Металлы. Их положение в периодической системе Д.И. Менделеева, строение атомов их кристаллов. Общие физические свойства

Разделы: Химия


Цели урока:

  • повторить с учащимися положение металлов в ПСХЭ, особенности строения их атомов и кристаллов (металлическую химическую связь и кристаллическую металлическую решетку).
  • обобщить и расширить сведения учащихся о физических свойствах металлов и их классификаций.

Оборудование и реактивы: Коллекции образцов металлов; образцы монет и медалей. Образцы сплавов. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.

Ход урока

В начале урока акцентируем внимание учащихся на значимости новой темы, определяемой той ролью, которую металлы играют в природе и во всех сферах деятельности человека.

Человек использовал металлы с древних времен.

I. В начале был век медный.

К концу каменного века человек открыл возможность использования металлов для изготовления орудий труда. Первым таким металлом был медь.

Период распространения медных орудий называют энеолитом или халколитом, что в переводе с греческого означает «медь». Медь обрабатывалась с помощью каменных орудий методом холодной ковки. Самородки меди превращались в изделия под тяжелыми ударами молота. В начале медного века из меди детали лишь мягкие орудия, украшения, предметы домашней утвари. Именно с открытием меди и других металлов стала зарождаться профессия кузнеца.

Позже появились листья, а потом человек стал добавлять к меди олово или сурьму, делать бронзу, более долговечную, прочную, легкоплавкую.

II. Далее идет век бронзовый.

Бронза – сплав меди и олова. Хронологические границы бронзового века датируются в начале 3-го тысячелетия до н.э. до начала 1-го тысячелетия до н.э.

III. Далее идет железный век.

Третий и  последний период первобытной эпохи  характеризуется распространением железной металлургии и железных орудий и  знаменует  собой железный век. В современном значении этот термин был  введен в  употребление  в  середине IХ  века датским археологом К. Ю. Томсоном и вскоре распространился в литературе наряду с терминами «каменный век» и « бронзовый век».

В отличие от других металлов железо, кроме метеоритного почти не встречается в чистом виде. Ученые предполагают, что первое железо, попавшее в руки человека, было метеоритного происхождения, и не зря железо именуется « небесным камнем». Самый крупный метеорит нашли в Африке, он весил около шестидесяти тонн. А во льдах Гренландии нашли железный метеорит весом тридцать три тонны. Современные химические

И   настоящее время  продолжается  железный век. Ведь в  настоящее время  железные сплавы  составляют почти 90 % всего металлов и металлических сплавов.

Далее очень кратко говорим о  роли  золота серебра, и меди для  производства монет, а  бронзы – для изготовления скульптур и других произведений  искусство.

Затем   учитель подчеркивает что исключительное  значение  метолов  для  развития  общество  обусловлено, конечно, их  уникальными свойствами и  просит учащихся назвать эти свойств.

Учащиеся называют также свойства  металлов как  электропроводность и теплопроводность, характерный металлический блеск, пластичность, твердость (кроме ртути) и др.

Учитель задает учащимся ключевой вопрос: а чем же обусловлены эти свойства?

IV. Далее лекция – беседа строится по плану:

I. Химические элементы – металлы.

  1. Особенности электронного строения атомов.
  2. Положение металлов в ПСХЭ в связи со строением атомов.
  3. Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.
II. Простые вещества – металлы.
  1. Металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка.
  2. Физические свойства металлов.
I. Химические элементы – металлы.

1. Металлы – это химические элементы атомы которых отдают электроны внешнего (а  иногда предвнешнего) электронного слоя превращаясь в  положительные ионы. Металлы – восстановители. Это   обусловлено небольшим числом электронов  внешнего слоя. большим радиусом атомов, вследствие что эти  электроны слабо удерживаются с ядром.

2. Положение металлов в ПСХЭ в связи со строением атомов.

Учитель предлагает  учащимся охарактеризовать положение  элементов с рассмотренным строением  атомов в ПСХЭ.

Учащиеся отвечают, что это будут элементы, размещенные в левом нижнем углу ПСХЭ.

Учитель подчеркивает, что в ПСХЭ будут  все элементы. Расположенные ниже диагонали В - Аt, даже те у которых на внешнем слое 4 электрона (Jе, Sn, Рb), 5 электронов (Sd, Вi), 6 электронов (Ро), так как они отличаются большим радиусом.

Далее учитель, углубляя материал, спрашивает, к каким электронным семействам относятся элементы – металл.

В ходе беседы выясняется, что среди них есть S и р-элементы-металлы главных подгрупп, а также d и f металлы образующие побочные подгруппы.

Легко увидеть, что большинство элементов ПСХЭ – металлы.

3. Закономерности в изменении свойств элементов – металлов.

Далее учитель просит учащихся сравнить восстановительную способность металлов, принадлежащих одному периоду и одной подгруппе.

Учащиеся отвечают, что прочность связи валентных электронов с ядром зависит от двух факторов: величины заряда ядра и радиуса атома.

Показывают, что в периодах с увеличением  заряда ядра  восстановительные  свойства уменьшаются, а в группах, наоборот, с  возрастанием радиуса атома восстановительные свойства  возрастают.

У элементов – металлов побочных подгрупп свойства чуть – чуть другие.

Учитель предлагает сравнить активность элементов – металлов падает. Эта закономерность наблюдается и у элементов второй побочной подгруппы Zn, Сd , Нg. Напоминаем схему электронного строения атомов.

) ) ) ) ) ) )

1       2        3       4       5       6        7 номер электронного слоя.

У элементов побочных подгрупп – это элементы 4-7 периодов – с увеличением  порядкового элемента радиус атомов изменяется мало, а величина зарядка ядра увеличивается значительно, поэтому прочность связи валентных электронов с ядром усиливается, восстановительные свойства ослабевают.

II. Простые вещества – металлы.

Учитель предлагает рассмотреть простые вещества – металлы.

Сначала  обобщим сведения о типе химической связи, образуемой атомами металлов и строение кристаллической решетки (Приложение 1)

  • сравнительно небольшое количество электронов  одновременно связывают множество ядер, связь делаколизована;
  • валентные электроны свободно перемещаются по всему куску металла, который в целом электронейтрален;
  • металлическая связь не обладает направляемостью и насыщенностью.

Учащиеся делают вывод, что в соответствие именно с таким строением металлы характеризуются общими физическими свойствами (демонстрация таблицы 5 «Классификация металлов по физическим свойствам»)

Сравнивая металлы по температурам  правления можно демонстрировать плавление натрия и его блеск. (Приложение 2)

Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются именно их строением.

а) твердость – все металлы кроме ртути, при обычных условиях твердые вещества. Самые мягкие – натрий, калий. Их можно резать ножом; самый твердый хром – царапает стекло. (демонстрация)

б) плотность. Металлы делятся на мягкие (5г/см) и тяжелые (меньше 5г/см). (демонстрация)

в) плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие. (демонстрация)

г) электропроводность, теплопроводность металлов  обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны под действием электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.

При повышении температуры амплитуда движения атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки резко возрастает, и это мешает движению электронов, и электропроводность металлов падает.

Следует отметить, что у некоторых неметаллов, при  повышении температуры электропроводность  возрастает, например, у графита, при этом с повышением температуры разрушаются некоторые ковалентные связи, и число свободно перемещающихся электронов возрастает.

д) металлический блеск – электроны, заполняющие  межатомное пространство отражают световые лучи, а не пропускают как стекло.Q

Поэтому все  металлы в кристаллическом состоянии имеют металлический блеск. Для большинства металлов в ровной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра, поэтому они имеют серебристо – белый цвет. Только золото и медь в большой степени поглощают короткие волны и отражают длинные волны светового спектра,  поэтому имеют желтый свет. Самые блестящие металлы – ртуть, серебро, палладий. В порошке все металлы, кроме АI и Мg, теряют блеск и имеют черный  или темно – серый цвет.

е) пластичность. (Приложение 1)

Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов и не сопровождается разрывом связи, и поэтому металл характеризуется высокой пластичностью.

Учитель: мы  рассмотрели строение и физические свойства металлов, их положение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Теперь для закрепления предлагаем тест.

1) Электронная формула кальция.

а) 1S 2 2S2  2Р6  3S1

б) 1S 2 2S 2  2Р6  3S 2

в) 1S 2  2S 2  2Р6 3S 2  3S6  4S1

г)  1S 2 2S 2  2Р6  3S 2  3Р6 4S 2

2) Электронную формулу  1S2  2S2  2Р6  3S2  3S2  3Р6 4S2 имеет атом:

а)  Nа

б)  Са

в)  Сu

г)  Zn

3) Электронная формула наиболее активного металла:

а)  1S2  2S2

б)  1S2  2S2  2Р6  3S2

в)  1S2   2S2  2Р6  3S2  3Р6  3d10  4S2

г)  1S2  2S2  2Р6  3S2  3Р6  4S2

4) Металлы при взаимодействии с неметаллами проявляют свойства

а) окислительные;

б) восстановительные;

в) и окислительные, и восстановительные;

г) не участвуют в окислительно-восстановительных реакциях;

5) В периодической системе типичные металлы расположены в:

а) верхней части;

б) нижней части;

в) правом верхнем углу;

г) левом нижнем углу;

Последний этап урока - подведение итогов. Каждому ученику выставляется оценка.

Домашнее задание: «Строение и физические свойства металлов».

Выучить материал по учебнику.