Определяющие свойства простых веществ металлов. Физические свойства металлов

Если в периодической таблице элементов Д.И.Менделеева провести диагональ от бериллия к астату, то слева внизу по диагонали будут находиться элементы-металлы (к ним же относятся элементы побочных подгрупп, выделены синим цветом), а справа вверху – элементы-неметаллы (выделены желтым цветом). Элементы, расположенные вблизи диагонали – полуметаллы или металлоиды (B, Si, Ge, Sb и др.), обладают двойственным характером (выделены розовым цветом).

Как видно из рисунка, подавляющее большинство элементов являются металлами.

По своей химической природе металлы – это химические элементы, атомы которых отдают электроны с внешнего или предвнешнего энергетического уровней, образуя при этом положительно заряженные ионы.

Практически все металлы имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов (от 1 до 3) на внешнем энергетическом уровне. Для металлов характерны низкие значения электроотрицательности и восстановительные свойства.

Наиболее типичные металлы расположены в начале периодов (начиная со второго), далее слева направо металлические свойства ослабевают. В группе сверху вниз металлические свойства усиливаются, т.к увеличивается радиус атомов (за счет увеличения числа энергетических уровней). Это приводит к уменьшению электроотрицательности (способности притягивать электроны) элементов и усилению восстановительных свойств (способность отдавать электроны другим атомам в химических реакциях).

Типичными металлами являются s-элементы (элементы IА-группы от Li до Fr. элементы ПА-группы от Мg до Rа). Общая электронная формула их атомов ns 1-2 . Для них характерны степени окисления + I и +II соответственно.

Небольшое число электронов (1-2) на внешнем энергетическом уровне атомов типичных металлов предполагает легкую потерю этих электронов и проявление сильных восстановительных свойств, что отражают низкие значения электроотрицательности. Отсюда вытекает ограниченность химических свойств и способов получения типичных металлов.

Характерной особенностью типичных металлов является стремление их атомов образовывать катионы и ионные химические связи с атомами неметаллов. Соединения типичных металлов с неметаллами — это ионные кристаллы «катион металлаанион неметалла», например К + Вг — , Сa 2+ О 2-. Катионы типичных металлов входят также в состав соединений со сложными анионами — гидроксидов и солей, например Мg 2+ (OН —) 2 , (Li +)2СO 3 2-.

Металлы А-групп, образующие диагональ амфотерности в Периодической системе Ве-Аl-Gе-Sb-Ро, а также примыкающие к ним металлы (Gа, In, Тl, Sn, Рb, Вi) не проявляют типично металлических свойств. Общая электронная формула их атомов ns 2 np 0-4 предполагает большее разнообразие степеней окисления, большую способность удерживать собственные электроны, постепенное понижение их восстановительной способности и появление окислительной способности, особенно в высоких степенях окисления (характерные примеры — соединения Тl III , Рb IV , Вi v). Подобное химическое поведение характерно и для большинства (d-элементов, т. е. элементов Б-групп Периодической системы (типичные примеры — амфотерные элементы Сr и Zn).

Это проявление двойственности (амфотерности) свойств, одновременно металлических (основных) и неметаллических, обусловлено характером химической связи. В твердом состоянии соединения нетипичных металлов с неметаллами содержат преимущественно ковалентные связи (но менее прочные, чем связи между неметаллами). В растворе эти связи легко разрываются, а соединения диссоциируют на ионы (полностью или частично). Например, металл галлий состоит из молекул Ga 2 , в твердом состоянии хлориды алюминия и ртути (II) АlСl 3 и НgСl 2 содержат сильно ковалентные связи, но в растворе АlСl 3 диссоциирует почти полностью, а НgСl 2 — в очень малой степени (да и то на ионы НgСl + и Сl —).

Общие физические свойства металлов

Благодаря наличию свободных электронов («электронного газа») в кристаллической решетке все металлы проявляют следующие характерные общие свойства:

1) Пластичность — способность легко менять форму, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы.

2) Металлический блеск и непрозрачность. Это связано со взаимодействием свободных электронов с падающими на металл светом.

3) Электропроводность . Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов. При нагревании электропроводность уменьшается, т.к. с повышением температуры усиливаются колебания атомов и ионов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направленное движение «электронного газа».

4) Теплопроводность. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая теплопроводность — у висмута и ртути.

5) Твердость. Самый твердый – хром (режет стекло); самые мягкие – щелочные металлы – калий, натрий, рубидий и цезий – режутся ножом.

6) Плотность. Она тем меньше, чем меньше атомная масса металла и больше радиус атома. Самый легкий — литий (ρ=0,53 г/см3); самый тяжелый – осмий (ρ=22,6 г/см3). Металлы, имеющие плотность менее 5 г/см3 считаются «легкими металлами».

7) Температуры плавления и кипения. Самый легкоплавкий металл – ртуть (т.пл. = -39°C), самый тугоплавкий металл – вольфрам (t°пл. = 3390°C). Металлы с t°пл. выше 1000°C считаются тугоплавкими, ниже – низкоплавкими.

Общие химические свойства металлов

Сильные восстановители: Me 0 – nē → Me n +

Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.

I. Реакции металлов с неметаллами

1) С кислородом:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) С серой:
Hg + S → HgS

3) С галогенами:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) С азотом:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) С фосфором:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) С водородом (реагируют только щелочные и щелочноземельные металлы):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Реакции металлов с кислотами

1) Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до H восстанавливают кислоты-неокислители до водорода:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2 ­

2) С кислотами-окислителями:

При взаимодействии азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной с металлами водород никогда не выделяется!

Zn + 2H 2 SO 4(К) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(К) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(К) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4(к) + Сu → Сu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (к) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Взаимодействие металлов с водой

1) Активные (щелочные и щелочноземельные металлы) образуют растворимое основание (щелочь) и водород:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Металлы средней активности окисляются водой при нагревании до оксида:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2 ­

3) Неактивные (Au, Ag, Pt) — не реагируют.

IV. Вытеснение более активными металлами менее активных металлов из растворов их солей:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

В промышленности часто используют не чистые металлы, а их смеси - сплавы , в которых полезные свойства одного металла дополняются полезными свойствами другого. Так, медь обладает невысокой твердостью и малопригодна для изготовления деталей машин, сплавы же меди с цинком (латунь ) являются уже достаточно твердыми и широко используются в машиностроении. Алюминий обладает высокой пластичностью и достаточной легкостью (малой плотностью), но слишком мягок. На его основе готовят сплав с магнием, медью и марганцем — дуралюмин (дюраль), который, не теряя полезных свойств алюминия, приобретает высокую твердость и становится пригодным в авиастроении. Сплавы железа с углеродом (и добавками других металлов) — это широко известные чугун и сталь.

Металлы в свободном виде являются восстановителями. Однако реакционная способность некоторых металлов невелика из-за того, что они покрыты поверхностной оксидной пленкой , в разной степени устойчивой к действию таких химических реактивов, как вода, растворы кислот и щелочей.

Например, свинец всегда покрыт оксидной пленкой, для его перехода в раствор требуется не только воздействие реактива (например, разбавленной азотной кислоты), но и нагревание. Оксидная пленка на алюминии препятствует его реакции с водой, но под действием кислот и щелочей разрушается. Рыхлая оксидная пленка (ржавчина ), образующаяся на поверхности железа во влажном воздухе, не мешает дальнейшему окислению железа.

Под действием концентрированных кислот на металлах образуется устойчивая оксидная пленка. Это явление называется пассивацией . Так, в концентрированной серной кислоте пассивируются (и после этого не реагируют с кислотой) такие металлы, как Ве, Вi, Со, Fе, Мg и Nb, а в концентрированной азотной кислоте — металлы А1, Ве, Вi, Со, Сг, Fе, Nb, Ni, РЬ, Тh и U.

При взаимодействии с окислителями в кислых растворах большинство металлов переходит в катионы, заряд которых определяется устойчивой степенью окисления данного элемента в соединениях (Nа + , Са 2+ ,А1 3+ ,Fе 2+ и Fе 3+)

Восстановительная активность металлов в кислом растворе передается рядом напряжений. Большинство металлов переводится в раствор соляной и разбавленной серной кислотами, но Сu, Аg и Нg — только серной (концентрированной) и азотной кислотами, а Рt и Аи — «царской водкой».

Коррозия металлов

Нежелательным химическим свойством металлов является их , т. е. активное разрушение (окисление) при контакте с водой и под воздействием растворенного в ней кислорода (кислородная коррозия). Например, широко известна коррозия железных изделий в воде, в результате чего образуется ржавчина, и изделия рассыпаются в порошок.

Коррозия металлов протекает в воде также из-за присутствия растворенных газов СО 2 и SО 2 ; создается кислотная среда, и катионы Н + вытесняются активными металлами в виде водорода Н 2 (водородная коррозия ).

Особенно коррозионно-опасным может быть место контакта двух разнородных металлов (контактная коррозия). Между одним металлом, например Fе, и другим металлом, например Sn или Сu, помещенными в воду, возникает гальваническая пара. Поток электронов идет от более активного металла, стоящего левее в ряду напряжений (Ре), к менее активному металлу (Sn, Сu), 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 усиливается при его покрытии более активным металлом или при их сплавлении ; так, покрытие железа хромом или изготовление сплава железа с хромом устраняет коррозию железа. Хромированное железо и сталь, содержащая хром (нержавеющая сталь ), имеют высокую коррозионную стойкость.

электрометаллургия , т. е. получение металлов электролизом расплавов (для наиболее активных металлов) или растворов солей;

пирометаллургия , т. е. восстановление металлов из руд при высокой температуре (например, получение железа в доменном процессе);

гидрометаллургия , т. е. выделение металлов из растворов их солей более активными металлами (например, получение меди из раствора СuSO 4 действием цинка, железа или алюминия).

В природе иногда встречаются самородные металлы (характерные примеры — Аg, Аu, Рt, Нg), но чаще металлы находятся в виде соединений (металлические руды ). По распространенности в земной коре металлы различны: от наиболее распространенных — Аl, Nа, Са, Fе, Мg, К, Тi) до самых редких — Вi, In, Аg, Аu, Рt, Rе.

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

Металлы: общая характеристика

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

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

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

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

Все они имеют несколько особенностей электронного строения атома:

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

• ионы;
• атомы;
• электроны.

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

Физические свойства

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

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

Химические свойства

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

В результате этого металлы способны реагировать с:

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

Щелочноземельные металлы

Общая характеристика щелочноземельных металлов следующая:

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

Щелочные металлы

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

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

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

Общая характеристика металлов d- и f-семейств

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

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

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

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

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

Побочные подгруппы периодической системы

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

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

Сплавы

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

Наиболее известными сплавами на сегодняшний день являются:

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

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

Сравнение свойств металлов и неметаллов

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

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

Часть I

1. Металлы (М) располагаются в I-III группах, или в нижней части IV-VI групп. Только из металлов состоят В группы.

2. У атомов металлов 1-3 электрона во внешнем электронном слое и сравнительно большой радиус атома. Атомы металлов имеют тенденцию к отдаче внешних электронов.

3. Простые вещества - металлы состоят из элементов, связанных металлической химической связью, которую можно отобразить общей схемой:

4. Все М - твёрдые вещества, кроме Hg . Самые мягкие металлы IA группы, самый твердый -Cr.

5. М обладают тепло- и электропроводностью и имеют металлический блеск.

6. Олово обладает свойством образовывать два простых вещества - белое и серое, т. е. свойством аллотропии.

7. Дополните таблицу "Свойства и применение некоторых металлов".

Часть II

1. Выберите названия простых веществ - металлов. Из букв, соответствующих правильным ответам, вы составите название металла, которое в переводе с греческого означает «камень»: литий.
2) магний Л
3) кальций И
5) медь Т
7) золото И
8) ртуть Й

2. Неверны следующие утверждения, характеризующие металлы:
5) непластичные и нековкие

3. Выберите четыре самых электропроводных металла (цифры расположите в порядке убывания электропроводности) из перечня:
1) серебро
2) золото
3) алюминий
4) железо
5) марганец
6) калий
7) натрий

Ответ: 1, 2, 3, 7.

4. Составьте схемы образования металлической химической связи для веществ с формулами:

5. Проанализируйте рисунок «Металлическая кристаллическая решётка».

Сделайте вывод о причинах пластичности, тепло- и электропроводности металлов.
Каждый атом металла окружен восемью соседними атомами. Оторвавшиеся внешние электроны свободно движутся от одного образовавшегося иона к другому, соединяя ионный остов металла в гигантскую молекулу. Высокая теплопроводность, электрическая проводимость металлов обусловлены наличием в их кристаллических решетках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Большинство металлов пластичны из-за смещения слоев атомов металлов без разрыва связи между ними.

6. Заполните таблицу «Металлы». Данные для таблицы найдите с помощью дополнительных источников информации, в том числе Интернета.

7. С помощью Интернета и других источников информации подготовьте небольшое сообщение на тему «Ртуть в жизни человека» по следующему плану:
1) знания о ртути в древности и в Средние века;
2) токсичность ртути и меры безопасности при работе с ней;
3) применение ртути в современной промышленности.

1) Ртуть входила в число 7 металлов, её считают прародительницей всех металлов, использовали не только саму ртуть, но и её сплав киноварь.
2) Она очень токсична, испаряется при комнатной температуре, и при вдыхании отравляет человека. Накапливаясь в организме, она поражает внутренние органы, дыхательные пути, кроветворные органы и головной мозг.
3) Ртуть используют очень широко. В химической промышленности в качестве катода при получении гидроксида натрия, как катализатор при получении многих органических соединений, при растворении урановых блоков (в атомной энергетике). Этот элемент применяется при изготовлении ламп дневного света, кварцевых ламп, манометров, термометров и других научных приборов.

Изучение параграфа поможет вам:

· приводить примеры простых веществ металлов и неметаллов;

· различать металлы и неметаллы, металлические и неметаллические элементы;

· пользоваться периодической системой как справочной для определения размещения в ней некоторых неметаллических и металлических химических элементов.

КАКИЕ ВЕЩЕСТВА НАЛИВАТЬ ДО ПРОСТЫХ? Особенностью любой науки является то, что исследуемые объекты подлежат классификации. Химическая наука не является исключением, ведь вещества без надлежащей классификации изучать невозможно.

За качественным составом вещества подразделяют на простые и сложные.

Простые вещества - это вещества, образованные атомами одного химического элемента

В приведенном перечне формул: Fe, О 2 , Н 2 О, NaHCO 3 , NaCl, H 2 SO 4 , N 2 , Аl 2 O 3 , Аl, O 3 найдем формулы простых веществ. Пользуясь указанным выше определением простых веществ, делаем вывод, что это будут формулы: Fe, O 2, N 2, Аl, В 3 . Другие формулы образованы из атомов разных химических элементов. Как вам известно из естествознания, это - сложные вещества.

Атомы одного химического элемента могут образовывать несколько простых веществ. Например, из атомов Кислорода состоят молекулы кислорода O 2 и озона их химические формулы отличаются количеством атомов Кислорода. Именно это отражено на рисунке 55.

Рис. 55. Модели молекул кислорода (а) и озона (6)

* Разделение чего-либо по определенным признакам.

Рис. 56. Алмаз (а) и графит (в) и модели их структуры (6. г)

Из атомов Карбона образованы самое твердое природное вещество алмаз, и настолько мягкий, что оставляет надписи на бумаге, - графит. Химические формулы этих веществ записывают одинаково - С. Различия в свойствах алмазуq графита обусловлены не разным количественным или качественным составом, но разным пространственным размещение атомов Углерода в веществе относительно друг друга (рис. 56). У графита они размещены слоями, причем расстояния между атомами внутри одного слоя значительно меньше, чем между соседними слоями (рис. 56г.) Поэтому достаточно слегка нажать на карандаш и целостность между слоями нарушается. В алмазе атомы Углерода размещены таким образом, что находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, а связи между ними направлены к вершинам тетраэдра (рис. 56б). Это обусловливает высокую твердость вещества.

Несмотря на приведенные примеры, подумайте, чего больше - химических элементов или простых веществ.

По современной украинской химической номенклатуре названия некоторых простых веществ не совпадают с названиями химических элементов, из которых они образовались. В таблице приведены примеры таких веществ. Ознакомьтесь с ними.

Найдите в таблице и выпишите в тетрадь названия и формулы простых веществ. в которых молекула образована двумя или более атомами.

Таблица 4

Формулы и названия простых веществ

Простое вещество		Название химического элемента	Простое вещество		Название химического элемента
	Название			Название
		Аргентум
				кислород
		Меркурий		графит, алмаз

Обратите внимание! Названия простых веществ пишут с малой буквы, названия химических элементов - с большой.

МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ. Простые вещества разделяют на металлы и неметаллы. К металлам относятся цинк Zn, калий К, кальций Са, магний Mg, олово Sn, свинец Pb, медь Cu, железо Fe, алюминий Аl, серебро Ag, золото Аи и другие (рис. 57).

Примерами неметаллов является водород H 2 кислород O 2 и озон О 3 , азот N 2 , гелий Не, неон Ne, аргон Аг, углерод С (такую совместную наяву применяют к всех простых веществ Углерода), сера S, фосфор Р, хлор Сl 2 , йод I 2 и другие (рис. 58).

Среди химических элементов преобладают металлические. Из известных на сегодня химических элементов неметаллическими только 22.

В параграфах 6 и 7 были рассмотрены основные физические свойства веществ. Ориентируясь на это, составим характеристики простых веществ металлов и неметаллов.

Общими свойствами всех металлов является высокая теплопроводность и электропроводность; серый, серебристо-серый цвет (примеры исключений: золото - желтое, медь - кирпично-красная); отсутствие запаха; пластичность - их легко ковать, вытягивать в проволоку, прокатывать в листы. Все металлы при комнатной температуре находятся в твердом агрегатном состоянии, кроме ртути (жидкость).

Перечисленные свойства не характерные для неметаллов. Поэтому о них можно сказать, что это простые вещества, которые не имеют металлических свойств. Так, неметаллы не проводят или плохо проводят тепло и электрический ток, являются хрупкими, а не пластичными. Водород, кислород, азот, фтор, хлор, гелий, аргон и другие при комнатной температуре находятся в газообразном агрегатном состоянии. Фосфор, углерод, сера, йод являются твердыми веществами, бром - жидкость. У неметаллов наблюдается больше отличий по цвету, чем у металлов. Так, кислород и водород бесцветные, сера желтая, хлор - желто-зеленый, бром - темно-бурый.

Рис. 57. Образцы металлов: а - цинк; б - алюминий, в - железо, г - медь

Рис. 58. Образцы неметаллов: а - йод, сера, в - фосфор, г - хлор

Следует подчеркнуть, что разделение простых веществ только по физическим свойствам на металлы и неметаллы является неточным. Например, неметал йод имеет металлический блеск, а неметалу графита свойственна высокая электропроводность. В следующих классах вы расширите знания о деление простых веществ на металлы и неметаллы на основе различий строения их атомов и химических свойств.

РАЗМЕЩЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ. Химические элементы, атомы которых образованы простые вещества - металлы, называют металлическими, а химические элементы, атомы которых образованы простые вещества - неметаллы - неметаллическими.

В параграфе 12 вы впервые познакомились с периодической системой химических элементов. Теперь вам известно, что химические элементы размещены с увеличением заряда ядер атомов, и что за каждым элементом неизменно закреплена одна ячейка. А существует ли какая-то закономерность в размещении металлических и неметаллических элементов в периодической системе? Чтобы получить ответ на этот вопрос, поработаем с таблицей. Выберем для рассмотрения 1-й, 2-й и 3-й периоды. В первом периоде металлические элементы отсутствуют. Второй период начинается металлическим элементом Литием Li. Следующий элемент Бериллий Be тоже относится к металлических. Остальные элементы этого периода єнеметалічними.

Третий период также начинается металлическим элементом Натрием Na, после которого размещены еще два металлических элемента - Магний Mg и Алюминий Аl. Далее, как и во втором периоде, размещены неметаллические элементы.

Прочитайте вслух названия элементов 1-го, 2-го и 3-го периодов.

Несколько по-другому размещены металлические и неметаллические элементы в вертикальных столбиках таблицы - группах, пронумерованы римскими цифрами от i до VIII. Так, все ячейки i И II групп (кроме первой И в группе) заполнены металлическими элементами. В начале остальных групп размещены неметаллические элементы, а в конце - металлические.

Найдите с учителем и прочитайте вслух названия неметаллических элементов, которыми начинаются III- VIII группы.

Рассмотренные примеры иллюстрируют общее правило размещения металлических и неметаллических элементов в периодах и группах периодической системы:

Металлические элементы размещены в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева в начале периодов и в конце групп, а неметаллические - в конце периодов и в начале групп.

Рис. 59. Распространение химических элементов на Земле (по массе)

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРИРОДЕ. Хотя в природе в составе различных веществ встречаются около 90 химических элементов, распространены они неравномерно. Есть элементы-лидеры, а есть такие, содержимое которых очень мал.

По рис. 59 выясните, три металлических и три неметаллических элементы самые распространенные на Земле. Металлические или неметаллические химические элементы преобладают в составе веществ на планете Земля?

Копилка эрудита

Среди простых веществ есть свои «чемпионы» из тех или иных физических свойств. Так, алмаз имеет самую высокую твердость, металл вольфрам - наиболее тугоплавкий. Самым легким металлом является литий, а самым легким неметалом - водород. Среди металлов самую высокую теплопроводностью обладают серебро, медь, алюминий. Низкая теплопроводность у висмута и ртути. Существуют мягкие металлы, которые можно резать ножом, например, натрий, калий, кальций, а наибольшую твердость среди металлов имеет хром - им можно резать стекло. Высокая пластичность у золота. Это позволяет изготавливать из него пленку всего лишь 0,003 мм толщиной.

1. Какие вещества называют простыми? Приведите примеры.

2. На какие группы подразделяют простые вещества? Представителей какой группы существует больше?

3. Назовите общие физические свойства металлов.

4. Что вам известно о расположении металлических и неметаллических элементов в периодической системе?

5. Каким металлическим элементом начинается 4-й период?

6. Каким неметалічним элементом начинается V группа?

7. Назовите по три распространенные на Земле неметаллические и металлические химические элементы.

8. Из перечня химических элементов выберите неметаллические и расположите их в порядке увеличения относительной атомной массы: Магний, Кислород, Водород, Железо, Азот, Хлор.

9. Пользуясь периодической системой химических элементов, назовите химический элемент, размещенный в 3-м периоде и VIII группе. До металлических или неметаллических элементов он принадлежит? Сколько протонов и электронов в составе его атома?

10. Заполните пропуски в предложениях словами «металлическим», «неметалічним» и названиями соответствующих элементов Второй период периодической системы начинается_________ элементом _________ , а заканчивается ________ элементом ___________.

Шестая группа периодической системы начинается элементом_________ , а заканчивается элементом ________ ,

11. Укажите как можно больше признаков, по которым заключен перечни простых веществ:

а) кислород, азот, водород;

6) серебро, железо, алюминий?

Выполните проект на тему «Химические элементы в составе различных небесных тел».

Из 109 химических элементов Периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева 87 элементов образуют в свободном состоянии простые вещества с металлической связью.

Еще в давние времена человек обращал свое внимание на особые свойства металлов: их можно плавить, а после этого придавать им любую форму, изготовив при этом наконечники копий и стрел, секиры и мечи, посуду и даже плуги. Как нам известно, из истории, на смену каменному веку пришел медный век, затем – бронзовый, еще позже – железный. Абсолютно все металлы, кроме ртути, в своем обычном состоянии твердые вещества, обладающие определенным набором общих свойств. Металлы – это пластичные, ковкие, тягучие вещества, обладающие металлическим блеском, а также способностью проводить электрический ток и тепло.

В древние времена, металлам приписывались различные чудодейственные свойства. В Древнем Египте семь металлов считались олицетворением семи планет на Земле.

Такой драгоценный металл как золото, наши праотцы олицетворяли с Солнцем, серебро – с Луной, медь – с Венерой, железо – с Марсом, олово – с Юпитером, свинец – с Сатурном, ртуть – с Меркурием. Количество металлов, которое на тот момент было известно людям, казалось бы, только подтверждало подобную взаимосвязь между планетами и металлами. Когда в шестнадцатом веке алхимики сумели открыть металлическую сурьму, они на протяжении долгого времени не хотели признавать ее металлом – ведь для сурьмы на небе не хватало определенной планеты.

М.В. Ломоносов описывал металлы как «светлое тело, которое ковать можно», он приписывал это свойство к золоту, серебру, меди, олову, железу и свинцу. А. Лавузье упоминал в своей книге «Начальный курс химии» написанной в 1789 году, уже около семнадцати металлов. В начале девятнадцатого века произошло открытие платиновых металлов. В наши дни, число металлов которые известны человеку, достигло 87.

Пластичность – одно из важнейших свойств металлов, позволяющее им видоизменять свою форму при ударе, сплющиваться в тонкие листы или вытягиваться в проволоку. Таким образом, подвижные обобществленные электроны смягчают перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Именно поэтому обработка металла при изменении его формы происходит без разрушения оного.

По своей пластичности, из драгоценных металлов можно выделить золото. Всего из одного грамма золота можно изготовить проволоку протяженностью в три километра.

Наличие обобществленных электронов объясняет также и такое характерное свойство металлов, как их электропроводность. Хватит даже небольшой разности потенциалов, и хаотично двигающиеся электроны начинают перемещаться в строго упорядоченном направлении. Самыми оптимальными проводниками электрического тока являются такие металлы как серебро, медь, золото, алюминий. В такой последовательности, уменьшается их электропроводность.

Помимо этого, свободные электроны являются причиной блеска металлов. Свет поглощается поверхностью металла, его электроны начинают испускать свои, уже вторичные, волны излучения, мы их можем наблюдать как металлический блеск. Хорошим примером этого могут послужить такие металлы как ртуть, медь серебро – они прекрасно отражают свет.

Большое количество металлов фигурирует в природе в виде руды и различных соединений. Они могут образовывать сульфиды, оксиды, карбонаты и многие другие химические соединения. Чтобы получить чистый метал из руды необходимо выделить его и произвести очистку. Если возникает необходимость, то производится легирование и другая обработка металла. Наука, которая изучает металлы, а также все, что связано с ними называется металлургия.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – .
Первый урок – бесплатно!

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.