Урок №46. Положение металлов в периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Металлическая связь. Физические свойства металлов. Сплавы металлов

Положение металлов в ПСХЭ Д. И. Менделеева

Положение металлов в таблице элементов

Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПСХЭ.

К ним относятся:

Элементы главных подгрупп:

s-элементы – элементы I и II групп, главных подгрупп (водород Н и гелий Не – исключения, это неметаллы);
p-элементы – элементы III – VIII групп, главных подгрупп.

Элементы побочных подгрупп:

d- элементы;
f-элементы – лантаноиды и актиноиды.

Усиление металлических и восстановительных свойств металлов в ПСХЭ Д. И. Менделеева

Строение атомов металлов

У атомов металлов на наружном энергоуровне обычно 1-3 электрона. Их атомы обладают большим радиусом и легко отдают валентные электроны, т.е. проявляют восстановительные свойства.

Схема строения атомов металлов в общем виде:

Ме +N) …)1e^- - 3e^-

Me⁰-ne^- → Meⁿ⁺

Mе – восстановители, окисляются

Изменение металлических и восстановительных свойств металлов в группах (главных подгруппах) с ростом заряда их атомов:

Сверху вниз: заряды ядер атомов растут, число электронов на внешнем уровне постоянно, радиус атомов увеличивается, притяжение электронов внешнего уровня к ядру ослабевает, следовательно, увеличивается способность к отдаче валентных электронов, значит, металлические свойства и восстановительная способность увеличиваются.

Изменение металлических и восстановительных свойств металлов в периодах с ростом заряда их атомов:

Слева направо: заряды ядер атомов растут, число электронов на внешнем уровне увеличивается, радиус атомов уменьшается, притяжение электронов внешнего уровня к ядру усиливается, следовательно, увеличивается способность к принятию валентных электронов, значит, металлические свойства и восстановительная способность уменьшаются.

Металлическая кристаллическая решётка

Физические свойства металлов

Физические свойства металлов обусловлены их строением, а именно, металлической кристаллической решёткой.

Металлическая кристаллическая решётка – это совокупность положительно заряженных ионов (катионов) металлов – Меⁿ⁺, их атомов – Me⁰ и свободно передвигающихся между узлами кристаллической решётки электронов – e^- (электронный газ).

В металлической кристаллической решётке присутствует металлическая связь – это связь, которую осуществляют свободные электроны между атомами и катионами металлов в металлической кристаллической решётке.

Общие физические свойства металлов

За счёт наличия в кристаллах свободно движущихся электронов для большинства металлов характерны общие физические свойства: особый металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность, ковкость и другие.

Агрегатное состояние и цвет металлов

При обычных условиях все металлы (за исключением ртути, её температура плавления t= -38,83°C) являются твёрдыми веществами.
Способность металлов отражать падающий на них свет является причиной наличия у них особого металлического блеска.
Металлы не имеют запаха.
В своём большинстве металлы имеют серебристо-белый или серебристо-серый цвет. Исключение составляют медь (красного цвета) и золото (жёлтого цвета).
В технике металлы принято подразделять на чёрные и цветные. Как правило, к чёрным металлам относят железо и его сплавы, а к цветным — все остальные металлы.

Электро- и теплопроводность

Металлы хорошо проводят тепло. Все металлы хорошо проводят электрический ток, что обусловлено наличием в кристаллической решётке электронов, которые способны свободно перемещаться. Очень хорошими проводниками электрического тока являются золото Au, медь Cu и серебро Ag. В ряду Ag, Cu, Au, Al электропроводность уменьшается от серебра к алюминию (чем больше валентных электронов, тем меньше электропроводность).

Пластичность (ковкость)

Металлы в большинстве своём пластичны. Их можно ковать, вытягивать в проволоку и прессовать. Исключение составляют сурьма и висмут, они хрупкие и от удара рассыпаются.

Температура плавления

Температура плавления металлов изменяется в широком интервале: от –38,83°C у ртути до 3420°C у вольфрама. По температуре плавления металлы условно подразделяют на:

легкоплавкие (температура плавления до 1000 °C), например, ртуть;
среднеплавкие (температура плавления от 1000 °C до 1600 °C);
тугоплавкие (температура плавления выше 1600 °C), например, вольфрам.

Плотность

Плотность различных металлов также колеблется в сравнительно широких пределах: от 0,53 г/см³ у лития до 22,61 г/см³ у осмия.

По плотности металлы принято подразделять на

лёгкие (плотность меньше 5 г/см³), например, щелочные металлы;
тяжёлые (плотность свыше 5 г/см³), например, самый тяжёлый металл - Os.

Сплавы металлов

Изучите теоретический материал по теме «Сплавы металлов» используя материалы сайта "Российская электронная школа" (для работы с контрольными заданиями - В1 и В2 требуется регистрация):

Начнём урок https://resh.edu.ru/subject/lesson/4961/start/151293/
Основная часть
Тренировочные задания

Сплавы (состав, свойства, применение)

Сделайте краткий конспект основных понятий в рабочей тетради:

Сплав - материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.

Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.

Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.

Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.

Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.

Цементит – карбид железа Fe₃C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.

Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.

Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.

Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.

Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.

Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.

Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.

Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.

Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.

Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.

Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.

Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.

Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.