Конспект урока: Общая характеристика металлов. Химические свойства металлов

Давая общую характеристику неметаллов, мы говорили о том, что бóльшую часть периодической системы химических элементов занимают всё-таки металлы. Из 118 известных на данный момент элементов более 90 — это металлы. 

Мы обсудим строение атомов металлов, подробнее разберём положение металлов в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева и охарактеризуем их физические свойства.

Строение атомов металлов

Как правило, на внешнем энергетическом уровне у атомов металлов находится небольшое число электронов: от одного до трёх. Для элементов, находящихся в главных подгруппах, эти электроны являются валентными, то есть электронами, которые участвуют в образовании химических связей.

Валентные электроны слабо связаны с ядром. Атомы металлов легко их отдают. Для достижения устойчивого состояния, конечно, проще отдать один–три электрона, чем принимать пять–семь. Поэтому для металлов характерны положительные степени окисления.

Радиусы атомов металлов сравнительное большие. Электроны расположены на значительном расстоянии от ядра и слабее с ним связаны. Это ещё одна причина, почему металлы так легко способны отдавать электроны.

Положение металлов в ПСХЭ Д. И. Менделеева

Металлы располагаются в начале периода и каждый период начинается с щелочного металла. К щелочным металлам относятся металлы IA-группы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.

У всех щелочных металлов на внешнем энергетическом уровне находится один электрон, они легко его отдают, проявляя сильные восстановительные свойства. Восстановительные свойства увеличиваются от лития к францию.

Рисунок 1. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева (металлы занимают левую часть таблицы)

Металлы IIA-группы содержат два электрона на внешнем энергетическом уровне и являются сильными восстановителями. Кальций, стронций и барий называют щелочноземельными металлами. Радий и франций — радиоактивные элементы.

В целом, большинство элементов А-подгрупп — металлы. Они расположены слева внизу от условной диагонали, проведённой от бора к астату. А вот элементы В-подгрупп все без исключения являются металлами. У этих атомов происходит заполнение электронами не только внешнего, но и предвнешнего энергетического уровня. На внешнем же уровне остаётся по одному–два электрона, которые и определяют металлические свойства данных элементов. Лантаноиды и актиноиды, вынесенные из таблицы, также относятся к металлам.

Атомы металлов связаны металлической связью. В узлах кристаллической решётки располагаются атомы металлов и катионы металлов, а внутри циркулирует поток электронов, так называемый «электронный газ».

Физические свойства металлов

По своим физическим свойствам металлы могут быть достаточно разнообразны.

Например, ртуть — жидкий металл, цезий и галлий имеют такую небольшую температуру плавления, что плавятся в ладони, а вольфрам — самый тугоплавкий металл, его температуру плавления равна 3 420 °С. Литий, натрий и калий можно легко разрезать кухонным ножом, а хром — самый твёрдый металл — может поцарапать стекло.

Конечно, несмотря на всё разнообразие, металлы обладают и общими свойствами. Мы поговорим о четырёх.

Электропроводность . При обычных условиях электроны движутся в металлах хаотично, но под действием электрического тока движение электронов становится упорядоченным. Электроны начинают двигаться от отрицательного полюса источника тока к положительному. Все металлы — проводники электрического тока .

Лучшей электропроводностью обладают золото и серебро. Эти металлы незаменимы при изготовлении деталей в космической, авиационной и военной технике, атомной энергетике.

Алюминий также обладает достаточно высокой электропроводностью. При этом он не такой дорогой, как золото или серебро.

Хуже всего проводят электрический ток ртуть, свинец, марганец и вольфрам.

Теплопроводность . Высокая теплопроводность опять же определяется движением электронов. Если начать нагревать один конец металлического прута, тепло постепенно будет распространяться по всей длине.

Рисунок 2. Палладий

Металлический блеск . Блеск металлов обеспечивается за счёт того, что свободные электроны, курсирующие внутри кристаллической решётки, отражают свет.

 

Наиболее блестящие металлы — ртуть, серебро и палладий. Их использование ограничено, так как палладий — очень дорогой металл, ртуть ядовита, а серебро чернеет на воздухе. Поэтому в декоративных целях, например, для нанесения покрытий, использую никель и хром. Они не так дороги и со временем не теряют блеска.

Пластичность — способность металлов менять форму под действием силы. И снова пластичность объясняется строением металлов. При действии какой-либо силы слои кристаллической решётки «скользят» друг относительно друга благодаря «электронному газу» внутри.

Рисунок 3. Железная проволока

Золото — самый пластичный металл. Неплохой пластичностью обладает железо.

Его вытягивают в проволоку, прокатывают в тонкие листы, трубы и так далее.

 

Пластичность металлов имеет и отрицательные стороны. Например, алюминиевые провода вытягиваются под собственным весом.

 

Для придания металлам необходимых качеств их превращают в сплавы. Так, чистая медь плохо поддаётся литью, а вот бронза — сплав из меди и олова — имеет отличные литейные свойства. Чистый алюминий — очень мягкий металл, а сплав из алюминия, магния, марганца, меди и никеля — дюралюминий — прочнее алюминия и гораздо твёрже. Железо и его сплавы относят к чёрным металлам, а остальные металлы и их сплавы — к цветным.

Таким образом, из 118 химических элементов более 90 относятся к металлам. Они расположены слева внизу от диагонали бор – астат. На внешнем энергетическом уровне атомов металлов находится небольшое число электронов, которые металлы легко отдают, проявляя восстановительные свойства. Металлы обладают хорошей электро- и теплопроводностью, металлическим блеском и пластичностью.