Электроны внешнего уровня большинства металлов легко отрываются по причине

>>> Перейти на мобильный размер сайта >>>

Учебник для 11 класса

Естествознание

1. Назовите три исторические эпохи в развитии цивилизации, для которых было характерно производство орудий труда и оружия из соответствующих материалов.
2. Перечислите основные рудные (или металлические) месторождения в России.
3. Объясните, какие металлы называют благородными и почему, какую роль они играли в истории человечества с древнейших времён и до наших дней.
4. Приведите примеры литературных и музыкальных произведений, связанных сюжетно или по названию с металлами и сплавами.

Механизм образования металлической химической связи. Для атомов металлов характерны некоторые отличительные особенности строения. Первая: они, как правило, имеют 1—3 электрона на внешнем энергетическом уровне.

Однако у атомов олова и свинца валентных электронов 4, у сурьмы и висмута — 5, а у полония — 6. Почему же эти элементы являются металлами? Ответ получим, зная о второй особенности строения атомов металлов — у них сравнительно большой радиус.

Поэтому валентные электроны притягиваются к положительному ядру слабее и легко отрываются от атома.

То же самое наблюдается и в металлических сплавах.

Эта связь определяет особое кристаллическое строение металлов и сплавов — металлическую кристаллическую решётку, в узлах которой расположены атом-ионы.

Наиболее характерные свойства металлов. Такие свойства металлов, как пластичность, ковкость, электро- и теплопроводность, металлический блеск, способность к образованию сплавов, обусловлены именно металлической кристаллической решёткой и металлической связью.

Пластичность — важнейшее свойство металлов, выражающееся в их способности деформироваться под воздействием механической нагрузки. Это свойство лежит в основе обработки металла давлением (ковка, прокатка и др.), протягивании его в проволоку и т. п.

Пластичность металла объясняется тем, что под внешним воздействием одни слои атом-ионов в кристаллах легко смещаются, как бы скользят относительно друг друга без разрыва связи между ними.

Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Недаром для своего знаменитого опыта, позволившего создать планетарную модель атома, Э. Резерфорд использовал именно золото, из которого была изготовлена фольга толщиной всего 0,003 мм.

Такие же тонкие листочки фольги используются для золочения художественных изделий, например деревянной резьбы. Потрясает воображение сиянием золота декор залов Петергофского дворца (рис.

17) под Санкт-Петербургом и резной золочёный деревянный алтарь Успенского собора во Владимире.

Рис. 17. Золочёная резьба по дереву — основной элемент декора аудиенц-зала Большого Петергофского дворца. 1714—1755

Замечательные изделия из золота дошли до нас через тысячелетия (рис. 18).

Рис. 18. Так называемая золотая маска Агамемнона (XIV в. до н. э.), найденная Г. Шлиманом при раскопках в Микенах

Высокая электропроводность металлов объясняется наличием в них подвижных электронов, которые под действием электрического поля начинают двигаться направленно.

Лучшими проводниками электрического тока являются золото, серебро и медь, немного уступает им алюминий. Однако в большинстве стран провода и кабели делают в основном не из меди, а из более дешёвого алюминия.

Хуже всего электрический ток проводят марганец, свинец, ртуть, вольфрам и некоторые другие тугоплавкие металлы.

Теплопроводность металлов также объясняется высокой подвижностью электронов, которые, сталкиваясь с колеблющимися в узлах решётки ионами металлов, обмениваются с ними тепловой энергией.

С повышением температуры эти колебания ионов с помощью электронов передаются другим ионам, и температура металла быстро выравнивается.

О практическом значении этого свойства вы можете судить по равномерному нагреванию кухонной металлической посуды.

Гладкая поверхность металла или металлического изделия характеризуется металлическим блеском, который является результатом отражения световых лучей.

Высокой световой отражательной способностью обладают ртуть (её раньше использовали для изготовления знаменитых венецианских зеркал), серебро, палладий и алюминий.

Последние три металла в настоящее время используются при производстве зеркал, прожекторов и фар.

В порошкообразном виде металлы теряют блеск, приобретая чёрную или серую окраску, и только магний и алюминий сохраняют его. Поэтому из алюминиевой пыли делают краску серебрянку для декоративных покрытий.

Большинство металлов имеет серебристобелый цвет, золото и медь — соответственно жёлтый (червонный) или красно-жёлтый (медный) цвет (рис. 19).

Рис. 19. Самородки: а — золота; б — меди; в — серебра

Металлы также классифицируются в зависимости от своей плотности, температуры плавления и твёрдости. Все металлы при обычных условиях — твёрдые вещества. Исключение составляет жидкая ртуть. Наиболее твёрдые — металлы побочной подгруппы VI группы (так, хром по твёрдости приближается к алмазу). Самые мягкие — щелочные металлы, натрий и калий, например, легко режутся ножом.

По плотности металлы делят на лёгкие (плотность меньше 5 г/см3) и тяжёлые (плотность больше 5 г/см3). К лёгким относят щелочные, щёлочноземельные металлы и алюминий, из металлов побочных подгрупп — скандий, иттрий и титан. Эти металлы благодаря легкоплавкости и тугоплавкости всё шире применяют в различных областях техники.

Самый лёгкий металл — литий, плотность которого 0,53 г/см3, самый тяжёлый — осмий с плотностью 22,6 г/см3.

Лёгкие металлы обычно легкоплавки (галлий может плавиться уже на ладони руки), а тяжёлые металлы — тугоплавки. Наибольшая температура плавления — у вольфрама (+3422 °С). Это его свойство (так же как и огромное электрическое сопротивление) используют для изготовления ламп накаливания.

Однако сейчас в Российской Федерации, как и ранее в Евросоюзе и США, на государственном уровне принято решение о замене привычных ламп накаливания на более экономичные и долговечные современные лампы — галогенные, люминесцентные и светодиодные.

Галогенная лампа — это та же лампа накаливания с вольфрамовой нитью, но заполненная инертными газами с добавкой паров галогенов (брома и иода).

Люминесцентные лампы — это хорошо знакомые вам лампы дневного света, имеющие один существенный недостаток: они содержат ртуть, а потому нуждаются в соблюдении особых правил утилизации на специальных пунктах приёма. Светодиодные лампы самые экономичные и самые долговечные (срок их работы — до 100 тыс. ч).

Металлические сплавы и области их применения. Металлическая химическая связь и металлическая кристаллическая решётка характерны не только для чистых металлов, но и для их сплавов. Это отличает металлические сплавы от неметаллических, как искусственных (стекла, керамики, фарфора, фаянса), так и природных (гнейсов, базальтов, гранитов и т. д.).

Ещё в глубокой древности люди заметили, что сплавы обладают другими, нередко более полезными свойствами, чем входящие в их состав чистые металлы. Поэтому металлы в чистом виде используются редко. Например, у первого полученного человеком сплава — бронзы — прочность выше, чем у её составляющих — меди и олова.

Сталь и чугун прочнее чистого железа. Чистый алюминий — очень мягкий металл, сравнительно непрочный на разрыв. Но сплав, состоящий из алюминия, магния, марганца, меди, никеля, называемый дюралюминием, в 4 раза прочнее алюминия и используется в самолётостроении (рис.

20), а потому образно называется «крылатым» металлом.

Рис. 20. Один из самых больших пассажирских самолётов «Конкорд» — 20 тонн дюралюминия

Кроме большей прочности сплавы обладают и лучшими литейными свойствами, чем чистые металлы. Так, чистая медь очень плохо поддаётся литью, а оловянная бронза имеет прекрасные литейные качества — из неё отливают художественные изделия, памятники, которые требуют тонкой проработки деталей (рис. 21).

Рис. 21. Э. Фальконе. Медный всадник — памятник Петру I в Санкт-Петербурге. 1768—1770

Чугун — сплав железа с углеродом — также великолепный литейный материал (рис. 22).

Рис. 22. Чугунная решётка Летнего сада в Санкт-Петербурге, вы полненная по проекту архитекторов Ю. Фельтена, И. Фока и П. Егорова. 1771—1784

Кроме высоких механических качеств, сплавам присущи свойства, которых нет у чистых металлов. Например, нержавеющая сталь — сплав на основе железа — обладает высокой коррозионной стойкостью даже в агрессивных средах и высокой жаропрочностью.

Начавшаяся примерно 100 лет назад научно-техническая революция, затронувшая и промышленность, и социальную сферу, также тесно связана с производством металлов и сплавов (рис. 23).

Рис. 23. Эйфелева башня в Париже, названная в честь своего конструктора Густава Эйфеля. 1887—1889

На основе вольфрама, молибдена, титана и других металлов начали создавать устойчивые к коррозии, сверхтвёрдые и тугоплавкие сплавы, применение которых значительно расширило возможности машиностроения.

В ядерной и космической технике из сплава вольфрама и рения делают детали, выдерживающие температуру до +3000 °С (рис. 24).

В медицине используют хирургические инструменты и имплантаты из сплавов тантала и платины.

Рис. 24. Космическая техника, при создании которой используются современные сплавы

В следующем параграфе познакомимся с молекулярно-кинетической теорией, рассмотрим различные агрегатные состояния вещества и взаимные переходы из одного состояния в другое.

Теперь вы знаете

• механизм образования металлической химической связи
• наиболее характерные свойства металлов
• металлические сплавы и области их применения

Теперь вы можете

• объяснить, что такое металлическая химическая связь и как она возникает
• назвать самые пластичные металлы, металлы с самой плохой электропроводностью, самый лёгкий и самый тяжёлый металл, металл с самой высокой температурой плавления
• дать сравнительную характеристику физических свойств металлов и сплавов
• перечислить те отрасли современной промышленности, где находят широкое применение металлические сплавы

Выполните задания

1. Назовите некоторые отличительные особенности, характерные для строения атомов металлов.
2. Дайте определение металлической связи, объясните, что из себя представляют атом-ионы и какую роль они играют в механизме образования химической связи.

3. Объясните, как особенности строения металлов — простых веществ сказываются на их физических свойствах, перечислите основные свойства металлов.
4. Охарактеризуйте тяжёлые и лёгкие металлы, легкоплавкие и тугоплавкие, назовите основные области их применения.
5. Приведите примеры наиболее выдающихся произведений искусства из металлов и сплавов.

Темы для рефератов

1. Типы металлических кристаллических решёток.
2. История возникновения и развития зеркального производства.
3. «Крылатый» металл и история мировой авиации.
4. История металлических денег в России.
5. Драгоценные металлы и сплавы в истории мирового искусства.
6. Роль современных сплавов в науке, технике, медицине, быту.

Электрический ток в металлах

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: носители свободных электрических зарядов в металлах

В этом листке мы приступаем к подробному изучению того, как осуществляется прохождение электрического тока в различных проводящих средах — твёрдых телах, жидкостях и газах.

Напомним, что необходимым условием возникновения тока является наличие в среде достаточно большого количества свободных зарядов, которые могут начать упорядоченное движение под действием электрического поля. Такие среды как раз и называются проводниками электрического тока.

Наиболее широко распространены металлические проводники. Поэтому начинаем мы с вопросов распространения электрического тока в металлах.

Мы много раз говорили о свободных электронах, которые являются носителями свободных зарядов в металлах. Вам хорошо известно, что электрический ток в металлическом проводнике образуется в результате направленного движения свободных электронов.

Свободные электроны

Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическую структуру: расположение атомов в пространстве характеризуется периодической повторяемостью и образует геометрически правильный рисунок, называемый кристаллической решёткой.

Атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов, расположенных на внешней электронной оболочке. Эти валентные электроны слабо связаны с ядром, и атом легко может их потерять.

Когда атомы металла занимают места в кристаллической решётке, валентные электроны покидают свои оболочки — они становятся свободными и отправляются «гулять» по всему кристаллу (а именно, свободные электроны перемещаются по внешним орбиталям соседних атомов.

Эти орбитали перекрываются друг с другом вследствие близкого расположения атомов в кристаллической решётке, так что свободные электроны оказываются «общей собственностью» всего кристалла).

В узлах кристаллической решётки металла остаются положительные ионы, пространство между которыми заполнено «газом» свободных электронов (рис. 1).

Рис. 1. Свободные электроны

Свободные электроны и впрямь ведут себя подобно частицам газа (другой адекватный образ — электронное море, которое «омывает» кристаллическую решётку) — совершая тепловое движение, они хаотически снуют туда-сюда между ионами кристаллической решётки. Суммарный заряд свободных электронов равен по модулю и противоположен по знаку общему заряду положительных ионов, поэтому металлический проводник в целом оказывается электрически нейтральным.

Газ свободных электронов является «клеем», на котором держится вся кристаллическая структура проводника.

Ведь положительные ионы отталкиваются друг от друга, так что кристаллическая решётка, распираемая изнутри мощными кулоновскими силами, могла бы разлететься в разные стороны.

Однако в тоже самое время ионы металла притягиваются к обволакивающему их электронному газу и, как ни в чём не бывало, остаются на своих местах, совершая лишь тепловые колебания в узлах кристаллической решётки вблизи положений равновесия.

Что произойдёт, если металлический проводник включить в замкнутую цепь, содержащую источник тока? Свободные электроны продолжают совершать хаотическое тепловое движение, но теперь — под действием возникшего внешнего электрического поля — они вдобавок начнут перемещаться упорядоченно.

Это направленное течение электронного газа, накладывающееся на тепловое движение электронов, и есть электрический ток в металле (поэтому свободные электроны называются также электронами проводимости).

Скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике, как нам уже известно, составляет приблизительно 0,1мм/с.

Опыт Рикке

Почему мы решили, что ток в металлах создаётся движением именно свободных электронов? Положительные ионы кристаллической решётки также испытывают на себе действие внешнего электрического поля. Может, они тоже перемещаются внутри металлического проводника и участвуют в создании тока?

Упорядоченное движение ионов означало бы постепенный перенос вещества вдоль направления электрического тока. Поэтому надо просто пропускать ток по проводнику на протяжении весьма длительного времени и посмотреть, что в итоге получится. Такого рода эксперимент и был поставлен Э.Рикке в 1901 году.

В электрическую цепь были включены три прижатых друг к другу цилиндра: два медных по краям и один алюминиевый между ними (рис. 2). По этой цепи пропускался электрический ток в течение года.

Рис. 2. Опыт Рикке

За год сквозь цилиндры прошёл заряд более трёх миллионов кулон. Предположим, что каждый атом металла теряет по одному валентному электрону, так что заряд иона равен элементарному заряду Кл. Если ток создаётся движением положительных ионов, то нетрудно подсчитать (сделайте это сами!), что такая величина прошедшего по цепи заряда соответствует переносу вдоль цепи около 2кг меди.

Однако после разъединения цилиндров было обнаружено лишь незначительное проникновение металлов друг в друга, обусловленное естественной диффузией их атомов (и не более того). Электрический ток в металлах не сопровождается переносом вещества, поэтому положительные ионы металла не принимают участия в создании тока.

Опыт Стюарта–Толмена

Прямое экспериментальное доказательство того, что электрический ток в металлах создаётся движением свободных электронов, было дано в опыте Т.Стюарта и Р.Толмена (1916 год).

Эксперименту Стюарта–Толмена предшествовали качественные наблюдения, сделанные четырьмя годами ранее русскими физиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси.

Они обратили внимание на так называемый электроинерционный эффект: если резко затормозить движущийся проводник, то в нём возникает кратковременный импульс тока.

Эффект объясняется тем, что в течение небольшого времени после торможения проводника его свободные заряды продолжают двигаться по инерции.

Однако никаких количественных результатов Мандельштам и Папалекси не получили, и наблюдения их опубликованы не были. Честь назвать опыт своим именем принадлежит Стюарту и Толмену, которые не только наблюдали указанный электроинерционный эффект, но и произвели необходимые измерения и расчёты.

Установка Стюарта и Толмена показана на рис. 3.

Рис. 3. Опыт Стюарта–Толмена

Катушка большим числом витков металлического провода приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы обмотки с помощью скользящих контактов были подсоединены к специальному прибору — баллистическому гальванометру, который позволяет измерять проходящий через него заряд.

После резкого торможения катушки в цепи возникал импульс тока. Направление тока указывало на то, что он вызван движением отрицательных зарядов. Измеряя баллистическим гальванометром суммарный заряд, проходящий по цепи, Стюарт и Толмен вычислили отношение заряда одной частицы к её массе. Оно оказалось равно отношению для электрона, которое в то время уже было хорошо известно.

Так было окончательно выяснено, что носителями свободных зарядов в металлах являются свободные электроны.

Как видите, этот давно и хорошо знакомый вам факт был установлен сравнительно поздно — учитывая, что металлические проводники к тому моменту уже более столетия активно использовались в самых разнообразных экcпериментах по электромагнетизму (сравните, например, с датой открытия закона Ома — 1826 год. Дело, однако, заключается в том, что сам электрон был открыт лишь в 1897 году).

Зависимость сопротивления от температуры

Опыт показывает, что при нагревании металлического проводника его сопротивление увеличивается. Как это объяснить?

Причина проста: с повышением температуры тепловые колебания ионов кристаллической решётки становятся более интенсивными, так что число соударений свободных электронов с ионами возрастает.

Чем активнее тепловое движение решётки, тем труднее электронам пробираться сквозь промежутки между ионами (Представьте себе вращающуюся проходную дверь. В каком случае труднее проскочить через неё: когда она вращается медленно или быстро? :-)).

Скорость упорядоченного движения электронов уменьшается, поэтому уменьшается и сила тока (при неизменном напряжении). Это и означает увеличение сопротивления.

Как опять-таки показывает опыт, зависимость сопротивления металлического проводника от температуры с хорошей точностью является линейной:

(1)

Здесь — сопротивление проводника при . График зависимости (1) является прямой линией (рис. 4).

Рис. 4.

Множитель называется температурным коэффициентом сопротивления. Его значения для различных металлов и сплавов можно найти в таблицах.

• Длина проводника и его площадь поперечного сечения при изменении температуры меняются несущественно. Выразим и через удельное сопротивление:
• и подставим эти формулы в (1). Получим аналогичную зависимость удельного сопротивления от температуры:

Коэффициент весьма мал (для меди, например, ), так что температурной зависимостью сопротивления металла часто можно пренебречь. Однако в ряде случаев считаться с ней приходиться. Например, вольфрамовая спираль электрической лампочки раскаляется до такой степени, что её вольт-амперная характеристика оказывается существенно нелинейной.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика лампочки

Так, на рис. 5 приведена вольт-амперная характеристика автомобильной лампочки. Если бы лампочка представляла собой идеальный резистор, её вольт-амперная характеристика была прямой линией в соответствии с законом Ома. Эта прямая изображена синим пунктиром.

Однако по мере роста напряжения, приложенного к лампочке, график отклоняется от этой прямой всё сильнее и сильнее.

Почему? Дело в том, что с увеличением напряжения ток через лампочку возрастает и больше разогревает спираль; сопротивление спирали поэтому также увеличивается.

Следовательно, сила тока хотя и продолжит возрастать, но будет иметь всё меньшее и меньшее значение по сравнению с тем, которое предписывается «пунктирной» линейной зависимостью тока от напряжения.

Металлы

В периодах и группах периодической системы Д. И. Менделеева существуют закономерности в изменении металлических и неметаллических свойств элементов, можно достаточно определённо указать положение элементов-металлов и элементов-неметаллов в периодической системе.

Если провести диагональ от элемента бора B (порядковый номер 5) до элемента астата At (порядковый номер 85), то слева от этой диагонали в периодической системе все элементы являются металлами, а справа от неё элементы побочных подгрупп являются металлами, а элементы главных подгрупп – неметаллами.

Элементы расположенные вблизи диагонали (например, Al, Ti, Ge, Sb, Te, As, Nb), обладают двойственными свойствами: в некоторых своих соединениях ведут себя как металлы; в некоторых – проявляют свойства неметаллов.

Все s-элементы (кроме H и He), d-элементы (все элементы побочных подгрупп) и f-элементы (лантаноиды и актиноиды) являются металлами. Среди p-элементов есть и металлы, и неметаллы, число элементов-металлов увеличивается с увеличением номера периода.

Деление на металлы и неметаллы объясняется различием в строении атомов. Рассмотрим, например, строение атомов третьего периода:

Элементы третьего периода: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar (аргон).

Радиус атома: 0.19; 0.16; 0.143; 0.134; 0.130; 0.104; 0.099.

Число электронов на внешнем слое: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Электроотрицательность: 0.9; 1.2; 1.5; 1.8; 2.1; 2.5; 3.0.

• Любой гидроксид содержит гидроксидные группы – OH.
• Слева направо:
• а. Радиус атомов уменьшается;
• б. Заряд ядра увеличивается;
• в. Электроотрицательность увеличивается;
• г. Число электронов на внешнем слое увеличивается;
• д. Прочность связи внешних электронов с ядром увеличивается;

е. Способность атомов отдавать электроны уменьшается.

Поэтому:

Na, Mg, Al – металлы, а Si, P, S, Cl – неметаллы.

Атомы большинства металлов на внешнем электронном слое имеют от 1 до 3 электронов. Исключение: атомы германия Ge, олова Sn, свинца Pb на внешнем электронном слое имеют четыре электрона, атомы сурьмы Sb, висмута Bi – пять, атомы полония Po – шесть.

Атомы металла имеют меньший заряд ядра и больший радиус (размер) по сравнению с атомами неметаллов данного периода. Потому прочность связи внешних электронов с ядром в атомах металлов небольшая.

Атомы металлов легко отдают валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы.

Простые вещества, которые образуют элементы-металлы, при обычных условиях являются твёрдыми веществами (кроме ртути). Кристаллическая решётка металлов образуется за счёт металлической связи.

Имеющиеся между узлами кристаллической решётки свободные электроны могут переносить теплоту и электрический ток, что является причиной главных физических свойств металлов – высокой электро- и теплопроводности.

Металлическая связь образуется во всех металлах. Это связь, которую осуществляют относительно свободные электроны с положительными ионами металлов в кристаллической решётке.

Атомы металла легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные ионы.

Относительно свободные электроны перемещаются между положительными ионами металла и между ними возникает металлическая связь, то есть электроны как бы цементируют положительные ионы металла в кристаллической решётке.

Атомы металлов более или менее легко отдают электроны, то есть окисляются.

Энергия, которая необходима для отрыва электрона от атома и превращение его в положительно заряженный ион, называется энергией ионизации. Металлы характеризуются небольшими величинами энергий ионизации.

Атомы металлов не могут присоединять электроны. Поэтому металлы во всех химических реакциях являются восстановителями и в соединениях имеют только положительные степени окисления. Восстановительная активность различных металлов не одинакова.

В периодах слева направо восстановительная активность уменьшается; в главных подгруппах сверху вниз – увеличивается.

Восстановительная активность металлов в химических реакциях, которые протекают в водных растворах различных веществ, характеризуется положением металлов в электрохимическом ряду напряжений металлов.

1. Металлы являются восстановителями и вступают в химические реакции с различными окислителями.
2. 2. Альдегиды
3. Альдегиды – органические вещества, содержащую функциональную группу (альдегидную группу).

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Атомы большинства металлов имеют РІ наружном слое 1, 2 Рё 3 электрона ( атомы же неметаллов. Поэтому для атомов металлов характерна только отдача электронов.  [1]

Атомы большинства металлов имеют во внешнем квантовом слое 1, 2 или 3 электрона. Атомы неметаллов во внешнем слое имеют от 4 до 7 электронов.

�сключение составляет бор, в атоме которого во внешнем слое только 3 электрона. Для атомов металлов характерна отдача электронов.

Атомы неметаллов обладают способностью присоединять электроны.  [2]

Атомы большинства металлов имеют РЅР° внешнем СѓСЂРѕРІРЅРµ 1 — 2 электрона, слабо связанных СЃ СЏРґСЂРѕРј.

Они легко отрываются, обобществляются, образуя так называемый электронный газ.

Возникает взаимное притяжение между ионами Рё обобществленными электронами.  [3]

Атомы большинства металлов РЅР° внешнем энергетическом СѓСЂРѕРІРЅРµ имеют небольшое количество электронов.  [4]

Атомы большинства металлов на внешнем электронном слое имеют от 1 до 3 электронов.

Р�сключение: атомы германия Ge, олова Sn, свинца Р Р¬ РЅР° внешнем электронном слое имеют четыре электрона, атомы СЃСѓСЂСЊРјС‹ Sb, висмута Bi — пять, атомы полония Р Рѕ — шесть.

Атомы металлов имеют меньший заряд ядра и больший радиус ( размер) по сравнению с атомами неметаллов данного периода.

Поэтому прочность СЃРІСЏР·Рё внешних электронов СЃ СЏРґСЂРѕРј РІ атомах металлов небольшая. Атомы металлов легко отдают валентные электроны Рё превращаются РІ положительно заряженные РёРѕРЅС‹.  [5]

Р’ соответствии СЃ занимаемым местом РІ периодической системе элементов атомы большинства металлов содержат РЅР° внешнем энергетическом СѓСЂРѕРІРЅРµ 1 — 2 электрона. Элементарные вещества — металлы обладают только восстановительными свойствами.  [6]

Р’ соответствии СЃ РёС… местом РІ периодической системе элементов атомы большинства металлов содержат РЅР° внешнем энергетическом СѓСЂРѕРІРЅРµ 1 — 2 электрона. Металлы обладают восстановительными свойствами.  [7]

Р’ соответствии РІ РёС… местом РІ периодической системе элементов атомы большинства металлов содержат РЅР° внешнем энергетическом СѓСЂРѕРІРЅРµ 1 — 2 электрона. Поэтому РІ тамических реакциях РѕРЅРё отдают валентные электроны, С‚.Рµ. окисляются. Металлы обладают восстановительными свойствами.  [8]

Р’ соответствии СЃ РёС… местом РІ периодической системе элементов Р”. Р�. Менделеева атомы большинства металлов содержат РЅР° внешнем энергетическом СѓСЂРѕРІРЅРµ 1 — 2 электрона. Металлы обладают восстановительными свойствами.  [9]

Сродство Рє электрону атомов металлов, как правило, близко Рє нулю или отрицательно; РёР· этого следует, что для атомов большинства металлов присоединение электронов энергетически невыгодно. Сродство же Рє электрону атомов неметаллов всегда положительно Рё тем больше, чем ближе Рє благородному газу расположен неметалл РІ периодической системе; это свидетельствует РѕР± усилении неметаллических свойств РїРѕ мере приближения Рє концу периода.  [10]

Сродство Рє электрону атомов металлов, как правило, близко Рє нулю или отрицательно; РёР· этого следует, что для атомов большинства металлов присоединение электронов энергетически невыгодно. Сродство же Рє электрону атомов неметаллов всегда положительно Рё тем больше, чем ближе Рє благородному газу расположен неметалл РІ периодической системе; это свидетельствует РѕР± усилении-неметаллических свойств РїРѕ мере приближения Рє концу периода.  [11]

Координационное число атомов большинства металлов равно 12, что значительно превышает число свободных электронов.  [12]

Термины существенно ковалентный и существенно ионный характер связи Паулинг [ P57J интерпретирует следующим образом.

Связи между атомами большинства металлов и атомами кислорода, азота и хлора носят вследствие относительной электроотрицательности соответствующих атомов примерно на 50 / 0 ковалеитный характер.

Наряду СЃ постулатом РѕР± электронейтральности центрального атома это положение хорошо объясняет известное эмпирическое правило, согласно которому координационное число РёРѕРЅРѕРІ металлов РІРґРІРѕРµ больше РёС… положительного заряда. Таким образом, кобальт ( III) Рё С…СЂРѕРј ( III) образуют СЃ кислородом оксалат-РіСЂСѓРїРїС‹ РїРѕ 6 связей ( используя d spa гибридизованные орбиты) примерно РЅР° 50 / 0 ковалентного характера, так что центральный атом остается электрически нейтральным. Р’ случае комплексов железа Рё алюминия для того, чтобы центральный атом остался электрически нейтральным, РѕРЅ должен образовать 4 СЃРІСЏР·Рё ( используя имеющиеся s — Рё СЂ-орбиты) примерно РЅР° 75 / 0 ковалентного характера Рё РґРІРµ чисто ионные СЃРІСЏР·Рё. РЎРІСЏР·Рё между шестью кислородами оксалат-РіСЂСѓРїРї являются равноценными, причем каждая РёР· РЅРёС… примерно РЅР° 50 / 0 является ковалентной. Таким образом, различие между типами оксалатных комплексов РІ случае кобальта ( III) Рё железа ( III) состоит РЅРµ столько РІ различном характере СЃРІСЏР·Рё РІ РЅРёС…, сколько РІ разной устойчивости этих комплексов, так как СЃРІСЏР·Рё РІ РѕР±РѕРёС… комплексах РїРѕ своему характеру примерно наполовину ковалентны.  [13]

Для атомов металлов характерно наличие большого числа пустых или частично заполненных электронами орбиталей.

Рассуждая так, как мы делали это в случае газов, можно предположить, что орбитали соседних атомов металлических элементов в конденсированных состояниях способны перекрываться друг с другом.

Но у атомов большинства металлов недостаточно электронов для заполнения всех этих орбиталей.

Это согласуется с наблюдаемой высокой подвижностью электронов: электроны легко переходят с одной орбитали на другую и могут переносить электрический ток.

С другой стороны, при наличии большого числа доступных орбиталей между соседними атомами может образовываться много связей.

Каждая СЃРІСЏР·СЊ РІ отдельности РЅРµ может быть очень прочной, поскольку очень мало электронов сдновременно притягиваются Рє РґРІСѓРј ядрам, однако большое число относительно слабых связей обусловливает высокую прочность конденсированных фаз РІ целом Рё образование твердых кристаллов или жидкостей СЃ высокими температурами кипения.  [14]

Большая скорость спиртового обмена, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, свидетельствует РѕР± интересном механизме обмена. РџСЂРё этом надо иметь РІ РІРёРґСѓ, что СЃРІСЏР·СЊ металл — кислород РІ алкоксидах титана очень прочная.

Бредли Рё Хильер [42] определили, что средняя энергия диссоциации СЃРІСЏР·Рё СЂСЏРґР° алкоксидов титана приблизительно равна 100 — РќРћ ккал / моль.

Наличие вакантных d — орбиталей РІ атомах большинства металлов, алкоксиды которых были изучены, облегчает протекание первой стадии нуклеофильного воздействия молекулы спирта РЅР° алкоксид металла, Рё, РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, вследствие этого энергия активации спиртового обмена оказывается небольшой. РџСЂРё РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕРј обсуждении механизма спиртового обмена нужно учесть также Рё тот факт, что большинство алкоксидов металлов, содержащих первичные алкоксидные РіСЂСѓРїРїС‹, представляют СЃРѕР±РѕР№ полимеры. Полимеризация РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РІ результате образования алкоксидных мостиков, РїСЂРё этом проявляется тенденция атомов металлов Рє увеличению координационного числа металла. Р�меется также возможность обмена между концевыми Рё мостиковыми алко-ксидными группами РІ пределах полимерной молекулы. Р�сследование методом ядерного магнитного резонанса [41 ] показало, что внутримолекулярный обмен РІ тетраэтоксиде титана РїСЂРё комнатной температуре РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ очень быстро.  [15]

Страницы:      1

Металлы – это химические элементы, атомы которых легко отдают электроны внешнего ( а некоторые и предвнешнего ) электронного слоя, превращаясь в положительные. — презентация

1

2 Металлы – это химические элементы, атомы которых легко отдают электроны внешнего ( а некоторые и предвнешнего ) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Типичными металлами являются щелочные и щелочноземельные металлы, которые характеризуются небольшим (1-2) числом электронов на внешнем уровне их атомов и легкостью потери электронов, что отражает низкие значения электроотрицательности.

3 К физическим свойствам металлов относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, магнитные свойства, все металлы обладают высокой электропроводностью ( то есть они – проводники ), особенно медь, серебро, золото, ртуть и алюминий ; высока и теплопроводность металлов. Многие металлы обладают пластичностью ( например, олово, алюминий ), ковкостью

4 Цветом называют способность металлов от ­ ражать световое излучение с определенной дли ­ ной волны. Например, медь имеет розово — крас ­ ный цвет, алюминий серебристо — белый.

5 металлический блеск

6 Температурой плавления называют температуру, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплавкие металлы ( вольфрам 3416° С, тантал 2950° С, титан 1725° С. и др.

) и легкоплавкие ( олово 232° С, свинец 327° С, цинк 419,5° С, алюминий 660° С ). Темпера ­ тура плавления имеет большое значение при вы ­ боре металлов для изготовления литых изделий, сварных и паяных соединений, термоэлектриче ­ ских приборов и других изделий.

В единицах СИ температуру плавления выражают в градусах Кельвина ( К ).

7 Теплопроводностью называют, способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро. медь, алюминий обладают большой теплопроводностью. Железо имеет теплопроводность примерно в три раза меньше, чем алюминий, и в пять раз меньше, чем медь.

Теплопроводность имеет большое значение при выборе материала для де ­ талей. Например, если металл плохо проводит тепло, то при нагреве и быстром охлаждении ( термическая обработка, сварка ) в нем образу ­ ются трещины. Некоторые детали машин ( порш ­ ни двигателей, лопатки турбин ) должны быть изготовлены из материалов с хорошей т e плоп po водностью.

В единицах СИ теплопроводность имеет размерность Вт / ( м * К ).

8 Теплоемкостью называют способность ме ­ талла при нагревании поглощать определенное количество тепла. В единицах СИ имеет размер ­ ность Дж / К. Теплоемкость различных металлов сравнивают по величине удельной теплоемко ­ сти количеству тепла, выраженному в боль ­ ших калориях, которое требуется для повыше ­ ния температуры 1 кг металла на 1° С ( в едини ­ цах СИ Дж /( кг. К ).

9 Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками электропроводностью и электросопротивлением.

Электрическая проводимость оценивается в системе СИ в сименсах ( См ), а удельная электропроводность в См / м, аналогично электросопротивление выражают в омах ( Ом ), а удельное электросопротивление в Ом / м. Хорошая электропроводность необходима, например, для токоведущих проводов ( медь, алюминий ).

При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением ( нихром, константан, манганин ). С повышением температуры металла его электропро ­ водность уменьшается, а с понижением увеличивается.

10 Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т. е. способностью металлов намагничиваться. В единицах СИ магнитная постоянная имеет размерность Гн / м.

Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферро ­ магнитными. Материалы с магнитными свойства ­ ми применяют в электротехнической аппаратуре и для изготовления магнитов.

11

12 Способы получения металлов : 1) одним из главных способов получения металлов из руд основан на восстановлении их оксидов углем : Cu2O + C = 2Cu + CO?; 2) производят выплавку чугуна из железных руд, получение олова из оловянного камня SnO2 и восстановление других металлов из оксидов ; 3) для получения металлов из сернистых руд, последние вначале переводят в сернистые соединения с помощью обжигания в специальных печах :

13 Руду, представляющую собой соль угольной кислоты, можно сразу восстанавливать при помощи угля : ZnCO3 = ZnO + CO2?. Руды содержат в себе немало примесей ( песок, известняк, глина ). Для облегчения выплавки металла смеси устраняют, добавляя разнообразные вещества ( флюсы ), образующие с ними легкоплавкие соединения – шлаки.

В тех случаях, когда примесей в руде много, ее обогащают путем удаления части примесей. Самый распространенный способ обогащения – флотация. Пример : руду, состоящую из сернистого металла и пустой породы, измельчают, заливают водой, прибавляя малополярное органическое вещество ( для образования пены ) и небольшое количество реагента « коллектора », который адсорбируется поверхностью минерала.

Через смесь снизу пропускают струю воздуха. В результате частицы минерала со слоем молекул « коллектора » прилипают к пузырькам воздуха, а частицы пустой породы, смоченные водой, опускаются на дно. Затем пену собирают, отжимают и получают руду с большим содержанием металла. Существует также гравитационное обогащение, основанное на различии плотности и разнице падения частиц металлов и воды.

Магнитный способ – разделение металлов по магнитным свойствам.

14 4) Металл можно получить путем электролиза. С его помощью получают одни из наиболее активных металлов. 5) Промышленные способы получения металлов : пирометаллургический, электрохимический, гидрометаллургический.