Металлы

 

 

 

  1. Положение металлов в ПСХЭ и строение их атомов.

 

В Периодической системе Д. И. Менделеева каждый период, кроме первого, начинается с активного химического элемента-металла. Эти начальные элементы образуют главную подгруппу 1 группы ( их атомы содержат на внешнем уровне 1 электрон) и называются щелочными металлами.

В соответствии с ростом радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию.

     Следующие за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу 2 группы, также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне 2 электрона). Из этих металлов кальций, стронций, барий и радий называют щелочноземельными металлами.

     К металлам относят и элементы главной подгруппы 3 группы, исключая бор.  Элементы главной подгруппы 4 группы: германий, олово, свинец. Элементы главной подгруппы 5 группы: сурьма и висмут. Элементы главной подгруппы 6 группы: полоний.

     Побочные подгруппы образованы только элементами-металлами.

Характерное химическое свойство всех металлов - их восстановительная способность, т. е. способность атомов легко отдавать внешние электроны, превращаясь в положительные ионы.  Металлы не могут присоединять к себе электроны.

 

  1. Физические свойства металлов.

 

Физические свойства металлов обусловлены строением металлической кристаллической решетки. В узлах решеток располагаются атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществленных внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу.

Твердость. Все металлы, кроме ртути, при обычных условиях – твердые вещества. Однако это свойство различно у каждого из металлов.

 Плотность. Металлы делятся на легкие и тяжелые.

Плавкость. Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.

Электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направлено перемещаются под действием электрического поля.

Теплопроводность металлов тоже вызвана высокой подвижностью свободных электронов: сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ионами, электроны обмениваются с ними энергией.

Металлический блеск – результат отражения световых лучей от электронов, находящихся в межатомном пространстве.

Пластичность металлов обусловлена тем, что под внешним воздействием одни слои ион - атомов в кристаллах легко смещаются, как бы скользят, по отношению к другим без разрыва связей между ними.

Некоторые металлы обладают звуком.

                                  

 

                                 Физические свойства металлов.

 

Металлы

Твердость

Плотность  г/cm3       

Температура плавления гр.С

1.Натрий

0,4

0,97

98

2.Калий

0,5

0,86

63,5

3. Свинец

1,5

11,34

328

4.Олово

1,8

7,30

232

5.Магний

2,1

1,74

651

6.Кальций

2,2

1,54

851

7.Золото

2,5

19,3

1063

8.Цинк

2,5

7,14

419

9.Серебро

2,7

10,5

961

10.Алюминий

2,9

2,70

660

11.Медь

3

8,9

1083

12.Железо

4

7,87

1539

13.Платина

4,3

21,45

1755

14.Никель

5

8,9

1452

15.Вольфрам

7

 

3370

16.Ртуть

-

13,6

-39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           

 

  1. Сплавы.

 

Сплавы – это материалы с характерными свойствами, состоящие из двух или более компонентов, из которых один металл. По  состоянию компонентов сплавы могут быть однородными, когда при сплавлении образуется как бы раствор одного металла в другом, и неоднородными, представляющими собой механическую смесь металлов.

Представители сплавов:

Бронза-сплав меди с другими элементами, в основном металлами. В зависимости от состава различают: оловянную бронзу, алюминиевую бронзу, свинцовую бронзу, кремниевую бронзу. Применяют для изготовления частей машин и для художественных отливок.

Латунь-сплав меди с цинком. Обладает высокой пластичностью. Используют для изготовления приборов, деталей машин, предметов домашнего обихода.

Баббиты-сплавы, уменьшающие трение, изготовляются на основе олова или свинца с добавками сурьмы, меди и других металлов. Применяют для заливки подшипников

Нихром-сплав никеля, хрома, железа и марганца, обладает большим электрическим сопротивлением и жаропрочностью, поэтому его применяют для изготовления электрических нагревательных приборов.

Припой «третник»- легкоплавкий сплав, состоит из олова и свинца. Используют при паянии.

Победит-сплав углерода, вольфрама, кобальта. По твердости он близок к алмазу, применяют в металлообработке и при бурении горных пород.

Дюралюминий-сплав алюминия, магния, меди и марганца. Очень прочный и легкий сплав. По прочности он равен стали, но в три раза легче её. Применяют в самолетостроении.

Мельхиор-сплав, состоящий из меди и никеля, похож по внешнему виду на серебро. Используется для изготовления недорогих столовых и художественных изделий.

Чугун-сплав на основе железа, углерода, марганца, кремния, фосфора, серы. Применяется для изготовления  массивных  деталей.

Сплав из олова и индия используют для спайки стекла и металла.

Сплавы рения с танталом и вольфрамом - самые жаростойкие из всех известных.

Легкие сплавы на основе титана сохраняют прочность и коррозийную устойчивость при повышенных температурах и давлениях. Из них изготавливают отдельные части реактивных двигателей, корпуса атомных подводных лодок.

 

4.Химические свойства металлов.

Электрохимический ряд напряжения металлов

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au

 

 

4.Общие свойства металлов

 

  1. Взаимодействие с кислородом воздуха:

А) легко взаимодействуют щелочные и щелочноземельные металлы, быстро окисляются при обычной температуре;

Б) менее активные металлы  медленно окисляются при обычной температуре или при нагревании;

В) золото, медь, серебро и платиновые металлы не окисляются ни при каких условиях.

  1. Взаимодействие с водой.

А) щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой при обычной температуре с выделением водорода и образованием гидроксида;

Б) менее активные металлы взаимодействуют с водой только в раскаленном виде с выделением водорода и образованием оксида.

  1. Взаимодействие с неметаллами.

А) с галогенами;

Б) с серой;

В) с азотом;

Г) с углеродом;

Д) с водородом.

  1. Взаимодействие с кислотами.

А) металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, кроме щелочных металлов;

Б) металлы, стоящие правее водорода с кислотами не реагируют, растворяются в «царской водке» ;

В) реакция идет, если в реакции металла с кислотой образуется растворимая соль;

Г) концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации реагирует с металлами по-особому, при этом водород не образуется.

  1. Взаимодействие с солями.

А) каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, находящиеся правее него в ряду напряжений, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее;

Б) реакция идет при образовании растворимой соли;

В) правило не распространяется на щелочные металлы.

 

 

 

 

 

5.Получение металлов.

 

Металлы в природе могут встречаться в трех формах:

1.      Только в свободном виде встречаются золото и платина;

2.      И в самородном виде, и в форме соединений могут находиться в природе серебро, медь, ртуть, олово;

3.      Все остальные металлы, которые находятся в ряду напряжений до Sn, встречаются в природе только в виде соединений:

-         хлоридов;

-         нитратов;

-         сульфатов;

-         карбонатов;

-         силикатов;

-         сульфидов;

-         фосфатов и апатитов.

Способы получения.

  1. Пирометаллургия- восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью восстановителей (углерода, оксида углерода (2), водорода, металлов - алюминия,  магния).
  2. Гидрометаллургия - методы получения металлов, основанные на химических реакциях, происходящих в растворах.
  3. Электрометаллургия - методы получения металлов,  основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока.

 

  1. Коррозия металлов.

 

Коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием окружающей среды. Коррозия вызывает серьезные экологические последствия.

Виды коррозии:

  1. Химическая коррозия металлов – это разрушение металлов в результате их химического взаимодействия с веществами окружающей среды (вода, кислород, оксиды углерода и серы, водные растворы солей).

-         газовая коррозия;

-         кислородная коррозия;

-         водородная коррозия.

  1. Электрохимическая коррозия – это разрушение металлов, которое сопровождается              возникновением электрического тока.

По характеру разрушения:

  1. Сплошная коррозия – распределяется равномерно по всей поверхности металла или сплава.
  2. Местная коррозия – её очаги распределяются неравномерно - в виде коррозийных пятен или точек.
  3. Коррозийная язва или питтинг – глубокое поражение материала с небольшой внешней поверхностью разрушения.
  4. Интеркристаллитная коррозия – распространяется по границам кристалла в глубь металла.
  5. Экстрактивная коррозия – это удаление одного из компонентов сплава.

 

 

 

Способы защиты от коррозии:

  1. Нанесение защитных покрытий на поверхности предохраняемого от коррозии металла.
  2. Использование нержавеющих сталей, содержащих специальные добавки.
  3. Введение в рабочую среду ингибиторов.
  4. создание контакта с более активным металлом – протектором.

 

 

 

                                                    Тестовая система « Проверь себя».

 

А 1. Сравнивая элементы In, Sn, Sb, Te, можно заметить, что металлические свойства преобладают у…

1) In                2) Sn               3) Sb               4) Te

 

А 2. В ряду NaK Rb химическая активность металлов:

1) увеличивается от Na  к   Rb

2) уменьшается от Na к   Rb

3) не изменяется

4) увеличивается от Na к К, а затем уменьшается

 

А 3. По сравнению  с третьей, в четвертой группе Периодической системы…

1) количество металлов должно увеличиваться

2) количество металлов должно уменьшаться

3) количество металлов не должно изменяться

4) количество неметаллов должно уменьшаться

 

А 4. Справедливо следующее утверждение…

1) в первой группе Периодической системы есть только неметаллы

2) все периоды Периодической системы содержат металлы

3) все элементы побочных подгрупп Периодической системы – металлы

4) металлы содержатся только в главных подгруппах Периодической системы

 

А 5. Пара металлов, обладающих наиболее сходными свойствами:

1) Al и  Na                  2) Ca и  Zn                 3) K и  Na                  4) Mn и  Mg

 

А 6. Верно следующее утверждение: Фторид калия…

1) имеет молекулярное строение

2) имеет металлическое строение

3) имеет атомное строение

4) имеет ионное строение

 

А 7. Латунь является сплавом металлов меди и цинка. Верно следующее утверждение…

1) латунь – это соединение меди с цинком, состав которого можно определить по валентности

2) латунь- это сложное вещество, которому соответствует формула CuZn

3) в составе латуни оба элемента сохраняют свои химические свойства

4) в составе латуни цинк образует положительные, а медь отрицательные ионы

 

 

 

А 8. Металлы, с которых начинается ряд активности металлов (до Al),…

1) встречаются в природе в виде самородных металлов

2) образуют природные залежи оксидов и сульфидов

3) не образуют природных залежей

4) чаще всего встречаются в виде солей

 

А 9. При взаимодействии кальция с водой происходит образование:

1) оксида кальция

2) гидроксида кальция и водорода

3) гидроксида кальция

4) оксида кальция и водорода

 

А 10. В реакциях взаимодействия с водой металлы…

1) выступают в качестве окислителей

2) выступают в качестве восстановителей

3) могут быть как окислителями, так и восстановителями

4) не могут проявлять ни окислительных, ни восстановительных свойств

 

А 11. В ряду активности металлы от Li до Pt расположены в порядке:

1) увеличения зарядов ионов этих металлов

2) усиления окислительных свойств

3) ослабления восстановительных свойств

4) усиления восстановительных свойств

А 12. Вытесняют водород из кислот оба металла:

1) Cu и Hg                  2) Ag и Cu                  3) Fe и Hg                  4) Fe и Cr

 

А 13. Реакция замещения возможна:

1) между серебром и железом

2) между хлоридом железа (2) и серебром

3) между нитратом меди (2) и серебром

4) между нитратом серебра и железом

 

А 14.При непосредственном контакте железных и медных деталей…

1) медь подвергается интенсивной коррозии

2) оба металла разрушаются быстрее, чем при отсутствии контакта

3) происходит окисление меди железом

4) железо разрушается быстрее, чем медь

 

А 15. Среди оксидов калия, кальция, меди и цинка наиболее выраженными основными свойствами обладает:

1) оксид меди            2) оксид калия           3) оксид цинка          4) оксид кальция

 

А 16. Растворяются в щелочах:

1) оксид и гидроксид меди

2) оксид и гидроксид магния

3) оксид и гидроксид алюминия

4) оксид и гидроксид  железа (2)

 

А 17. Ионы алюминия (3+) можно обнаружить, добавляя к исследуемому раствору:

1) щелочь       2) гидроксид алюминия       3) кислоту      4) воду

 

 

А 18. Металлический алюминий получают:

1) восстановлением оксида железом

2) обжигом руды, содержащей алюминий

3) электролизом растворов солей

4) электролизом расплава оксида

 

А 19. Сущностью процесса получения железа из руды является:

1) расплавление железа

2) окисление железной руды

3) восстановление окисленного железа

4) восстановление кокса и известняка

 

А 20. При взаимодействии калия с водой происходит образование:

1) оксида калия

2) гидроксида калия и водорода

3) гидроксида калия

4)оксида калия и водорода

 

 

                                                         Занимательные  опыты.

 

  1. Как звучат металлы.

   На длинный женский волос подвесьте золотое кольцо, серебряное кольцо, медное кольцо (или любой медный предмет), деревянной палочкой ударьте поочередно по кольцам и вы услышите, как звучат металлы.

 

  1. «Алхимическое золото»

Налить в два стакана по 100 мл воды. В одном стакане растворить 8 г KI, в другом 8 г Pb(CH 3 COO)2  и слить эти растворы. Образуется желтый осадок. Дать отстояться, затем жидкость над осадком слить, а к осадку  добавить 10 мл 4%-ый CH3 COOH и довести раствор до кипения. Добавлять воду до тех пор, пока осадок не растворится. Стакан с горячим раствором перенести на демонстрационный стол и осветить лампой на фоне черного экрана. Видно, что в стакане выпали желтые кристаллы PbI2 . Кристаллов выпадает тем больше, чем медленнее мы будем охлаждать раствор.

  1. Растворение золота

Берем старый черепок тарелки с золотой каймой и проводим следующий опыт: наносим на него каплю соляной кислоты. Ничего не происходит. Наносим каплю «царской водки» - капля растворяет золотой ободок

  1. «Медная шуба».

В раствор 10%-го сульфата меди помещается фигурка человечка, вырезанная из цинка.

  1. «Фейерверк».

(Для опыта необходимо смешать равные количества перманганата калия, порошка железа и древесного угля. Насыпать смесь в металлический наперсток и внести его в пламя спиртовки.)

 

                                                                  Желаем удачи !

 

 

 



Hosted by uCoz