Конспект урока: Общая характеристика металлов. Химические свойства металлов

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

Мы обсудим строение атомов металлов, подробнее разберем 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 трех. 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 еще 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, проведенной 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 остается 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 решетки 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 3420 °С. Литий, натрий и калий можно легко разрезать кухонным ножом, а хром – самый твердый металл – может поцарапать стекло.

Конечно, несмотря на все разнообразие, металлы обладают и общими свойствами. Мы поговорим о четырех.

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 решетки, отражают свет.

 

Наиболее блестящие металлы – это 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 решетки «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 поддается 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 черным 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.