. При нагревании на воздухе выше 200 °С в качестве основного продукта образует оксид Li 2 O (присутствуют только следы пероксида Li 2 O 2). Во влажном воздухе даёт преимущественно нитрид Li 3 N, при влажности воздуха более 80% - гидроксид LiОН и карбонат Li 2 СО 3 . Нитрид лития может быть получен также при нагревании металла в токе азота (литий - один из немногих элементов, непосредственно соединяющихся с азотом): 6Li + N 2 =2Li 3 N
Литий легко сплавляется почти со всеми металлами и хорошо растворим в ртути. Непосредственно соединяется с галогенами (с иодом -при нагревании). При 500 °С реагирует с водородом, образуя гидрид LiН, при взаимодействии с водой - гидроксид LiОН, с разбавленными кислотами - соли лития, с аммиаком - амид LiNН 2 , например:
2Li + Н 2 = 2LiН
2Li + 2Н 2 O = 2LiОН + Н 2
2Li + 2НF = 2LiF + Н 2
2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + Н 2
Гидрид LiН - бесцветные кристаллы; применяется в различных областях химии как восстановитель. При взаимодействии с водой выделяет большое количество водорода (из 1 кг LiН получают 2820 л Н 2):
LiН + Н 2 O = LiОН + Н 2
Это позволяет использовать LiН как источник водорода для наполнения аэростатов и спасательного снаряжения (надувных лодок, поясов и др.), а также как своеобразный «склад» для хранения и транспортировки огнеопасного водорода (при этом необходимо предохранять LiН от малейших следов влаги).
Широко применяют в органическом синтезе смешанные гидриды лития, например литий-алюмогидрид LiAlH 4 - селективный восстановитель. Его получают взаимодействием LiН с хлоридом алюминия А1С1з
Гидроксид LiОН - сильное основание (щёлочь), его водные растворы разрушают стекло, фарфор; устойчивы к нему никель, серебро и золото. LiОН применяют в качестве добавки к электролиту щелочных аккумуляторов, что повышает срок их службы в 2-3 раза и ёмкость на 20%. На основе LiОН и органических кислот (особенно стеариновой и пальмитиновой) производят морозо- и термостойкие пластичные смазки (литолы) для защиты металлов от коррозии в интервале температур от -40 до +130 "С.
Гидроксид лития используют также как поглотитель углекислого газа в противогазах, подводных лодках, самолётах и космических кораблях.
Получение и применение. Сырьём для получения лития служат его соли, которые извлекают из минералов. В зависимости от состава минералы разлагают серной кислотой Н 2 SО 4 (кислотный метод) либо спеканием с оксидом кальция СаО и его карбонатом СаСОз (щелочной способ), с сульфатом калия К 2 SО 4 (солевой способ), с карбонатом кальция и его хлоридом СаСl (щёлочно-солевой способ). При кислотном методе получают раствор сульфата Li 2 SО 4 [последний освобождают от примесей обработкой гидроксидом кальция Са(ОН) 2 и содой Na 2 Co 3 ]. Спек, образующийся при других методах разложения минералов, выщелачивают водой; при этом при щелочном методе в раствор переходит LiОН, при солевом – Li 2 SO 4 , при щёлочно-солевом - LiCl. Все эти методы, кроме щелочного, предусматривают получение готового продукта в виде карбоната Li 2 СО 3 . который используют непосредственно или в качестве источника для синтеза других соединений лития.
Металлический литий получают электролизом расплавленной смеси LiCl и хлорида калия КСl или хлорида бария ВаСl 2 с дальнейшей очисткой от примесей.
Интерес к литию огромен. Это связано, прежде всего, с тем, что он - источник промышленного получения трития (тяжёлого нуклида водорода), являющегося главной составной частью водородной бомбы и основным горючим для термоядерных реакторов. Термоядерная реакция осуществляется между нуклидом 6 Li и нейтронами (нейтральными частицами с массовым числом 1); продукты реакции - тритий 3 Н и гелий 4 Не:
6 3 Li + 1 0 n= 3 1 H + 4 2 He
Большое количество лития используется в металлургии. Сплав магния с 10% лития прочнее и легче самого магния. Сплавы алюминия и лития - склерон и аэрон, содержащие всего 0,1% лития, помимо лёгкости обладают высокой прочностью, пластичностью, повышенной стойкостью к коррозии; их применяют в авиации. Добавка 0,04% лития к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам повышает их твёрдость и уменьшает коэффициент трения.
Галогениды и карбонат лития применяют в производстве оптических, кислотоупорных и других специальных стёкол, а также термостойкого фарфора и керамики, различных глазурей и эмалей.
Мелкие крошки лития вызывают химические ожоги влажной кожи и глаз. Соли лития раздражают кожу. При работе с гидроксидом лития необходимо соблюдать меры предосторожности, как при работе с гидроксидами натрия и калия.
Натрий (от араб, натрун, греч. нитрон -природная сода, химический элемент подгруппы Iа периодической системы; атомный номер 11, атомная масса 22,98977; относится к щелочным металлам. В природе встречается в виде одного стабильного нуклида 23 Na .
Ещё в глубокой древности были известны соединения натрия - поваренная соль (хлорид натрия) NaСl, едкая щёлочь (гидроксид натрия) NaОН и сода (карбонат натрия) Na 2 СОз. Последнее вещество древние греки называли «нитрон»; отсюда и происходит современное название металла - «натрий». Однако в Великобритании, США, Италии, Франции сохраняется слово sodium (от испанского слова «сода», имеющего то же значение, что и по-русски).
Впервые о получении натрия (и калия) сообщил английский химик и физик Г. Дэви на собрании Королевского общества в Лондоне в 1807 г. Ему удалось разложить действием электрического тока едкие щёлочи КОН и NaОН и выделить неизвестные ранее металлы обладающие необычайными свойствами. Эти металлы очень быстро окислялись на воздухе, а на поверхности воды плавали, выделяя из неё водород.
Распространённость в природе. Натрии - один из самых распространённых в природе элементов. Содержание его в земной коре 2,64% по массе. В гидросфере он содержится в вида растворимых солей в количестве около 2,9% (при общей концентрации солей в морской воде 3,5-3,7%). Наличие натрия установлено в атмосфере Солнца и межзвёздном пространстве. природе натрий находится только в виде солей. Важнейшие минералы - галит (каменная соль) NaCl, мирабилит (глауберова соль) Na 2 SO 4 *10H 2 O, тенардит Na 2 SO 4, челийская селитра NaNO 3, природные силикаты, например альбит Na, нефелин Na
Россия исключительно богата залежами каменной соли (например, Соликамск, Усолье-Сибирское и др.), большие залежи минерала троны в Сибири.
Свойства. Натрий - серебристо-белый легкоплавкий металл, т. пл. 97,86 °С, т. кип. 883,15 °С. Это один из самых лёгких металлов - он легче воды плотность 0,99 г/см 3 при 19,7 °С). Натрий и его соединения окрашивают пламя горелки в жёлтый цвет. Эта реакция так чувствительна, что открывает присутствие малейших следов натрия повсюду (например, в комнатной или уличной пыли).
Натрий - один из самых активных элементов периодической системы. Внешний электронный слой атома натрия содержит один электрон (конфигурация 3s 1 , натрий – s-элемент). Свой единственный валентный электрон натрий легко отдает и поэтому в своих соединениях всегда проявляет степень окисления +1.
На воздухе натрий активно окисляется, образуя в зависимости от условий оксид Na 2 O или пероксид Na 2 O 2 . Поэтому хранят натрий под слоем керосина или минерального масла. Энергично реагирует с водой, вытесняя водород:
2Na + Н 2 0 = 2NaОН + Н 2
Такая реакция происходит даже со льдом при температуре -80 °С, а с тёплой водой или при поверхности контакта идёт со взрывом (недаром говорят: «Не хотите стать уродом –не бросайте натрий в воду»).
Натрий непосредственно реагирует со всеми неметаллами: при 200 °С начинает поглощать водород, образуя весьма гигроскопичный гидрид NaH; с азотом в электрическом разряде дает нитрид Na 3 N или азид NaN 3 ; в атмосфере фтора воспламеняется; в хлоре горит при температуре; с бромом реагирует лишь при нагревании:
2Na + Н 2 = 2NaН
6Na + N 2 =2Na 3 N или 2Na+ 3Na 2 =2NaN 3
2Na+ С1 2 = 2NaСl
При 800-900 °С натрий соединяется с углеродом, образуя карбид Na 2 C 2 ; при растирании с серой дает сульфид Na 2 S и смесь полисульфидов (Na 2 S 3 и Na 2 S 4)
Натрий легко растворяется в жидком аммиаке, получающийся раствор синего цвета обладает металлической проводимостью, с газообразным аммиаком при 300-400 "С или в присутствии катализатора при охлаждении до -30 С дает амид NaNH 2 .
Натрий образует соединения с другими металлами (интерметаллиды), например с серебром, золотом, кадмием, свинцом, калием и некоторыми другими. Со ртутью даёт амальгамы NaHg 2 , NaHg 4 и др. Наибольшее значение имеют жидкие амальгамы, которые образуются при постепенном введении натрия в ртуть, находящуюся под слоем керосина или минерального масла.
С разбавленными кислотами натрий образует соли.
Получение и применение. Основной метод получения натрия - электролиз расплавленной поваренной соли. При этом на аноде выделяется хлор, а на катоде - натрий. Для уменьшения температуры плавления электролита к поваренной соли добавляют другие соли: КСl, NaF, СаСl 2 . Электролиз проводят в электролизёрах с диафрагмой; аноды изготовлены из графита, катоды - из меди или железа.
Натрий можно получить электролизом расплава гидроксида NaОН, а небольшие количества - разложением азида NaN 3.
Металлический натрий используют для восстановления чистых металлов из их соединений - калия (из КОН), титана (из TiCl 4) и др. Сплав натрия с калием - теплоноситель для ядерных реакторов, поскольку щелочные металлы плохо поглощают нейтроны и поэтому не препятствуют делению ядер урана. Пары натрия, обладающие ярко-жёлтым свечением, используют для наполнения газоразрядных ламп, служащих для освещения автострад, пристаней, вокзалов и пр. Натрий находит применение в медицине: искусственно полученный нуклид 24 Na используется для радиологического лечения некоторых форм лейкемии и в диагностических целях.
Значительно более обширно применение соединений натрия.
Пероксид Na 2 O 2 - бесцветные кристаллы, технический продукт жёлтого цвета. При нагревании до 311-400 °С начинает выделять кислород, а при 540 °С бурно разлагается. Сильный окислитель, благодаря чему применяется для отбеливания тканей и других материалов. На воздухе поглощает СО 2 », выделяя кислород и образуя карбонат 2Na 2 O 2 +2CO 2 =2Na 2 Co 3 +O 2). На этом свойстве основано применение Na 2 O 2 для регенерации воздуха в закрытых помещениях и дыхательных приборах изолирующего типа (подводных лодках, изолирующих противогазах и пр.).
Гидроксид NaОН; устаревшее название -едкий натр, техническое название - каустическая сода (от лат. caustic- едкий, жгучий); одно из самых сильных оснований. Технический продукт, кроме NаОН, содержит примеси (до 3% Ка 2 СОз и до 1,5% NaCl). Большое количество NаОН идёт на приготовление электролитов для щелочных аккумуляторов, производство бумаги, мыла, красок, целлюлозы, используется для очистки нефти и масел.
Из солей натрия применение находят хромат Na 2 CrO 4 - в производстве красителей, как протрава при крашении тканей и дубитель в кожевенной промышленности; сульфит Na 2 SO 3 -компонент фиксажей и проявителей в фотографии; гидросульфит NaHSO 3 - отбеливатель тканей, природных волокон, применяется для консервирования плодов, овощей и растительных кормов; тиосульфат Na 2 S 2 O 3 - для удаления хлора при отбеливании тканей, как закрепитель в фотографии, противоядие при отравлении соединениями ртути, мышьяка и др., противовоспалительное средство; хлорат NaClO 3 - окислитель в различных пиротехнических составах; трифосфат Na 5 P 3 O 10 -добавка в синтетические моющие средства для умягчения воды.
Натрий, NаОН и его растворы вызывают тяжёлые ожоги кожи и слизистых оболочек.
По внешнему виду и свойствам калий похож на натрий, но более реакционноспособный. Энергично реагирует с водой и вызывает возгорание водорода. На воздухе сгорает, образуя оранжевый надпероксид КO 2 . При комнатной температуре реагирует с галогенами, при умеренном нагревании - с водородом, серой. Во влажном воздухе быстро покрывается слоем КОН. Хранят калий под слоем бензина или керосина.
Наибольшее практическое применение находят соединения калия - гидроксид КОН, нитрат КNO 3 и карбонат К 2 СO 3 .
Гидроксид калия КОН (техническое название - едкое кали) - белые кристаллы, расплывающиеся во влажном воздухе и поглощающие углекислый газ (образуются К 2 СO 3 и КНСO 3). Очень хорошо растворяется в воде с высоким экзо-эффектом. Водный раствор - сильнощелочной.
Производят гидроксид калия электролизом раствора КСl (аналогично производству NаОН). Исходный хлорид калия КСl получают из природного сырья (минералы сильвин КСlи карналлит КМgС1 3 6Н 2 0). Используют КОН для синтеза различных солей калия, жидкого мыла, красителей, как электролит в аккумуляторах.
Нитрат калия КNO 3 (минерал калийная селитра) - белые кристаллы, очень горькие на вкус, низкоплавкие {t пл = 339 °С). Хорошо растворим в воде (гидролиз отсутствует). При нагревании выше температуры плавления разлагается на нитрит калия КNO 2 и кислород O 2 , проявляет сильные окислительные свойства. Сера и древесный уголь загораются при контакте с расплавом КNO 3 , а смесь С + S взрывается (сгорание «черного пороха»):
2КNO 3 + ЗС(уголь) + S=N 2 + 3CO 2 + K 2 S
Нитрат калия используется в производстве стекла и минеральных удобрений.
Карбонат калия К 2 СO 3 (техническое название - поташ) - белый гигроскопичный порошок. Очень хорошо растворяется в воде, сильно гидролизуется по аниону и создает щелочную среду в растворе. Используется в изготовлении стекла и мыла.
Получение К 2 СO 3 основано на реакциях:
К 2 SO 4 + Са(ОН) 2 + 2СO = 2К(НСОО) + СаSO 4
2К(НСОО) + O 2 = К 2 С0 3 + Н 2 0 + С0 2
Сульфат калия из природного сырья (минералы каинит КМg(SO 4)Сl ЗН 2 0 и шёнит К 2 Мg(SO 4) 2 * 6Н 2 0) нагревают с гашёной известью Са(ОН) 2 в атмосфере СО (под давлением 15 атм), получают формиат калия К(НСОО), который прокаливают в токе воздуха.
Калий жизненно важный элемент для растений и животных. Калийные удобрения - это соли калия, как природные, так и продукты их переработки (КСl, К 2 SO 4 , КNO 3); высоко содержание солей калия в золе растений.
Калий - девятый по химической распространенности элемент в земной коре. Содержится только в связанном виде в минералах, морской воде (до 0,38 г ионов К + в 1 л), растениях и живых организмах (внутри клеток). В организме человека имеется = 175 г калия, суточная потребность достигает ~4г. Радиоактивный изотоп 40 К (примесь к преобладающему стабильному изотопу 39 К) распадается очень медленно (период полураспада 1 10 9 лет), он, наряду с изотопами 238 U и 232 Тh, вносит большой вклад в геотермический запас нашей планеты (внутренняя теплота земных недр).
От (лат. Cuprum), Сu, химический элемент подгруппы 16 периодической системы; атомный номер 29, атомная масса 63,546 относится к переходным металлам. Природная медь представляет собой смесь нуклидов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%).
Распространённость в природе. Среднее содержание меди в земной коре 4,7-10~ 3 % по массе.
В земной коре медь встречается как в виде самородков, так и в виде различных минералов. Самородки меди, порой значительных размеров, покрыты зелёным или голубым налётом и необычайно тяжелы по сравнению с камнем; самый большой самородок массой около 420 т был найден в США в районе Великих Озёр (рисунок). Подавляющая часть меди присутствует в горных породах в виде соединений. Известно более 250 минералов, содержащих медь. Промышленное значение имеют: халькопирит (медный колчедан) СuFeS 2 , ковеллин (медный индиго) Сu 2 S, халькозин (медный блеск) Сu 2 S, куприт Сu 2 О, малахит СuСОз*Си(ОН) 2 и азурит 2СиСОз*Си(ОН) 2 . Почти все минералы меди ярко и красиво окрашены, например халькопирит отливает золотом, медный блеск имеет синевато- стальной цвет, азурит - густо синий со стеклянным блеском, а кусочки ковеллина отливают всеми цветами радуги. Многие из медных минералов - поделочные и драгоценные камни -самоцветы; очень высоко ценятся малахит и бирюза СuА1 6 (РO 4) 4 (ОН) 8 *5Н 2 O. Наиболее крупные месторождения медных руд находятся в Северной и Южной Америке (гл. обр. в США, Канаде, Чили, Перу, Мексике), Африке (Замбия, ЮАР), Азии (Иран, Филиппины, Япония). В России залежи медных руд имеются на Урале и Алтае.
Медные руды обычно полиметаллические: помимо меди они содержат Fe, Zn, Рb, Sn, Ni, Мо, Аu, Аg, Sе, платиновые металлы и др.
Историческая справка. Медь известна с незапамятных времён и входит в «великолепную семёрку» древнейших металлов, используемых человечеством, - это золото, серебро, медь, железо, олово, свинец и ртуть. По археологическим данным, медь была известна людям уже 6000 лет назад. Она оказалась первым металлом, заменившим древнему человеку камень в первобытных орудиях труда. Это было начало т.наз. медного века, который длился около двух тысячелетий. Из меди выковывали, а потом и выплавляли топоры, ножи, булавы, предметы домашнего обихода. По преданию, античный бог-кузнец Гефест выковал для непобедимого Ахилла щит из чистой меди. Камни для 147-метровой пирамиды Хеопса также были добыты и отёсаны медным инструментом.
Древние римляне вывозили медную руду с острова Кипр, отсюда и произошло латинское название меди - «купрум». Русское название «медь», по-видимому, связано со словом «смида», что в древности означало «металл».
В рудах, добываемых на Синайском полуострове, иногда попадались руды с примесью олова, что привело к открытию сплава меди с оловом -бронзы. Бронза оказалась более легкоплавкой и твёрдой, чем сама медь. Открытие бронзы положило начало длительному бронзовому веку (4-1-е тысячелетия до н. э.).
Свойства. Медь - металл красного цвета. Т.пл. 1083 "С, т. кип. 2567 °С, плотность 8,92 г/см. Это пластичный ковкий металл, из него можно прокатать листочки в 5 раз тоньше папиросной бумаги. Медь хорошо отражает свет, прекрасно проводит тепло и электричество, уступая только серебру.
Конфигурация внешних электронных слоев атома меди 3d 10 4s 1 (d-элемент). Хотя медь и щелочные металлы находятся в одной и той же I группе, их поведение и свойства сильно различаются. С щелочными металлами медь сближает только способность образовывать одновалентные катионы. При образовании соединений атом меди может терять не только внешний s-электрон, но один или два d-электрона предшествующего слоя, проявляя при этом более высокую степень окисления. Для меди степень окисления +2 более характерна, чем +1.
Металлическая медь малоактивна, в сухом и чистом воздухе стабильна. Во влажном воздухе, содержащем СО 2 , на её поверхности образуется зеленоватая плёнка Сu(ОН) 2* СuСОз, называемая патиной. Патина придаёт изделиям из меди и ее сплавов красивый «старинный» вид; сплошной налёт патины, кроме того, защищает металл от дальнейшего разрушения. При нагревании меди в чистом и сухом кислороде происходит образование чёрного оксида СиО; нагревание выше 375°С приводит к красному оксиду Сu 2 О. При нормальной температуре оксиды меди на воздухе устойчивы.
В ряду напряжений медь стоит правее водорода, и поэтому она не вытесняет водород из воды и в бескислородных кислотах не. Растворяться в кислотах медь может только при её одновременном окислении, например в азотной кислоте или концентрированной серной кислоте:
ЗСu + 8НNO 3 = ЗСu(NO 3) 2 + 2NО + 4Н 2 O
Сu + 2Н 2 S0 4 = СиSO 4 + SO 2 + 2Н 2 O
Фтор, хлор и бром реагируют с медью, образуя соответствующие дигалогениды, например:
Сu + Сl 2 = СuСl 2
При взаимодействии нагретого порошка меди с йодом получается иодид Сu(I), или моноиодид меди:
2Сu +I 2 = 2СuI
Медь горит в парах серы, образуя моносульфид СиS. С водородом при нормальных условиях не взаимодействует. Однако, если образцы меди содержат микропримеси оксида Си 2 O, то в атмосфере, содержащей водород, метан или оксид углерода, происходит восстановление оксида меди до металла:
Сu 2 O+ Н 2 = 2Сu + Н 2 O
Сu 2 O+ СО = 2Сu + СO 2
Выделяющиеся пары воды и СO 2 вызывают появление трещин, что резко ухудшает механические свойства металла («водородная болезнь»). Соли одновалентной меди - хлорид СuСl, сульфит Сu 2 SOз, сульфид Сu 2 S и другие - как правило, плохо растворяются в воде. Для двухвалентной меди существуют соли практически всех известных кислот; наиболее важные из них - сульфат СuSO 4 , хлорид СuСl 2 , нитрат Сu(NОз) 2 .Все они хорошо растворяются в воде, а при выделении из неё образуют кристаллогидраты, например СuСl 2 *2Н 2 O, Си(NOз) 2 *6Н 2 O, Си80 4 -5Н 2 0. Цвет солей - от зелёного до синего, т. к. ион Сu в воде гидратируется и находится в виде голубого аква-иона [Сu(Н 2 O) 6 ] 2+ , который и определяет цвет растворов солей двухвалентной меди.
Одну из важнейших солей меди - сульфат- получают растворением металла в нагретой разбавленной серной кислоте при продувании воздуха:
2Сu + 2Н 2 SO 4 + O 2 = 2СuSO 4 + 2Н 2 O
Безводный сульфат бесцветен; присоединяя воду, он превращается в медный купорос СuSO 4 -5Н 2 O - лазурно-синие прозрачные кристаллы. Благодаря свойству сульфата меди изменять окраску при увлажнении его используют для обнаружения следов воды в спиртах, эфирах, бензинах и др.
При взаимодействии соли двухвалентной меди с щёлочью образуется объёмный осадок голубого цвета - гидроксид Сu(ОН) 2 . Он амфотерный: в концентрированной щёлочи растворяется с образованием соли, в которой медь находится в виде аниона, например:
Сu(ОН) 2 + 2КОН = К 2 [Сu(ОН) 4 ]
В отличие от щелочных металлов, для меди характерна склонность к комплексообразованию - ионы Сu и Сu 2+ в воде могут образовывать комплексные ионы с анионами (Сl - , СN -), нейтральными молекулами (NH 3) и некоторыми органическими соединениями. Эти комплексы, как правило, ярко окрашены и хорошо растворяются в воде.
Получение и применение. Ещё в 19 в. медь выплавляли из руд, содержащих не менее 15% металла. В настоящее время богатые медные руды практически исчерпаны, поэтому медь гл. обр. получают из сульфидных руд, содержащих лишь 1-7% меди. Выплавка металла - длительный и многоступенчатый процесс.
После флотационной обработки исходной руды концентрат, содержащий сульфиды железа и меди, помещают в медеплавильные отражательные печи, нагреваемые до 1200 °С. Концентрат плавится, образуя т. наз. штейн, содержащий расплавленные медь, железо и серу, а также твёрдые силикатные шлаки, всплывающие на поверхность. В выплавленном штейне в виде СuS содержится около 30% меди, остальное - сульфид железа и сера. Следующая стадия - превращение штейна в т. наз. черновую медь, которое осуществляют в горизонтальных конвертерных печах, продуваемых кислородом. Сначала окисляется FeS; для связывания получающегося оксида железа в конвертер добавляют кварц - при этом образуется легко отделяемый силикатный шлак. Затем окисляется СuS, превращаясь в металлическую медь, и выделяется SO 2:
СuS + O 2 = Сu + SO 2
После удаления воздухом SO 2 оставшуюся в конвертере черновую медь, содержащую 97- 99% меди, разливают в формы и затем подвергают электролитической очистке. Для этого слитки черновой меди, имеющие форму толстых досок, подвешивают в электролизных ваннах, содержащих раствор медного купороса с добавлением Н 2 SO 4 . В тех же ваннах подвешены и тонкие листы чистой меди. Они служат катодами, а отливки из черновой меди - анодами. Во время прохождения тока на аноде происходи растворение меди, а на катоде - её выделение:
Сu - 2е = Сu 2+
Сu 2+ + 2е = Сu
Примеси, в том числе серебро, золото, платина, выпадают на дно ванны в виде илообразной массы (шлама). Выделение из шлама благородных металлов обычно окупает весь этот энергоёмкий процесс. После такого рафинирования полученный металл содержит 98-99% меди.
Медь издавна применялась в строительстве: древние египтяне строили медные водопроводы; крыши средневековых замков и церквей покрывали листовой медью, например знаменитый королевский замок в Эльсиноре (Дания) покрыт кровельной медью. Из меди изготовляли монеты и украшения. Благодаря малому электрическому сопротивлению медь является главным металлом электротехники: больше половины всей получаемой меди идёт на производство электрических проводов для высоковольтных передач и слаботочных кабелей. Даже ничтожные примеси в меди приводят к повышению её электрического сопротивления и большим потерям электроэнергии.
Высокая теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из меди детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов, трубопроводов для перекачки масел и топлив и пр. Широко используют медь и в гальванотехнике при нанесении защитных покрытий на стальные изделия. Так, например, при никелировании или хромировании стальных предметов на них предварительно осаждают медь; в этом случае защитное покрытие служит дольше и эффективней. Медь используют также в гальванопластике (т.е. при тиражировании изделий методом получения их зеркального отображения), например при изготовлении металлических матриц для печатания денежных купюр, воспроизведения скульптурных изделий.
Значительное количество меди расходуется на изготовление сплавов, которые она образует со многими металлами. Основные сплавы меди, как правило, делятся на три группы: бронзы (сплавы с оловом и другими металлами, кроме цинка и никеля), латуни (сплавы с цинком) и медно-никелевые сплавы. О бронзах и латунях в энциклопедии есть отдельные статьи. Наиболее известные медно-никелевые сплавы - мельхиор, нейзильбер, константан, манганин; все они содержат до 30-40% никеля и разные легирующие добавки. Применяют эти сплавы в кораблестроении, для изготовления деталей, работающих при повышенной температуре, в электротехнических приборах, а также для бытовых металлических изделий вместо серебра (столовые приборы).
Разнообразное применение находили и находят соединения меди. Оксид и сульфат двухвалентной меди применяют для изготовления некоторых видов искусственного волокна и для получения других соединений меди; СuО и Сu 2 О используют для производства стекла и эмалей; Сu(NОз) 2 - ситцепечатании; СuСl 2 - компонент минеральных красок, катализатор. Минеральные краски, содержащие медь, известны издревле; так, анализ древних фресок Помпеи и настенной живописи на Руси показал, что в состав красок входил основный ацетат меди Сu(OН) 2 *(СНзСОО) 2 Сu 2 , он-то и служил ярко-зелёной краской, называемой на Руси ярь-медянкой.
Медь принадлежит к числу т. наз. биоэлементов, необходимых для нормального развития растений и животных. При отсутствии или недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желтеют, растения перестают плодоносить и могут погибнуть. Поэтому многие соли меди входят в состав медных удобрений, например медный купорос, медно-калийные удобрения (медный купорос в смеси с КСд). Соли меди, кроме того, применяют и для борьбы с болезнями растений. Более ста лет для этого используется бордоская жидкость, содержащая основный сульфат меди [Сu(OН) 2 ]зСuSО 4 ; получают его по реакции:
4СuSO 4 + ЗСа(ОН) 2 = СuSO 4 * ЗСu(ОН) 2 + ЗСаSО 4
Студенистый осадок этой соли хорошо покрывает листья и долго удерживается на них, защищая растение. Аналогичным свойством обладают Сu 2 О, хлороксид меди ЗСu(ОН) 2 *СuСl 2 , а также фосфат, борат и арсенат меди.
В организме человека медь входит в состав некоторых ферментов и участвует в процессах кроветворения и ферментативного окисления; среднее содержание меди в крови человека -около 0,001 мг/л. В организмах низших животных меди намного больше, например гемоцианин - пигмент крови моллюсков и ракообразных - содержит до 0,26% меди. Среднее содержание меди в живых организмах - 2-10 - 4 % по массе.
Для человека соединения меди в большинстве своём токсичны. Несмотря на то, что медь входит в состав некоторых фармацевтических препаратов, попадание её в желудок с водой или пищей в больших количествах может вызвать тяжёлые отравления. Люди, долго работающие на выплавке меди и её сплавов, часто заболевают «медной лихорадкой» - повышается температура, возникают боли в области желудка, снижается жизненная активность лёгких. Если соли меди попали в желудок, до прихода врача необходимо срочно его промыть и принять мочегонное средство.
Заключение.
Металлы служат основным конструкционным материалом в машиностроении и приборостроении. Все они обладают общими так называемыми металлическими свойствами, но каждый элемент проявляет их в соответствии с его положением в периодической системе Д. И. Менделеева, т. е. в соответствии с особенностями строения его атома.
Металлы активно вступают во взаимодействие с элементарными окислителями с большой электроотрицательностью (галогены, кислород, сера и др.) и поэтому при рассмотрении общих свойств металлических элементов необходимо учитывать их химическую активность по отношению к неметаллам, типы их соединений и формы химической связи, так как это определяет не только металлургические процессы при их получении, но и работоспособность металлов в условиях эксплуатации.
Сегодня, когда развитие экономики идет большими темпами появилась потребность быстровозводимых строениях, при этом не требующих значительных капиталовложений. В основном это нужно для строительства торговых павильонов, развлекательных центров, складов. С применением металлоконструкций такие строения теперь можно не только легко и быстро возводить, но и с той же легкостью разбирать когда заканчивается арендный срок или для переезда на другое место. Более того в такие легко возводимые здания не трудно подвести коммуникации, отопление, свет. Здания из металлоконструкций выдерживают суровые условия природы не только по температурным режимам, но и что не мало важно по сейсмологической активности, там, где возводить кирпичные строения не легко и не безопасно.
Тот ассортимент металлоконструкций, который предлагается сегодня промышленностью легко транспортабелен, может подниматься любыми кранами. Соединение и монтаж таких конструкций может производиться как при помощи болтов, так и с помощью сварки. Появление легких металлоконструкций, которые изготавливаются и поставляются комплексно играют большую положительную роль при строительстве общественных зданий в сравнении со строительством зданий из железобетона, и значительно уменьшает сроки выполнения работ.
Список используемой литературы.
1. Хомченко Г.П. Пособие по химии для поступающих в вузы. – 3-е издание-М.: ООО «Издательство Новая Волна», ЗАО «Издательский Дом ОНИКС», 1999.-464 с.
2. А.С.Егорова. Химия. Пособие для поступающих в Вузы- 2-е издание – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 1999. – 768 с.
3. Фролов В.В. Химия: Учебное пособие для машиностроительных специальных вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986.-543 с.
Подкрепляет своим одобрением неправильный или не вполне точный ответ ученика. 1.2 Совершенствование школьного химического эксперимента при проблемном обучении 1.2.1 Принципы разработки методической системы и содержания опытов по химии в системе проблемного обучения Характерной особенностью развивающего обучения является широкое использование проблемного подхода, который включает создание...
бъективно существующую взаимосвязь между химическими элементами. Поэтому она и была названа Менделеевым «естественной» системой элементов. Периодический закон не имеет равных в истории науки. Вместо разрозненных, не связанных между собой веществ перед наукой встала единая стройная система, объединившая в одно целое все химические элементы. Менделеев указал путь направленного поиска в химии...
1. Положение металлов в таблице элементов
Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПСХЭ. К ним относятся:
2. Строение атомов металлов
У атомов металлов на наружном энергоуровне обычно 1-3 электрона. Их атомы обладают большим радиусом и легко отдают валентные электроны, т.е. проявляют восстановительные свойства.
3. Физические свойства металлов
Изменение электропроводности металла при его нагревании и охлаждении
Металлическая связь – это связь, которую осуществляют свободные электроны между катионами в металлической кристаллической решётке .
4. Получение металлов
1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом
Mе x O y + C = CO 2 + Me или Mе x O y + CO = CO 2 + Me
2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением
1 стадия – Mе x S y +O 2 =Mе x O y +SO 2
2 стадия -Mе x O y + C = CO 2 + Me или Mе x O y + CO = CO 2 + Me
3 Алюминотермия (восстановление более активным металлом)
Mе x O y + Al = Al 2 O 3 + Me
4. Водородотермия - для получения металлов особой чистоты
Mе x O y + H 2 = H 2 O + Me
5. Восстановление металлов электрическим током (электролиз)
1) Щелочные и щелочноземельные металлы получают в промышленности электролизом расплавов солей (хлоридов):
2NaCl – расплав, электр. ток. → 2 Na + Cl 2
CaCl 2 – расплав, электр. ток. → Ca + Cl 2
расплавов гидроксидов:
4NaOH – расплав, электр. ток. → 4 Na + O 2 + 2 H 2 O
2) Алюминий в промышленности получают в результате электролиза расплава оксида алюмини я в криолите Na 3 AlF 6 (из бокситов):
2Al 2 O 3 – расплав в криолите, электр. ток. → 4 Al + 3 O 2
3) Электролиз водных растворов солей используют для получения металлов средней активности и неактивных:
2CuSO 4 +2H 2 O – раствор, электр. ток. → 2 Cu + O 2 + 2 H 2 SO 4
5. Нахождение металлов в природе
Самый распространённый в земной коре металл – алюминий. Металлы встречаются как в соединениях, так и в свободном виде.
1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)
2. Средн ей активности – в виде оксидов, сульфидов (Fe 3 O 4 , FeS 2 )
3. Благородные – в свободном виде (Au , Pt , Ag )ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Общие химические свойства металлов представлены в таблице:
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Закончить уравнения практически осуществимых реакций, назвать продукты реакции
Li+ H 2 O =
Cu + H 2 O =
Al + H 2 O =
Ba + H 2 O =
Mg + H 2 O =
Ca + HCl=
Na + H 2 SO 4 (К
)=
Al + H 2 S=
Ca + H 3 PO 4 =
HCl + Zn =
H 2 SO 4 (к
)+ Cu=
H 2 S + Mg =
HCl + Cu =
HNO 3 (K)+
С
u =
H 2 S + Pt =
H 3 PO 4 + Fe =
HNO 3 (p)+ Na=
№2. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):
Al + O 2 =
Li + H 2 O =
Na + HNO 3 (k) =
Mg + Pb(NO 3) 2 =
Ni + HCl =
Ag + H 2 SO 4 (k) =№3. Вставьте вместо точек пропущенные знаки (<, > или =)
Заряд ядра | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Число энергетических уровней | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Число внешних электронов | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Радиус атома | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
Восстановительные свойства | Li…Rb | Na…Al | Ca…K |
№4. Закончите УХР, расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель (восстановитель):
K+ O 2 =
Mg+ H 2 O =
Pb+ HNO 3 (p) =
Fe+ CuCl 2 =
Zn + H 2 SO 4 (p) =
Zn + H 2 SO 4 (k) =
№5. Решите тестовые задания
1.Выберите группу элементов, в которой находятся только металлы: А ) Al, As, P; Б ) Mg, Ca, Si; В ) K, Ca, Pb 2. Выберите группу, в которой находятся только простые вещества – неметаллы: А ) K 2 O, SO 2 , SiO 2 ; Б ) H 2 , Cl 2 , I 2 ; В )Ca, Ba, HCl; 3. Укажите общее в строении атомов K и Li: А) 2 электрона на последнем электронном слое; Б) 1 электрон на последнем электронном слое; В) одинаковое число электронных слоев. 4. Металлический кальций проявляет свойства: А) окислителя; Б) восстановителя; В) окислителя или восстановителя в зависимости от условий. 5. Металлические свойства натрия слабее, чем у – А) магния;Б) калия;В) лития. 6. К неактивным металлам относятся: А) алюминий, медь, цинк;Б) ртуть, серебро, медь; В) кальций, бериллий, серебро. 7. Какое физическое свойство не является общими для всех металлов: А) электропроводность,Б) теплопроводность, В) твердое агрегатное состояние при нормальных условиях, Г) металлический блеск |
Часть В. Ответом к заданиям этой части является набор букв, которые следует записать Установите соответствие. С увеличением порядкового номера элемента в главной подгруппе II группы Периодической системы свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются следующим образом: |