Меню Рубрики

Металлические свойства хим элементов с точки зрения химии

«О сколько нам открытий чудных
Готовит просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог – изобретатель…»

(А.С.Пушкин)

Цели урока. Обобщить и систематизировать знания и умения учащихся по изученной теме. Учащиеся должны знать терминологию по теме, периодический закон, строение периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева (ПСХЭМ) и атома, значение периодического закона. Уметь по электронной формуле атома определять химический символ элемента, положение его в ПСХЭМ, работать самостоятельно и коллективно, выделять главное, сравнивать, делать выводы.

Оборудование. Портрет Д.И.Менделеева, ПСХЭМ, конверты с заданиями для команд, жетоны.

Учитель. Добрый день, ребята и гости! Сегодня на нашем уроке присутствуют директор школы, завуч, классные руководители, учителя, учащиеся-ассистенты из старших классов. Ребята, будьте внимательны и сосредоточены! Недавно мы отмечали открытие периодического закона, прославившего русскую науку и нашу Родину. Вещие слова Д.И.Менделеева: «Посев научный взойдет для жатвы народной» – сбылись. Я надеюсь, что в нашей школе готовят настоящих знатоков химии, которые много знают, много умеют, а самое главное – смогут правильно использовать свои умения на практике. Наш не совсем обычный урок посвящен периодическому закону, ПСХЭМ и строению атома. Начнем урок с викторины «Термины».

1. Уберите приставку, и устойчивые отношения между явлениями в природе и обществе превратятся в реку Кон, протекающую в Северном Казахстане.

2. К названию вещества, вызывающего отравление, добавьте название города Ро, расположенного в Северной Италии, и вы получите центральную, положительно заряженную часть атома.

3. В какой элементарной частице с наименьшим отрицательным электрическим зарядом «протекает» река Лек в Нидерландах?

(Электрон – р. Лек.)

4. При отбрасывании единицы электрического сопротивления в названии мельчайшей частицы химического элемента, состоящей из ядра и электронов, она превращается в город Ат, расположенный в Бельгии.

5. К названию звука определенной высоты прибавьте приставку «про» впереди слова, и вы получите элементарную частицу, имеющую положительный заряд и входящую в состав всех атомных ядер.

6. В какой электрически нейтральной элементарной частице с массой, почти равной массе протона, «зашифрована» река Ей, протекающая в Судане?

7. Какой атом химического элемента, отличающийся от другого атома того же элемента своей массой, «включает» город Ито, находящийся в Японии?

8. Одинаково названы: 1) горизонтальная последовательность химических элементов, построенная по возрастанию их атомных номеров, начинающаяся щелочным металлом и заканчивающаяся инертным газом; 2) промежуток времени, в течение которого что-нибудь происходит;
3) повторяющаяся группа цифр в записи бесконечной дроби; 4) относительно законченный фрагмент текста, части которого связаны между собой синтаксически, лексически и интонационно. Как именно?

9. Это: 1) вертикальная последовательность химических элементов, построенная по возрастанию их атомных номеров, обладающих однотипным электронным строением атомов и являющихся химическими аналогами; 2) несколько предметов, людей, животных, расположенных близко друг к другу, соединенных вместе; 3) совокупность людей, объединенных общностью интересов, профессии, деятельности, а также совокупность предметов, объединенных общностью признаков. Как их называют?

10. Добавьте две буквы, и путь движения космического корабля в гравитационном поле какого-нибудь небесного тела превратится в область пространства вокруг ядра атома, где движется электрон.

11. Каким словом одинаково названы: 1) совокупность химических элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность; 2) единство, определенный порядок в расположении чего-нибудь или в связи действий; 3) форма организации чего-нибудь; 4) форма общественного устройства; 5) совокупность организаций, объединенных в одно целое; 6) техническое устройство, конструкция?

12. Так называют графическое выражение периодического закона, отражающее природную систему химических элементов, и сведения о чем-нибудь, данные, расположенные по графам.

13. Совокупность атомов определенного вида и химический источник электрического тока имеют одинаковое название. Какое?

Учитель. Молодцы, ребята! Вы очень хорошо знаете термины. Но необходимо уметь писать их грамотно. Выполняем письменную работу в виде конкурса «Исчезнувшие буквы». За этот конкурс команда сможет получить максимум 5 жетонов, каждая допущенная ошибка – это минус один жетон. Всем вам раздали листки с названиями команд. Напишите каждый на листке свою фамилию. После выполнения задания ассистенты соберут листки и передадут в жюри для проверки.

Конкурс «Исчезнувшие буквы»

Вставьте пропущенные буквы в химических терминах.

1) Ат. м. 11) Мас…а.
2) П…р…од. ческий. 12) Д…агра…а.
3) З…кон. 13) Эл…мент.
4) Эл…ктрон. 14) М…тал… .
5) Пр…тон. 15) Г…л…гены.
6) Н…йтрон. 16) Атом…ая.
7) Из…топ. 17) М…лекуля…ная.
8) П…риод. 18) С…ст…ма.
9) Гру…а. 19) Эл…ктро…ый.
10) Орб…таль. 20) Подгру…а.

Учитель. Сейчас я предлагаю вашему вниманию викторину «Знаете ли вы ученых?».

Викторина «Знаете ли вы ученых?»

1. Какие ученые установили, что атом делим, состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов?

(Э.Резерфорд, 1911 г., Н.Бор, 1913 г.)

2. Что представляет собой атомная модель Э.Резерфорда?

(Атомы химических элементов имеют сложное внутреннее строение.
В центре атома находится положительно заряженное ядро.
Вокруг ядра постоянно движутся электроны.
В целом атом электронейтрален.)

3. Каковы постулаты Н.Бора?

(Электрон вращается вокруг ядра по строго
определенным (стационарным) орбитам.
Энергия излучается и поглощается при переходе
электрона с одной стационарной орбиты на другую.)

4. Кем и когда была создана протонно-нейтронная теория?

(Д.Д.Иваненко и Е.Н.Гапоном, 1932 г.)

5. Электричество переносится мельчайшими частицами, существующими в атомах всех химических элементов. Кто и когда ввел термин «электрон» (от греч. – янтарь)?

6. Какие ученые определили, что электроны несут отрицательный заряд?

(Дж.Томсон и Ж.Перрен.)

7. Кто определил удельный заряд и массу электрона?

8. В каком году и кто выдвинул идею о двойственной природе электрона (волна и частица)?

(В 1927 г. Луи де Бройль.)

9. Кто до Менделеева объединил сходные по свойствам элементы (естественные семейства)?

10. Кто до Менделеева обнаружил повторяемость свойств через семь элементов («закон октав»)?

11. Кто до Менделеева выделил триады элементов?

12. «Я думаю, что нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов Менделеева». Чьи это слова и кто открыл галлий – экаалюминий?

(П.Лекок де Буабодран, Франция, 1875 г.)

13. «Нет никакого сомнения, что в Скандии открыт экабор. Мысли русского химика подтверждаются самым наглядным образом». Чьи это слова и кто открыл скандий – экабор?

(Л.Нильсон, Швеция, 1879 г.)

14. «Вряд ли может существовать более яркое доказательство учения о периодичности элементов. Оно знаменует собой выдающееся расширение химического поля зрения, гигантский шаг в области познания». Чьи это слова и кто открыл германий – экасилиций?

(К.Винклер, Германия, 1886 г.)

15. Кто открыл в 1896 г. явление радиоактивности?

(А.А.Беккерель, французский физик.)

16. Кто и в каком году установил, что заряд ядра атома (в условных единицах) численно равен атомному номеру элемента в периодической системе элементов Д.И.Менделеева?

(Г.Мозли, английский физик, 1914 г.)

17. Когда и кем был сформулирован порядок заполнения электронных подуровней?

(В 1951 г. советским ученым В.М.Клечковским.)

Учитель. Ребята, вы отлично справились и с этим заданием. Теперь проведем с вами викторину «Угадай». Из четырех вариантов ответа выберите один – правильный.

Викторина «Угадай»

Задания для первой команды

1. Какой протон на вкус?

а) Сладкий;
б) кислый;
в) горький;
г) соленый.

2. Годом открытия Д.И.Менделеевым периодического закона считают:

а) 1838 г.;
б) 1849 г.;
в) 1859 г.;
г) 1869 г.

3. В авторской формулировке периодического закона Д.И.Менделеева имеется выражение «простое тело», которое на современном химическом языке означает:

а) простое вещество;

б) неорганическое вещество;

в) неодушевленное тело;

г) химический элемент.

4. В основе современной классификации химических элементов лежит:

б) строение атома;

в) атомная масса;

г) число протонов в ядре атома.

5. Химический элемент водород помещают в первой и седьмой группах ПСХЭМ в связи с:

а) особенностью строения атома водорода;

б) тем, что водород при низкой температуре обладает свойствами щелочного металла;

в) тем, что водород при высокой температуре обладает свойствами галогена;

г) тем, что водород – самый легкий газ.

6. Каково положение металлов и неметаллов в ПСХЭМ соответственно с наиболее ярко выраженными металлическими и неметаллическими свойствами?

а) Металлы расположены вверху, неметаллы – внизу;

б) металлы расположены внизу, неметаллы – вверху;

в) металлы расположены в левой нижней части периодической системы, неметаллы – в правой верхней части;

г) металлы расположены слева, неметаллы – справа.

7. Химические свойства определяются прежде всего:

а) зарядом ядра атома;

б) положением химического элемента в периодической системе;

в) атомной массой;

г) строением внешнего электронного уровня.

8. Физический смысл порядкового номера химического элемента в том, что он определяет:

а) положение элемента в периодической системе;

б) число протонов в ядре атома;

в) число энергетических уровней;

г) число нейтронов в атоме.

9. Физический смысл номера периода в ПСХЭМ состоит в том, что:

а) он определяет сходные физико-химические свойства элементов данного периода;

б) металлические свойства слева направо ослабевают;

в) число электронных уровней в атомах равно номеру периода;

г) свойства элементов периодически повторяются.

Ответы. 1 – б; 2 – г; 3 – а; 4 – г; 5 – а; 6 – в; 7 – г; 8 – б; 9 – в.

Задания для второй команды

1. Какой из приведенных химических элементов имеет наиболее ярко выраженные неметаллические свойства?

а) S; б) Se; в) Si; г) Sc.

2. Какой из приведенных химических элементов имеет наиболее ярко выраженные металлические свойства?

а) Тe; б) Al; в) Fe; г) Ca.

3. Какие два химических элемента из приведенных обладают наиболее сходными химическими свойствами?

а) Al и Se; б) P и S; в) Ti и V; г) S и Se.

4. Какие вещества в каждой паре реагируют между собой наиболее активно?

5. Какая пара простых веществ обладает наиболее сходными свойствами?

6. Неметаллические свойства химических элементов с точки зрения химии обусловлены:

а) активностью взаимодействия их с металлами;

б) способностью атома принимать электроны;

в) строением кристаллической решетки;

г) величиной относительной электроотрицательности.

7. Металлические свойства химических элементов с точки зрения химии обусловлены:

а) способностью атома отдавать электроны;

б) способностью реагировать с неметаллами;

в) величиной относительной электроотрицательности;

Читайте также:  Птицы у которых хорошо развито зрение

г) строением кристаллической решетки.

8. Амфотерными свойствами не обладает:

9. У химических элементов изменяется периодически:

а) атомная масса; б) атомное ядро; в) атомный радиус; г) атомный номер.

Ответы. 1 – а; 2 – г; 3 – г; 4 – в; 5 – б; 6 – б; 7 – а; 8 – г; 9 – в.

Задания для третьей команды

1. У химических элементов каждого периода ПСХЭМ с возрастанием атомного номера:

а) атомный радиус и электроотрицательность уменьшаются;

б) атомный радиус увеличивается, электроотрицательность возрастает;

в) атомный радиус увеличивается, электроотрицательность уменьшается;

г) атомный радиус уменьшается, электроотрицательность возрастает.

2. У химических элементов главных подгрупп ПСХЭМ с увеличением атомного номера усиливаются:

а) металлические свойства;

б) неметаллические свойства;

в) химическая активность;

г) растворимость в воде.

3. У химических элементов в пределах периода ПСХЭМ слева направо усиливаются:

а) металлический блеск;

в) окислительные свойства;

г) относительная плотность.

4. Металлические свойства химических элементов в ряду Mg–Al–Na–K–Rb:

в) вначале ослабевают, затем усиливаются;

г) вначале возрастают, затем уменьшаются.

5. Неметаллические свойства химических элементов в ряду As–Se–Br–Cl–F:

в) вначале уменьшаются, затем возрастают;

г) вначале усиливаются, затем ослабевают.

6. Как изменяется степень окисления атомов в высших оксидах р-элементов в пределах третьего периода ПСХЭМ?

а) Закономерно возрастает;

б) постепенно уменьшается;

в) вначале возрастает, затем уменьшается;

г) вначале уменьшается, затем возрастает.

7. Что можно сказать о степени окисления атомов химических элементов главных подгрупп ПСХЭМ в высших оксидах?

а) Возрастает сверху вниз;

б) как правило, равна номеру группы;

в) всегда равна номеру группы;

г) уменьшается сверху вниз.

8. Степень окисления атомов химических элементов в летучих водородных соединениях изменяется в периодах ПСХЭМ:

а) от 1 до 8, слева направо;

б) от 8 до 0, справа налево;

в) от 4 до 1, слева направо;

г) от 1 до 4, слева направо.

9. Число электронов в атоме определяется:

а) строго определенной атомной массой;

б) строением внешнего электронного слоя;

в) наличием избыточного (положительного или отрицательного) заряда;

г) зарядом атомного ядра.

Ответы. 1 – г; 2 – а; 3 – в; 4 – в; 5 – б; 6 – а; 7 – б; 8 – в; 9 – г.

Учитель. Отвечаем на вопросы викторины «75 на 75». Из трех вариантов ответа укажите один – правильный.

1. Периодическая система химических элементов – это:

а) графическое выражение периодического закона;

б) последовательность химических элементов;

в) вертикальная совокупность химических элементов.

2. Главная подгруппа ПСХЭМ содержит химические элементы:

а) малых периодов;

б) больших периодов;

в) малых и больших периодов.

3. Побочная подгруппа ПСХЭМ содержит химические элементы только:

а) малых периодов;

б) больших периодов;

в) незавершенного периода.

4. Все химические элементы побочных подгрупп ПСХЭМ являются:

а) металлами; б) неметаллами; в) кислотами.

5. Сколько периодов в ПСХЭМ?

6. Сколько рядов в ПСХЭМ?

7. Сколько химических элементов в шестом периоде ПСХЭМ?

8. Сколько химических элементов в главной подгруппе пятой группы ПСХЭМ?

9. Чему равен порядковый номер элемента, который находится в четвертом периоде, в главной подгруппе второй группы ПСХЭМ?

10. Чему равна высшая валентность атома хрома (порядковый номер – 24)?

а) VI; б) IV; в) III.

11. Какой из приведенных химических элементов находится в четвертой группе ПСХЭМ?

а) Железо; б) углерод; в) калий.

12. Изотопы отличаются друг от друга числом:

а) электронов; б) протонов; в) нейтронов.

13. Электронная оболочка атома – это совокупность всех:

а) протонов; б) нейтронов; в) электронов.

14. Совокупность электронов, которые находятся на одном энергетическом уровне, – это слой:

а) изотопный; б) электронный; в) протонный.

15. Совокупность орбиталей, которые находятся на одном энергетическом уровне и имеют одинаковую форму, – это подуровень:

16. Период – это последовательность химических элементов, атомы которых имеют одинаковое число слоев:

17. Главная подгруппа ПСХЭМ – это вертикальный ряд химических элементов, атомы которых имеют во внешнем электронном слое одинаковое число:

а) изотопов; б) электронов; в) нейтронов.

18. Чему равно число нейтронов в атоме ?

19. Атом состоит из ядра и:

б) электронных оболочек;

20. Как называется электронный слой К в многоэлектронных атомах?

а) Внутренний; б) предвнешний; в) внешний.

21. Чему равно массовое число (А) атома?

Ответы. 1 – а; 2 – в; 3 – б; 4 – а; 5 – в; 6 – в; 7 – а; 8 – в; 9 – б; 10 – а; 11 – б;
12
– в; 13 – в; 14 – б; 15 – б; 16 – в; 17 – б; 18 – а; 19 – б; 20 – а; 21 – а.

Учитель. Следующая викторина – «50 на 50». Из двух вариантов ответа выберите один – правильный.

Задания для первой команды

1. Число нейтронов (N) в атоме химического элемента можно вычислить, зная массовое число (А) и порядковый номер (Z) элемента, по формуле:

2. Максимальное число электронов (Ne) на энергетическом уровне можно подсчитать, зная номер уровня (n), по формуле:

3. Электронная формула 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 отражает строение атома:

а) натрия; б) цинка.

4. Химические элементы главных подгрупп ПСХЭМ обладают сходными химическими свойствами, поскольку:

а) имеют одинаковую валентность;

б) атомы этих элементов имеют одинаковую электронную формулу для внешнего энергетического уровня.

5. У химических элементов в пределах главных подгрупп ПСХЭМ одинаковое:

а) строение внешнего энергетического уровня;

б) значение валентности.

6. Наименьшим значением энергии отрыва электрона среди приведенных химических элементов обладает:

а) натрий; б) магний.

7. Определите химический элемент, атомное ядро которого содержит 33 протона и 42 нейтрона:

а) молибден; б) мышьяк.

8. Изотопы химического элемента отличаются друг от друга:

а) числом нейтронов; б) числом электронов.

9. Электронная формула . 3d 1 4s 2 принадлежит атому химического элемента:

Ответы. 1 – б; 2 – б; 3 – а; 4 – б; 5 – а; 6 – а; 7 – б; 8 – а; 9 – а.

Задания для второй команды

1. Число протонов, нейтронов и электронов в атоме наименее распространенного природного изотопа хлора соответственно равно:

а) 35, 10, 17; б) 17, 20, 17.

2. Выберите металл:

а) натрий; б) сера.

3. Укажите химический элемент, образующий амфотерный оксид:

а) сера; б) алюминий.

4. Какой ряд химических элементов образует оксиды с общей формулой R2O3?

а) B, Al, Ga; б) Mg, Zn, Be.

5. Ряд химических элементов, в котором от первого к последнему элементу возрастают металлические свойства, – это:

а) Li, Nа, K; б) Na, Mg, Al.

6. Наибольший радиус атома среди приведенных химических элементов у:

7. Укажите символ p-элемента:

8. Число внешних электронов у атома алюминия равно:

9. Атомам каких химических элементов легче отдать электроны, чем принять?

а) Расположенным в главной подгруппе I группы ПСХЭМ;

б) расположенным в главной подгруппе VI группы ПСХЭМ.

Ответы. 1 – б; 2 – а; 3 – б; 4 – а; 5 – а; 6 – б; 7 – а; 8 – б; 9 – а.

Задания для третьей команды

1. Укажите неметалл:

а) магний; б) водород.

2. Какой ряд химических элементов образует оксиды с общей формулой R2O?

а) Na, K, Li; б) N, P, As.

3. Ряд химических элементов, в котором от первого к последнему элементу возрастают неметаллические свойства, – это:

а) I, Br, Cl; б) Mg, Ca, Sr.

4. Наименьший радиус атома среди приведенных химических элементов у:

5. Укажите символ s-элемента:

6. Максимальная валентность атома углерода:

7. Химические элементы, атомы которых способны как принимать, так и отдавать электроны:

а) расположены в главной подгруппе I группы ПСХЭМ;

б) расположены в главной подгруппе VI группы ПСХЭМ.

8. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме фтора:

9. Формула высшего оксида химического элемента с порядковым номером 14:

В настоящий момент науке известно сто пять химических элементов, систематизированных в виде периодической таблицы. Подавляющее большинство из них причисляют к металлам, что подразумевает наличие у этих элементов особых качеств. Это так называемые металлические свойства. К таким характеристикам, в первую очередь, относятся пластичность, повышенная тепло- и электропроводимость, способность к образованию сплавов, низкое значение потенциала ионизации.

Металлические свойства того или иного элемента обусловлены способностью его атомов при возникновении взаимодействия с атомными структурами других элементов смещать в их направлении электронные облака или же «отдавать» им свои свободные электроны. Самыми активными металлами являются те, что имеют низкую энергию ионизации и электроотрицательность. Также ярко выраженные металлические свойства характерны для элементов, имеющих максимально большой радиус атома и предельно малое число внешних (валентных) электронов.

По мере наполнения валентной орбиты количество электронов во внешнем слое атомной структуры возрастает, и радиус, соответственно, уменьшается. В связи с этим атомы начинают стремиться к присоединению свободных электронов, а не к их отдаче. Металлические свойства таких элементов приобретают тенденцию к уменьшению, а их неметаллические свойства – к увеличению. И, наоборот, при увеличении атомного радиуса отмечается усиление металлических свойств. Поэтому характерной общей чертой всех металлов являются, так называемые, восстановительные качества – та самая способность атома отдавать свободные электроны.

Наиболее ярко металлические свойства элементов проявляются у веществ первой, второй групп главных подгрупп периодической таблицы, а также у щелочных и щелочноземельных металлов. Но самые сильные восстановительные качества наблюдаются у франция, а в водной среде – у лития благодаря более высокому показателю энергии гидратации.

Количество элементов, у которых проявляются металлические свойства, в пределах периода возрастает с увеличением номера периода. В периодической таблице металлы от неметаллов отделены диагональной линией, которая тянется от бора к астату. По этой разделительной черте расположены элементы, у которых в равной степени проявляются и те, и другие качества. К таким веществам относятся кремний, мышьяк, бор, германий, астат, сурьма и теллур. Данная группа элементов называется металлоидами.

Каждый период характеризуется наличием своеобразной «пограничной зоны», в которой располагаются элементы с двойственными качествами. Следовательно, переход от ярко выраженного металла к типичному неметаллу осуществляется постепенно, что и нашло отражение в периодической таблице.

Общие свойства металлических элементов (высокая электропроводимость, теплопроводность, ковкость, характерный блеск, пластичность и др.) обусловлены схожестью их внутреннего строения, а точнее – наличием кристаллической решетки. Однако существует немало качеств (плотность, твердость, температура плавления), которые придают всем металлам сугубо индивидуальные физико-химические свойства. Эти характеристики зависят от строения кристаллической решетки каждого конкретного элемента.

Читайте также:  Сколько слепых пятен в поле зрения лошади

Металлические и неметаллические свойства химических элементов.

а) Закономерности, связанные с металлическими и неметаллическими свойствами элементов.

1. При перемещении вдоль периода СПРАВА НАЛЕВО металлические свойства элементов УСИЛИВАЮТСЯ. В обратном направлении возрастают неметаллические.

Слева направо в периоде также увеличивается и заряд ядра. Следовательно, увеличивается притяжение к ядру валентных электронов и затрудняется их отдача.

2. При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ вдоль групп УСИЛИВАЮТСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ свойства элементов. Это связано с тем, что ниже в группах расположены элементы, имеющие уже довольно много заполненных электронных оболочек. Их внешние оболочки находятся дальше от ядра.

б) Закономерности, связанные с окислительно-восстановительными свойствами. Изменения электроотрицательности элементов.

1. СЛЕВА НАПРАВО УСИЛИВАЮТСЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ свойства, а при движении СВЕРХУ ВНИЗ — ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ свойства элементов.

2. ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ ВОЗРАСТАЕТ тоже СЛЕВА НАПРАВО, достигая максимума у галогенов.

3. При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ по группам ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ УМЕНЬШАЕТСЯ. Это связано с возрастанием числа электронных оболочек, на последней из которых электроны притягиваются к ядру все слабее и слабее.

в) Закономерности, связанные с размерами атомов.

1. Размеры атомов (АТОМНЫЕ РАДИУСЫ) при перемещении СЛЕВА НАПРАВО вдоль периода УМЕНЬШАЮТСЯ.

2. При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ АТОМНЫЕ РАДИУСЫ элементов РАСТУТ, потому что заполнено больше электронных оболочек.

Вопрос 3.

Строение вещества. Гибридизация орбиталей. Типы химических связей. Потенциал ионизации и электроотрицательность.

Все тела состоят из отдельных частиц — молекул и атомов. Молекулы — это наименьшие частицы вещества. Молекулы состоят из атомов.

Основные сведения о составе вещества:

1) Все тела состоят из отдельных частиц (молекул и атомов), между которыми есть промежутки.

2) Молекулы непрерывно и хаотично движутся.

3) Молекулы взаимодействуют между собой (притягиваются и отталкиваются).

1) Молекулы одного и того же вещества одинаковы.

2) При нагревании промежутки между молекулами увеличиваются, а при охлаждении — уменьшаются.

3) С увеличением температуры, скорость движения молекул возрастает.

По типу строения все вещества делятся на молекулярные и немолекулярные. Среди органических веществ преобладают молекулярные вещества, среди неорганических — немолекулярные.

По типу химической связи вещества делятся на вещества с ковалентными связями, вещества с ионными связями (ионные вещества) и вещества с металлическими связями (металлы).

Вещества с ковалентными связями могут быть молекулярными и немолекулярными. Это существенно сказывается на их физических свойствах.

Молекулярные вещества состоят из молекул, связанных между собой слабыми межмолекулярными связями, к ним относятся: H2, O2, N2, Cl2, Br2, S8, P4 и другие простые вещества; CO2, SO2, N2O5, H2O, HCl, HF, NH3, CH4, C2H5OH, органические полимеры и многие другие вещества. Эти вещества не обладают высокой прочностью, имеют низкие температуры плавления и кипения, не проводят электрический ток, некоторые из них растворимы в воде или других растворителях.

Немолекулярные вещества с ковалентными связями или атомные вещества (алмаз, графит, Si, SiO2, SiC и другие) образуют очень прочные кристаллы (исключение — слоистый графит), они нерастворимы в воде и других растворителях, имеют высокие температуры плавления и кипения, большинство из них не проводит электрический ток (кроме графита, обладающего электропроводностью, и полупроводников — кремния, германия и пр.)

Все ионные вещества, естественно, являются немолекулярными. Это твердые тугоплавкие вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Многие из них растворимы в воде.

Гибридизация орбиталей

Гибридизация орбиталей — это изменение формы некоторых орбиталей при образовании ковалентной связи для достижения более эффективного перекрывания орбиталей.

sp 3 — Гибридизация. Одна s- орбиталь и три p- орбитали превращаются в четыре одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 109°28′. Молекулы, в которых осуществляется sp 3 — гибридизация, имеют тетраэдрическую геометрию (CH4, NH3).
sp 2 — Гибридизация. Одна s- орбиталь и две p- орбитали превращаются в три одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 120°.
Молекулы, в которых осуществляется sp 2 — гибридизация, имеют плоскую геометрию.
sp- Гибридизация. Одна s- орбиталь и одна p- орбиталь превращаются в две одинаковые «гибридные» орбитали, угол между осями которых равен 180°. Молекулы, в которых осуществляется sp- гибридизация, имеют линейную геометрию.

Типы химических связей.

1) Ионная (металл + неметалл)

2) Ковалентная (неметалл + неметалл с помощью общих электронных пар)
Виды: * полярная (разные неметаллы)
* неполярная (одинаковые неметаллы)
Виды: * образована обменным механизмом
* образована донорно-акцепторным механизмом

Обменный механизм — в образовании связи участвуют одноэлектронные атомные орбитали, т.е. Каждый из атомов предоставляет в общее пользование по одному электрону:

Донорно-акцепторный механизм (координационная связь) — химическая связь между двумя атомами или группой атомов, осуществляемая за счет неподеленной пары электронов одного атома (донора) и свободной орбитали другого атома (акцептора) .

3) Металлическая (между атомами металлов, между ионами металлов и общими свободными электронами)

4) Водородная (между водородом одной молекулы и другим более электроотрицательным элементом (O, S, N, F) и с другой молекулой)

Потенциал ионизации атома — минимальная разность потенциалов U, которую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации атома.

Электроотрицательность (ЭО)– относительная способность атомов притягивать электроны при связывании с другими атомами. Электроотрицательность характеризует способность атома к поляризации химических связей.

Вопрос 4.

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

Лекция 15. Общие химические свойства металлов

С химической точки зрения металл – это элемент, который во всех соединениях проявляет положительную степень окисления.Из известных в настоящее время 109 элементов 86 являются металлами. Основной отличительной особенностью металлов является наличие в конденсированном состоянии свободных, не связных с определенным атомом электронов. Эти электроны способны перемещаться по всему объему тела. Наличие свободных электронов определяет всю совокупность свойств металлов. В твердом состоянии большинство металлов имеет кристаллическую высокосимметричную структуру одного из типов: кубическую объемноцентрированную, кубическую гранецентрированную или гексагональную плотноупакованную (рис. 1).

Рис. 1. Типичная структура кристалла металлов: а – кубическая объемноцентрированная; б–кубическая гранецентрированная; в – плотная гексагональная

Существует техническая классификация металлов. Обычно выделяют следующие группы: черные металлы (Fe); тяжелые цветные металлы(Cu, Pb, Zn, Ni, Sn, Co, Sb, Bi, Hg, Cd), легкие металлы с плотностью менее 5 г/см 3 (Al, Mg, Ca и т.д.), драгоценные металлы (Au, Ag и платиновые металлы) и редкие металлы (Be, Sc, In, Ge и некоторые другие).

В химии металлы классифицируются по их месту в периодической системе элементов. Различают металлы главных и побочных подгрупп. Металлы главных подгрупп называют непереходными. Эти металлы характеризуются тем, что в их атомах происходит последовательное заполнение s– и p– электронных оболочек.

Типичными металлами являются s–элементы (щелочные Li, Na, K, Rb, Cs, Fr и щелочноземельные Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra металлы). Данные металлы расположены в Iа и IIа подгруппах (т. е., в главных подгруппах I и II групп). Этим металлам отвечает конфигурация валентных электронных оболочек ns 1 или ns 2 (n – главное квантовое число). Для данных металлов характерно:

а) металлы имеют на внешнем уровне 1 – 2 электрона, поэтому проявляют постоянные степени окисления +1, +2;

б) оксиды этих элементов носят основной характер (исключение –бериллий, т.к. малый радиус иона придает ему амфотерные свойства);

в) гидриды имеют солеобразный характер и образуют ионные кристаллы;

г) возбуждение электронных подуровней возможно только у металлов IIА группы с последующей sp–гибридизацией орбиталей.

К p–металлам относятся элементы IIIа (Al, Ga, In, Tl), IVа (Ge, Sn, Pb), Vа (Sb, Bi) и VIа (Ро) групп с главными квантовыми числами 3, 4, 5, 6. Данным металлам отвечает конфигурация валентных электронных оболочек ns 2 p z (z может принимать значение от 1 до 4 и равно номеру группы минус 2). Для данных металлов характерно:

а) образование химических связей осуществляется s – и p–электронами в процессе их возбуждения и гибридизации (sp–и spd), однако сверху вниз по группам способность к гибридизации падает;

б) оксиды p– металлов амфотерные или кислотные (основные оксиды только у In и Tl);

в) гидриды p–металлов имеют полимерный характер (AlH3)n или газообразный (SnH4 ,PbH4 и т. д.), что подтверждает сходство с неметаллами, открывающими эти группы.

В атомах металлов побочных подгрупп, называемых переходными металлами, происходит застраивание d– и f– оболочек, в соответствии с чем их делят на d–группу и две f–группы лантаноиды и актиноиды.

К переходным металлам относят 37 элементов d–группы и 28 металлов f–группы. К металлам d–группы относят элементы Ib (Cu, Ag, Au), IIb (Zn, Cd, Hg), IIIb (Sc, Y, La, Ac), IVb (Ti, Zr, Hf, Db), Vb (V, Nb, Ta, Jl), VIb (Cr, Mo, W, Rf), VIIb (Mn, Tc, Re, Bh) и VIII групп (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Rt, Hn, Mt, Db, Jl, Rf, Bh, Hn, Mt). Этим элементам отвечает конфигурация 3d z 4s 2 . Исключения составляют некоторые атомы, в том числе атомы хрома с полузаполненной 3d 5 –оболочкой (3d 5 4s 1 ) и меди – с полностью заполненной 3d 10 –оболочкой (3d 10 4s 1 ). Эти элементы обладают некоторыми общими свойствами:

1. все они образуют сплавы между собой и другими металлами;

2. наличие частично заполненных электронных оболочек обусловливает способность d–металлов образовывать парамагнитные соединения;

3. в химических реакциях они проявляют переменную валентность (за немногими исключениями), а их ионы и соединения, как правило, окрашены;

4. в химических соединениях d–элементы электроположительны. «Благородные» металлы, обладая высоким положительным значением стандартного электродного потенциала (Е>0), взаимодействуют с кислотами необычным образом;

5. ионы d–металлов имеют вакантные атомные орбитали валентного уровня (ns, np, (n–1) d), поэтому они проявляют акцепторные свойства, выступая в качестве центрального иона в координационных (комплексных) соединениях.

Химические свойства элементов определяются их положением в Периодической системе элементов Менделеева. Так, металлические свойства сверху вниз в группе возрастают, что обусловлено уменьшением силы взаимодействия между валентными электронами и ядром вследствие увеличения радиуса атома и за счет возрастания экранирования электронами, расположенными на внутренних атомных орбиталях. Это приводит к облегчению ионизации атома. В периоде металлические свойства уменьшаются слева направо, т.к. это связано с увеличением заряда ядра и тем самым с увеличением прочности связи валентных электронов с ядром.

Читайте также:  Очки для зрения оправа ray ban

В химическом отношении атомы всех металлов характеризуются сравнительной легкостью отдачи валентных электронов (т.е. малой величиной энергии ионизации) и низким значением сродства к электрону (т.е. малой способностью удерживать избыточные электроны). Как следствие этого низкое значение электроотрицательности, т.е., способность образовывать только положительно заряженные ионы и проявлять в своих соединениях только положительную степень окисления. В связи с этим металлы в свободном состоянии являются восстановителями.

Восстановительная способность разных металлов неодинакова. Для реакций в водных растворах она определяется значением стандартного электродного потенциала металла (т.е. положением металла в ряду напряжений) и концентрацией (активностью) его ионов в растворе.

Взаимодействие металлов с элементарными окислителями (F2, Cl2, O2, N2, S и т.д.). Например, реакция с кислородом, как правило, протекает следующим образом

где n – валентность металла.

Взаимодействие металлов с водой. Металлы, обладающие стандартным потенциалом менее –2,71 В, вытесняют водород из воды на холоде с образованием гидроксидов металлов и водорода. Металлы со стандартным потенциалом от –2,7 до –1,23 В вытесняют водород из воды при нагревании

Остальные металлы с водой не реагируют.

Взаимодействие с щелочами. С щелочами могут реагировать металлы, дающие амфотерные оксиды, и металлы, обладающие высокими степенями окисления, в присутствии сильного окислителя. В первом случае металлы образуют анионы своих кислот. Так, реакция взаимодействия алюминия с щелочью запишется уравнением

в котором, лигандом является ион гидроксида. Во втором случае образуются соли, например K2CrO4 .

Взаимодействие металлов с кислотами. С кислотами металлы реагируют различно в зависимости от численного значения стандартного электродного потенциала (Е) (т.е. от положения металла в ряду напряжения) и окислительных свойств кислоты:

· в растворах галогеноводородов и разбавленной серной кислоты окислителем является только ион Н + , и поэтому с этими кислотами взаимодействуют металлы, стандартный потенциал которых меньше стандартного потенциала водорода:

Me + 2n H + = Me n+ + n H2;

· концентрированная серная кислота растворяет почти все металлы независимо от положения их в ряду стандартных электродных потенциалов (кроме Au и Pt). Водород при этом не выделяется, т.к. функцию окислителя в кислоте выполняет cульфат–ион (SO4 2– ). В зависимости от концентрации и условий проведения опыта cульфат–ион восстанавливается до различных продуктов. Так, цинк в зависимости от концентрации серной кислоты и температуры реагирует следующим образом:

– при очень высокой температуре 4Zn + 5H2SO4(конц.) = 4ZnSO4 + H2S +4H2O;

· в разбавленной и концентрированной азотной кислоте функцию окислителя выполняет нитрат–ион (NO3 – ), поэтому продукты восстановления зависят от степени разбавления азотной кислоты и активности металлов. В зависимости от концентрации кислоты, металла (величины его стандартного электродного потенциала) и условий проведения опыта нитрат–ион восстанавливается до различных продуктов. Так, кальций в зависимости от концентрации азотной кислоты реагирует следующим образом:

Концентрированная азотная кислота не реагирует (пассивирует) с железом, алюминием, хромом, платиной и некоторвми другими металлами.

Взаимодействие металлов друг с другом. При высоких температурах металлы способны реагировать друг с другом с образованием сплавов. Сплавы могут быть твердыми растворами и химическими (интерметаллическими) соединениями (Mg2Pb, SnSb, Na3Sb8, Na2K и др.).

Свойства металлического хрома (…3d 5 4s 1 ). Простое вещество хром представляет собой блестящий на изломе серебристый металл, который хорошо проводит электрический ток, имеет высокую температуру плавления (1890°С) и кипения (2430°С), большую твердость (в присутствии примесей, очень чистый хром мягок) и плотность (7,2 г/см 3 ).

При обычной температуре хром устойчив к действию элементарных окислителей и воде благодаря плотной окисной пленке. При высоких температурах хром взаимодействует с кислородом и другими окислителями.

Cr + Cl2(газ) ® CrCl3 (малиновый цвет)

С металлами при сплавлении хром образует интерметаллиды (FeCr2, CrMn3). При 600°С хром взаимодействует с парами воды:

В электрохимическом отношении металлический хром близок к железу:. Поэтому он может растворяться в неокисляющих (по аниону) минеральных кислотах, таких как галогеноводородные:

Сr + 2HCl ® CrCl2(голубой цвет) + H2­.

На воздухе идет быстро следующая стадия:

Окисляющие (по аниону) минеральные кислоты растворяют хром до трехвалентного состояния:

В случае с HNO3(конц) происходит пассивация хрома – на поверхности образуется прочная пленка оксида – и металл не реагирует с кислотой. (Пассивный хром имеет высокий окислительно-восстановительный потенциал = + 1,3 В.)

Основная область применения хрома – металлургия: создание хромистых сталей. Так, в инструментальную сталь вводят 3 – 4% хрома, шарикоподшипниковая сталь содержит 0,5 – 1,5% хрома, в нержавеющей стали (один из вариантов): 18 – 25% хрома, 6 – 10% никеля, 6 4s 2 ). Железо – белый блестящий металл. Образует несколько кристаллических модификаций, устойчивых в определенном температурном интервале.

Химические свойства металлического железа определяются его положением в ряду напряжений металлов: .

При нагревании в атмосфере сухого воздуха железо окисляется:

В зависимости от условий и от активности неметаллов железо может образовывать металлоподобные (Fe3C, Fe3Si, Fe4N), солеподобные (FeCl2, FeS) соединения и твердые растворы (с C, Si, N, B, P, H).

В воде железо интенсивно корродирует:

При недостатке кислорода образуется смешанный оксид Fe3O4:

Разбавленная соляная, серная и азотная кислоты растворяют железо до двухвалентного иона:

Более концентрированная азотная и горячая концентрированная серная кислоты окисляют железо до трехвалентного состояния (выделяются NO и SO2 соответственно):

Очень концентрированная азотная кислота (плотность 1,4 г/см3) и серная (олеум) пассивируют железо, образуя на поверхности металла оксидные пленки.

Железо используют для получения железоуглеродистых сплавов. Велико биологическое значение железа, т.к. оно – составная часть гемоглобина крови. В организме человека содержится около 3 г железа.

Химические свойства металлического цинка (…3d 10 4s 2 ). Цинк – синевато-белый, пластичный и тягучий металл, но выше 200°С становится хрупким. Во влажном воздухе он покрывается защитной пленкой основной соли ZnCO3×3Zn(OH)2 или ZnO и дальнейшего окисления не происходит. При высоких температурах взаимодействует:

Исходя из величин стандартных электродных потенциалов, цинк вытесняет кадмий, который является его электронным аналогом, из солей: Cd 2+ + Zn ® Cd + Zn 2+ .

Благодаря амфотерности гидроокиси цинка металлический цинк способен растворяться в щелочах:

В разбавленных кислотах:

В концентрированных кислотах:

Значительная часть цинка расходуется для цинкования железных и стальных изделий. Широкое промышленное использование имеют сплавы цинка с медью (нейзильбер, латунь). Цинк широко используется при изготовлении гальванических элементов.

Химические свойства металлической меди (…3d 10 4s 1 ). Металлическая медь кристаллизуется в кубической гранецентрированной кристаллической решетке. Это ковкий мягкий, вязкий металл розового цвета с температурой плавления 1083°С. Медь находится на втором месте после серебра по электро- и теплопроводности, что обусловливает значение меди для развития науки и техники.

Медь реагирует с поверхности с кислородом воздуха при комнатной температуре, цвет поверхности становится темнее, а в присутствии CO2, SO2 и паров воды покрывается зеленоватой пленкой основных солей (CuOH)2CO3, (CuOH)2SO4.

Медь непосредственно соединяется с кислородом, галогенами, серой:

2Cu + O22CuO

4CuO 2Cu2O + O2

В присутствии кислорода металлическая медь взаимодействует с раствором аммиака при обычной температуре:

Находясь в ряду напряжений после водорода , медь не вытесняет его из разбавленных соляной и серной кислот. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах:

Окисляющие кислоты растворяют медь с переходом ее в двухвалентное состояние:

Со щелочами медь не взаимодействует.

С солями более активных металлов медь взаимодействует, и эта окислительно-восстановительная реакция лежит в основе некоторых гальванических элементов:

Cu SO4 + Zn® Zn SO4 + Cu; E о = 1,1 B

Mg + CuCl2 ® MgCl2 + Cu; E о = 1,75 B.

Медь образует с другими металлами большое число интерметаллических соединений. Наибольшую известность и ценность имеют сплавы: латунь Cu–Zn (18 – 40% Zn), бронза Cu–Sn (колокольная – 20% Sn), инструментальная бронза Cu–Zn–Sn (11% Zn, 3 – 8% Sn), мельхиор Cu–Ni–Mn–Fe (68% Cu, 30% Ni, 1% Mn, 1% Fe).

Нахождение металлов в природе и способы получения.Вследствие высокой химической активности, металлы в природе находятся в виде различных соединений, и только малоактивные (благородные) металл – платина, золото и т.п. – встречаются в самородном (свободном) состоянии.

Наиболее распространенными природными соединениями металлов являются оксиды (гематит Fe2O3, магнетит Fe3O4, куприт Cu2O, корунд Al2O3, пиролюзит MnO2 и др.), сульфиды (галенит PbS, сфалерит ZnS, халькопирит CuFeS, киноварь HgS и т.д.), а также соли кислородосодержащих кислот (карбонаты, силикаты, фосфаты и сульфаты). Щелочные и щелочноземельные металлы встречаются преимущественно в виде галогенидов (фторидов или хлоридов).

Основная масса металлов получается путем переработки полезного ископаемого – руды. Поскольку металлы, входящие в состав руд находятся в окисленном состоянии, то их получение осуществляется путем реакции восстановления. Предварительно руду очищают от пустой породы

Образовавшийся концентрат оксида металла очищают от воды, а сульфиды, для удобства последующей переработки, переводят в оксиды путем обжига, например:

Для разделения элементов полиметаллических руд пользуются методом хлорирования. При обработке руд хлором в присутствии восстановителя образуются хлориды различных металлов, которые вследствие значительной и различной летучести могут быть легко отделены друг от друга.

Восстановление металлов в промышленности осуществляется посредством различных процессов. Процесс восстановления безводных соединений металлов при высоких температурах называют пирометаллургией. В качестве восстановителей используют металлы, более активные, чем получаемый, либо углерод. В первом случае говорят о металлотермии, во втором – карботермии, например:

Особое значение углерод приобрел как восстановитель железа. Углерод для восстановления металлов применяется обычно в виде кокса.

Процесс восстановления металлов из водных растворов их солей относится к области гидрометаллургии. Получение металлов осуществляется при обычных температурах, причем в качестве восстановителей могут быть использованы сравнительно активные металлы или электроны катода при электролизе. Электролизом водных растворов солей могут быть получены только сравнительно малоактивные металлы, расположенные в ряду напряжений (стандартных электродных потенциалов) непосредственно перед водородом или после него. Активные металлы – щелочные, щелочноземельные, алюминий и некоторые другие, получают электролизом расплава солей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8158 — | 6643 — или читать все.

Источники:
  • http://fb.ru/article/62020/metallicheskie-svoystva-himicheskih-elementov
  • http://infopedia.su/17x4889.html
  • http://studopedia.ru/1_103933_lektsiya--obshchie-himicheskie-svoystva-metallov.html