Позицията на металите
в периодичната система на химичните елементи на Д. И. Менделеев.
Физични свойства на металите

8 клас

Цел.Да даде на учениците представа за свойствата на металите като химични елементи и като прости вещества, въз основа на знанията им за природата на химичната връзка. Помислете за използването на прости вещества-метали въз основа на техните свойства. Да подобри способността за сравняване, обобщаване, установяване на връзката между структурата и свойствата на веществата. Развийте познавателната активност на учениците, като използвате игрови форми на учебна дейност.

Оборудване и реактиви.Карти със задачи, карти със символи на алкални метали (на ученик), таблички, маса "Метална връзка", игри "Алхимични знаци", спиртна лампа, стари медни монети, торбичка от камбрик, метални образци.

ПО ВРЕМЕ НА ЗАНЯТИЯТА

Учител. Днес ще изучаваме металите като химични елементи и металите като прости вещества. Какво е химичен елемент?

Студент. Елементът е колекция от атоми с еднакъв ядрен заряд.

Учител. От 114 известни химически елемента 92 са метали. Къде се намират металите в периодичната таблица на химичните елементи? Как са подредени металните елементи в периоди?

Работа върху таблицата "Периодична система от химични елементи на Д. И. Менделеев."

Студент. Всеки период (с изключение на първия) започва с метали, като броят им нараства с увеличаването на броя на периода.

Учител. Колко метални елемента има във всеки период?

Статията е подготвена с подкрепата на училището по английски език Allada в Москва. Познаването на английски ви позволява да разширите хоризонтите си, а също така можете да се запознаете с нови хора и да научите много нови неща. Школа по английски език "Алада" предоставя уникална възможност да се запишете в курсове по английски език на най-добра цена. По-подробна информация за валидните към момента цени и промоции можете да намерите на сайта www.allada.org.

Студент. В първия период няма метали, във втория - два, в третия - три, в четвъртия - четиринадесет, в петия - петнадесет и в шестия - тридесет.

Учител. В седмия период тридесет и един елемента трябва да имат свойствата на метал. Нека видим подреждането на металите в групи.

Студент. Металите са елементи, които съставляват основните подгрупи на групи I, II, III на периодичната система (с изключение на водород и бор), елементи от група IV - германий, калай, олово, група V - антимон, бисмут, група VI - полоний. В страничните подгрупи на всички групи са само металите.

Учител. Металните елементи са разположени отляво и отдолу на периодичната таблица. Сега направете задача 1 от картата със задачи във вашите тетрадки.

Упражнение 1.Изпишете химичните знаци на металите от картите. Назовете ги. Подчертайте металите от основните подгрупи.

1-ви вариант Na, B, Cu, Be, Se, F, Sr, Cs.

Отговор. Na – натрий, Cu – мед,
Бъда – берилий, старши – стронций, Cs– цезий.

2-ри вариант K, C, Fe, Mg, Ca, O, N, Rb.

Отговор. К – калий, Fe – желязо,
мг– магнезий, ок – калций, Rb – рубидий.

Учител. Какви са характеристиките на структурата на металните атоми? Направете електронни формули на атоми натрий, магнезий, алуминий.

(Трима ученици работят на черната дъска, използвайки чертежа (фиг. 1).)

Колко електрона има във външното ниво на тези метални елементи?

Студент. Броят на електроните на външното ниво на елементите от основните подгрупи е равен на номера на групата, натрият има един електрон на външното ниво, магнезият има два електрона, а алуминият има три електрона.

Учител. Металните атоми имат малък брой електрони (най-вече от 1 до 3) на външно ниво. Изключение правят шест метала: атомите на германия, калая и оловото във външния слой имат 4 електрона, атомите на антимона, бисмута - 5, атомите на полония - 6. Сега направете втората задача от картата.

Задача 2.Дадени са схеми на електронната структура на атомите на някои елементи.

Какви са тези елементи? Кои от тях принадлежат към металите? Защо?

1-ви вариант 1 с 2 , 1с 2 2с 2 , 1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 , 1с 2 2с 2 2стр 3 .

Отговор. Хелий, берилий, магнезий, азот.

2-ри вариант. един с 2 2с 1 , 1с 2 2с 2 2стр 6 3с 1 , 1с 1 , 1с 2 2с 2 2стр 6 3с 2 3стрл

Отговор. Литий, натрий, водород, алуминий.

Учител. Как свойствата на металите са свързани с характеристиките на тяхната електронна структура?

Студент. Металните атоми имат по-малък ядрен заряд и по-голям радиус в сравнение с неметалните атоми от същия период. Следователно силата на връзката на външните електрони с ядрото в металните атоми е малка. Металните атоми лесно отдават валентни електрони и се превръщат в положително заредени йони.

Учител. Как се променят металните свойства в рамките на един и същи период, същата група (главна подгрупа)?

Студент. В рамките на период, с увеличаване на заряда на атомното ядро ​​и съответно с увеличаване на броя на външните електрони, металните свойства на химичните елементи намаляват. В рамките на същата подгрупа, с увеличаване на заряда на атомното ядро, с постоянен брой електрони на външно ниво, металните свойства на химичните елементи се увеличават.

Задача на дъската(Работят трима ученика).

Отбележете със знака отслабването на металните свойства на следните пет елемента. Обяснете разположението на знаците.

1.	Бъда		2.	мг		3.	Ал
Na	мг	Ал	К	ок	sc	Zn	Ga	Ge
	ок			старши			в

Докато учениците работят самостоятелно на дъската, останалите изпълняват задача 3 от картата.

Задача 3.Кой от двата елемента има по-силно изразени метални свойства? Защо?

1-ви вариант.Литий или берилий.

2-ри вариант.Литий или калий.

Проверка на задачите.

Учител. И така, тези елементи имат метални свойства, чиито атоми имат малко електрони на външно ниво (далеч от завършеност). Следствие от малкия брой външни електрони е слабата връзка на тези електрони с останалата част от атома - ядрото, заобиколено от вътрешни слоеве електрони.

Резултатът се сумира и записва накратко на дъската (схема), учениците записват в тетрадки.

Схема

Учител. Какво е просто вещество?

Студент. Простите вещества са вещества, които са изградени от атоми на един елемент.

Учител. Простите вещества-металите са "колективи" от атоми; поради електрическата неутралност на всеки атом, цялата маса на метала също е електрически неутрална, което ви позволява да вземете метали и да ги изследвате.

Демонстрация на метални проби: никел, злато, магнезий, натрий (в колба под слой керосин).

Но натрият не може да се вземе с голи ръце - ръцете са мокри, при взаимодействие с влагата се образуват алкали, които разяждат кожата, тъканите, хартията и други материали. Така че последствията за ръката могат да бъдат тъжни.

Задача 4.Определете металите от издадените: олово, алуминий, мед, цинк.

(Металните проби са номерирани. Отговорите са написани на гърба на дъската.)

Проверка на работата.

Учител. В какво агрегатно състояние са металите при нормални условия?

Студент. Металите са твърди кристални вещества (с изключение на живака).

Учител. Какво има във възлите на кристалната решетка на металите и какво има между възлите?

Студент. Във възлите на кристалната решетка на металите има положителни йони и атоми на метали, между възлите са електрони. Тези електрони стават общи за всички атоми и йони на дадено парче метал и могат да се движат свободно през кристалната решетка.

Учител. Как се наричат ​​електроните, които са в кристалната решетка на металите?

Студент. Те се наричат ​​свободни електрони или "електронен газ".

Учител. Какъв тип връзка е типичен за металите?

Студент. Това е метална връзка.

Учител. Какво е метална връзка?

Студент. Връзката между всички положително заредени метални йони и свободните електрони в кристалната решетка на металите се нарича метална връзка.

Учител. Металната връзка определя най-важните физични свойства на металите. Металите са непрозрачни, имат метален блясък поради способността да отразяват падащите върху повърхността им светлинни лъчи. В най-голяма степен тази способност се проявява при среброто и индия.

Металите имат блясък в компактно парче, а във фино диспергирано състояние повечето от тях са черни. Алуминият, магнезият обаче запазват метален блясък дори в прахообразно състояние.(демонстрация на алуминий и магнезий на прах и в плочи).

Всички метали са проводници на топлина и електрически ток. Хаотично движещите се електрони в метал под въздействието на приложено електрическо напрежение придобиват насочено движение, т.е. създават електрически ток.

Смятате ли, че електрическата проводимост на метала се променя с повишаване на температурата?

Студент. С повишаване на температурата електропроводимостта намалява.

Учител. Защо?

Студент. С повишаване на температурата амплитудата на колебанията на атомите и йоните във възлите на кристалната решетка на метала се увеличава. Това затруднява движението на електроните и електрическата проводимост на метала пада.

Учител. Електрическата проводимост на металите се увеличава от hg да се Ag:

Hg, Pb, Fe, Zn, Al, Au, Cu, Ag.

Най-често, със същата закономерност като електрическата проводимост, топлопроводимостта на металите се променя. Можете ли да дадете пример, който доказва топлопроводимостта на металите?

Студент. Ако налеете гореща вода в алуминиева чаша, тя ще се нагрее. Това показва, че алуминият провежда топлина.

Учител. Какво определя топлопроводимостта на металите?

Студент. Дължи се на високата подвижност на свободните електрони, които се сблъскват с вибриращи йони и атоми и обменят енергия с тях. Следователно има изравняване на температурата в цялото парче метал.

Учител. Пластичността е много ценно свойство на металите. На практика се проявява в това, че под ударите на чука металите не се раздробяват на парчета, а се сплескват - изковават се. Защо металите са пластмасови?

Студент. Механичното въздействие върху кристал с метална връзка причинява изместване на слоевете от йони и атоми един спрямо друг и тъй като електроните се движат през целия кристал, връзката не се разкъсва, следователно пластичността е характерна за металите(фиг. 2, а) .

Учител. Ковки метали: алкални метали (литий, натрий, калий, рубидий, цезий), желязо, злато, сребро, мед. Някои метали - осмий, иридий, манган, антимон - са крехки. Най-ковкият от благородните метали е златото. Един грам злато може да бъде изтеглен в тел с дължина два километра.

А какво се случва под действието на удар с вещества с атомна или йонна кристална решетка?

Студент. Веществата с атомна или йонна решетка се разрушават при удар. При механично въздействие върху твърдо вещество с атомна решетка отделните му слоеве се разместват - сцеплението между тях се нарушава поради разкъсването на ковалентните връзки. Разкъсването на връзките в йонната решетка води до взаимно отблъскване на еднакво заредени йони(фиг. 2, b, c).

Учител. Електропроводимост, топлопроводимост, характерен метален блясък, пластичност или ковкост - такава комбинация от характеристики е присъща само на металите. Тези характеристики се проявяват в металите и са специфични свойства.

Специфичните свойства са обратно пропорционални на силата на металната връзка. Останалите свойства - плътност, точки на кипене и топене, твърдост, агрегатно състояние - са общи характеристики, присъщи на всички вещества.

Плътността, твърдостта, точките на топене и кипене на металите са различни. Плътността на метала е толкова по-ниска, колкото по-малка е относителната му атомна маса и колкото по-голям е радиусът на атома. Литият има най-ниска плътност - 0,59 g / cm 3, осмият има най-висока - 22,48 g / cm 3. Металите с плътност по-малка от пет се наричат ​​леки, а металите с плътност по-голяма от пет се наричат ​​тежки.

Най-твърдият метал е хромът, най-меките са алкалните метали.

Живакът има най-ниската точка на топене, t pl(Hg) \u003d -39 ° С, а най-високата - волфрам, t pl(W) = 3410 °С.

Свойства като точка на топене, твърдост са пряко зависими от силата на металната връзка. Колкото по-силна е металната връзка, толкова по-твърди са неспецифичните свойства. Моля, обърнете внимание: в алкалните метали силата на металната връзка намалява в периодичната таблица отгоре надолу и в резултат на това температурата на топене естествено намалява (радиусът се увеличава, ефектът на ядрения заряд намалява, при големи радиуси и единичен валентен електрон, алкалните метали са стопими). Например, цезият може да се разтопи с топлината на дланта ви. Но не го вземайте с голи ръце!

Играта "Кой е по-бърз"

Таблетите са окачени на дъската (фиг. 3). На всяко бюро има набор от карти с химически знаци на алкални метали.

Упражнение.Въз основа на известните модели на промяна в точката на топене на алкалните метали, поставете картите в съответствие с тези таблетки.

Отговор. а– Li, Na, K, Rb, Cs;
b– Cs, Rb, K, Na, Li; в– Cs, Li, Na, Rb, K.

Отговорите на учениците се поясняват и обобщават.

Студент (съобщение). Металите се различават по отношението си към магнитните полета. Според това свойство те се разделят на три групи: феромагнитни метали - способни да се магнетизират добре под действието на слаби магнитни полета (например желязо, кобалт, никел и гадолиний); парамагнитни метали - проявяващи слаба способност за магнетизиране (алуминий, хром, титан и повечето от лантанидите); диамагнитни метали - не се привличат от магнит и дори леко се отблъскват от него (например бисмут, калай, мед).

Изученият материал се обобщава – учителят пише на дъската, учениците в тетрадките.

Физични свойства на металите

Конкретен:

метален блясък,

електропроводимост,

топлопроводимост,

пластмаса.

Обратно пропорционална зависимост от силата на металната връзка.

Неспецифични: плътност,

Tтопене,

Tкипене,

твърдост,

агрегатно състояние.

Право пропорционална зависимост от силата на металната връзка.

Учител. Физичните свойства на металите, произтичащи от свойствата на металната връзка, определят различните им приложения. Металите и техните сплави са най-важните структурни материали на съвременната технология; те отиват за производството на машини и инструменти, необходими в промишлеността, различни превозни средства, строителни конструкции, селскостопански машини. В тази връзка желязото и алуминиевите сплави се произвеждат в големи количества. Металите се използват широко в електротехниката. От какви метали са направени електрическите проводници?

Студент. В електротехниката, поради високата цена на среброто, медта и алуминият се използват като материал за електрически кабели..

Учител. Без тези метали би било невъзможно предаването на електрическа енергия на разстояние от стотици, хиляди километри. Предметите на бита също се изработват от метали. Защо саксиите са изработени от метал?

Студент. Металите са топлопроводими и издръжливи.

Учител. Какво свойство на металите се използва за направата на огледала, рефлектори, коледна украса?

Студент. Метален блясък.

Учител. Леките метали - магнезий, алуминий, титан - намират широко приложение в самолетостроенето. Много части от самолети и ракети са направени от титан и неговите сплави. Триенето срещу въздуха при високи скорости причинява силно нагряване на обшивката на самолета и якостта на металите при нагряване обикновено значително намалява. В титана и неговите сплави, в условията на свръхзвукови полети, почти няма намаляване на якостта.

В случаите, когато е необходим метал с висока плътност (куршуми, изстрел), често се използва олово, въпреки че плътността на оловото (11,34 g / cm 3) е много по-ниска от тази на някои по-тежки метали. Но оловото е доста топимо и следователно удобно за обработка. Освен това е несравнимо по-евтин от осмия и много други тежки метали. Живакът, като течен метал при нормални условия, се използва в измервателни уреди; волфрам - във всички случаи, когато се изисква метал, който издържа на особено високи температури, например за нишките на електрическите крушки. Каква е причината за това?

Студент. Живакът има ниска точка на топене, докато волфрамът има висока точка на топене.

Учител. Металите също отразяват радиовълни, което се използва в радиотелескопи, които улавят радиоизлъчвания от изкуствени спътници на Земята и в радари, които откриват самолети на големи разстояния.

За направата на бижута се използват благородни метали - сребро, злато, платина. Потребителят на злато е електронната индустрия: тя се използва за създаване на електрически контакти (по-специално оборудването на пилотиран космически кораб съдържа доста злато).

Сега изпълнете задачата от картата.

Задача 5.Подчертайте кой от следните метали е най-много:

1) широко използвани: злато, сребро, желязо;

2) ковък: литий, калий, злато;

3) огнеупорни: волфрам, магнезий, цинк;

4) тежки: рубидий, осмий, цезий;

5) електропроводими: никел, олово, сребро;

6) твърди: хром, манган, мед;

7) стопими: платина, живак, литий;

8) светлина: калий, франций, литий;

9) брилянт: калий, злато, сребро.

Демонстрация на опит

За опита се вземат 5-10 броя медни (стари) монети, които се окачват в камбрикова торба над пламъка на спиртна лампа. Материята не се запалва. Защо?

Студент. Медта е добър проводник на топлина, топлината веднага се прехвърля към метала и тъканта няма време да се запали.

Учител. Металите са познати на човека отдавна.

Студент (съобщение). Дори в древни времена седем метала са били известни на човека. Седемте метала от древността са били свързани със седемте известни тогава планети и обозначени със символични икони на планетите. Знаците злато (Слънце) и сребро (Луна) са ясни без много обяснения. Знаците на други метали се считат за атрибути на митологични божества: ръчното огледало на Венера (мед), щитът и копието на Марс (желязо), тронът на Юпитер (калай), ятаганът на Сатурн (олово), жезълът на Меркурий (живак).

Възгледите на алхимиците за връзката на планетите с металите са много успешно изразени от следните редове от стихотворението на Н. А. Морозов „От бележките на един алхимик“:

„Седем метала създадоха светлина,
Според броя на седемте планети.
Даде ни място за добро
мед, желязо, сребро,
Злато, калай, олово.
Сине мой, сярата им е баща.
И побързай, сине мой, да разбереш:
За всички тях живакът е собствената им майка.

Тези идеи бяха толкова силни, че когато антимонът беше открит през Средновековието
и нямаше планети за бисмут, те просто не се смятаха за метали.

Пазейки опитите си в тайна, алхимиците шифровали описанията на веществата, получени по различни начини.

Учител. И вие, използвайки алхимична нотация, съставихте играта "Алхимични знаци" у дома.

Условия на играта: на фигурата (фиг. 4) дадени са древните алхимични знаци на металите. Определете към коя планета принадлежи всеки символ и като вземете една буква от името, посочената на фигурата, прочетете името на металния елемент.

Относно отговора. Самарий, рутений, платина.

Учениците си разменят игри, отгатват имената на металите.

Учител. М. В. Ломоносов говори за металите по следния начин: „Металът е твърдо, непрозрачно и леко тяло, което може да се стопи на огън и да се кове студено“ и приписва това свойство на металите: злато, сребро, мед, калай, желязо и олово.

През 1789 г. френският химик А. Л. Лавоазие в своя наръчник по химия дава списък от прости вещества, който включва всички известни тогава 17 метала.(Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn) . С развитието на методите за химични изследвания броят на известните метали започна бързо да нараства. През първата половина на XIX век. открити са платинени метали; получени чрез електролиза на някои алкални и алкалоземни метали; е положено началото на отделянето на редкоземни метали; в химическия анализ на минералите са открити неизвестни досега метали. В началото на 1860 г. с помощта на спектрален анализ са открити рубидий, цезий, индий и талий. Съществуването на метали, предсказани от Менделеев въз основа на неговия периодичен закон (галий, скандий и германий), беше блестящо потвърдено. Откриването на радиоактивността в края на 19 век. доведе до търсенето на радиоактивни метали, което се увенча с пълен успех. И накрая, по метода на ядрените трансформации, започвайки от средата на 20 век. получени са несъществуващи в природата радиоактивни метали, включително принадлежащи към трансурановите елементи. В историята на материалната култура, древна и нова, металите са от първостепенно значение.

Учителят обобщава урока.

Домашна работа

1. Намерете отговори на въпроси.

Каква е разликата между структурата на металните атоми и структурата на неметалните атоми?

Назовете два метала, които лесно се разделят с електрони по "молба" на светлинни лъчи.

Възможно ли е да се донесе кофа с живак от съседната стая в кабинета по химия?

Защо някои метали са пластични (като медта), докато други са крехки (като антимона)?

Каква е причината за наличието на специфични свойства в металите?

Къде може да се намери в ежедневието:

а) волфрам, б) живак, в) мед, г) сребро?

На какви физични свойства на този метал се основава употребата му в ежедневието?

Какъв метал нарече академик A.E. Fersman „метал на тенекия“?

2. Погледнете снимката и обяснете защо металите се използват по начина, по който са, а не обратното.

3. Решете пъзели.

Пъзел "Пет + две".

Напишете в хоризонталните редове имената на следните химични елементи, завършващи на -y:

а) алкален метал;

б) благороден газ;

в) алкалоземен метал;

г) елемент от семейството на платината;

д) лантаноид.

Ако имената на елементите са въведени правилно, тогава по диагоналите: отгоре надолу и отдолу нагоре, ще можете да прочетете имената на още два елемента.

Относно отговора. a - цезий, b - хелий, c - барий, d - родий, e - тулий.
Диагонално: церий, торий.

Пъзел "Клас".

Напишете имената на петте химични елемента, състоящи се от по седем букви, така че ключовата дума да е КЛАС.

Относно отговора. калций (кобалт), лутеций,
актиний, скандий, сребро (самарий).

Пъзел "Седем букви".

Напишете имената на химичните елементи във вертикалните редове.

Ключовата дума е КИСЕЛИНА.

Относно отговора. Калий, индий, селен, литий,
осмий, тулий, аргон (астат).

В периодичната система повече от 3/4 от местата са заети: те са в групи I, II, III, във вторични подгрупи на всички групи. Освен това металите са най-тежките елементи от групи IV, V, VI и VII. Трябва да се отбележи обаче, че много от тях са амфотерни и понякога могат да се държат като неметали.
Характеристика на структурата на металните атоми е малък брой електрони на външния електронен слой, който не надвишава три.
Металните атоми обикновено имат големи атомни радиуси. В периодите алкалните метали имат най-големи атомни радиуси. Следователно тяхната най-висока химическа активност, т.е. металните атоми лесно отдават електрони, са добри редуциращи агенти. Най-добрите редуциращи агенти са група I и II на основните подгрупи.
В съединенията металите винаги показват положителна степен на окисление, обикновено от +1 до +4.

Фиг. 70. Схема на образуване на метална връзка в парче метал,

В съединения с неметали типичните метали образуват йонна химична връзка. Под формата на обикновен метал атомите са свързани помежду си чрез така наречената метална връзка.

Запишете този термин в тетрадката си.

Металната връзка е специален тип връзка, която е уникална за металите. Същността му е, че електроните непрекъснато се отделят от металните атоми, които се движат по цялата маса на парче метал (фиг. 70). Металните атоми, лишени от електрони, се превръщат в положителни йони, които се стремят отново да привлекат свободно движещи се електрони към себе си. Едновременно с това други метални атоми отдават електрони. Така вътре в парче метал непрекъснато циркулира така нареченият електронен газ, който здраво свързва всички атоми на метала. Електроните се оказват, така да се каже, социализирани едновременно от всички атоми на метала. Този специален тип химическа връзка между металните атоми определя както физичните, така и химичните свойства на металите.

■ 1. Как да обясним ниската електроотрицателност на металите?
2. Как се образува метална връзка?
3. Каква е разликата между метална връзка и ковалентна връзка?

Ориз. 71. Сравнение на точките на топене на различни метали

Металите имат редица подобни физични свойства, които ги отличават от неметалите. Колкото повече валентни електрони има металът, толкова по-силна е металната връзка, толкова по-силна е кристалната решетка, толкова по-силен и по-твърд е металът, толкова по-висока е неговата точка на топене и кипене и т.н. Характеристиките на физичните свойства на металите са разгледани по-долу.
Всички те имат повече или по-малко изразен блясък, който обикновено се нарича метален. Металният блясък е характерен за парче метал като цяло. Прахът съдържа тъмно оцветени метали, с изключение на магнезий и алуминий, които запазват сребристобял цвят и затова алуминиевият прах се използва за направата на "сребриста" боя. Много неметали имат мазен или стъклен блясък.
Цветът на металите е доста равномерен: той е или сребристобял ( , ) или сребристо сив ( , ). Само жълто, но червено. Неметалите имат много разнообразен цвят: - лимоненожълт, - червено-кафяв, - червен или бял, - черен.

Така по цвят металите условно се разделят на черни и цветни. Черните метали също включват него. Всички останали метали се наричат ​​цветни.

При нормални условия металите са твърди вещества с кристална структура. Сред неметалите има както твърди ( , ), така и течни ( ) и газообразни ( , ) .
Всички метали, с изключение на живака, са твърди вещества, така че тяхната точка на топене е над нулата, само точката на топене на живака е -39 °. Най-огнеупорният метал е, чиято точка на топене е 3370 °. Точката на топене на други метали е в тези граници (фиг. 71).
Точките на топене на неметалите са много по-ниски от тези на металите, например кислород -219°, водород -259,4°, флуор -218°, хлор -101°, бром -5,7°.

Ориз. 72. Сравнение на твърдостта на металите с твърдостта на диаманта.

Металите имат различна твърдост, която се сравнява с твърдостта на диаманта. Индексът на твърдост на метала се определя от специално устройство - тестер за твърдост. В този случай стоманена топка или, в случай на по-голяма твърдост на метала, диамантен конус се притиска в масата на метала. Твърдостта на метала се определя от силата на натиск и дълбочината на образувания отвор.
Най-твърдият метал е. Меките метали -, - се режат лесно с нож. Твърдостта на отделните метали според общоприетата десетобална скала, твърдостта е показана на фиг. 72.

Металите в по-голяма или по-малка степен имат пластичност (пластичност). Неметалите нямат това свойство. Най-ковкият метал е. От него можете да изковате златно фолио с дебелина 0,0001 мм - 500 пъти по-тънко от човешки косъм. В същото време е много крехък; може дори да се стрие в хаван на прах.
Пластичността е способността да се деформира силно, без да се нарушава механичната якост. Пластичността на металите се използва по време на тяхното валцуване, когато огромни горещи метални слитъци се прекарват между кримпващите валове, приготвяйки листове от тях, по време на изтегляне, когато се изтегля тел от тях, по време на пресоване, щамповане, когато под действието на

Ориз. 73. Сравнение на металите по плътност.

налягане, на нагрятия метал се придава определена форма, която той запазва при охлаждане. Пластичността зависи от структурата на кристалната решетка на металите.
Всички метали са неразтворими във вода, но се разтварят един в друг в стопилка. Твърд разтвор на един метал в друг се нарича сплав.

По плътност металите се делят на тежки и леки. За тежки се считат тези, чиято плътност е повече от 3 g / cm3 (фиг. 73). Най-тежкият метал е. Най-леките метали - , .- имат плътност дори по-малка от единица. Леките метали - и са получили голямо приложение в промишлеността.
Металите се характеризират с висока електрическа и топлопроводимост (фиг. 74), докато неметалите имат тези свойства в слаба степен. Той има най-висока електрическа и топлопроводимост, той е на второ място. Тези свойства са доста високи в алуминия.

Ориз. 74. Сравнение на електропроводимостта и топлопроводимостта на различни метали

Трябва да се отбележи, че металите с висока електропроводимост имат и висока топлопроводимост.
Металите проявяват магнитни свойства. Ако при контакт с магнит металът се привлече към него и след това сам се превърне в магнит, казваме, че металът е намагнетизиран. Добре намагнетизирани, и тях. Такива метали се наричат ​​феромагнитни. Неметалите нямат магнитни свойства.

■ 4. Направете и попълнете следната таблица:

Химични свойства на металите. Корозия

Химичните и физичните свойства на металите се определят от атомната структура и характеристиките на металната връзка. Всички метали се отличават със способността лесно да отдават валентни електрони. В тази връзка те проявяват изразени възстановителни свойства. Степента на редуцираща активност на металите отразява електрохимичната серия от напрежения (вижте Приложение III, параграф 6).
Познавайки позицията на метала в тази серия, може да се направи заключение за сравнителната стойност на енергията, изразходвана за отделянето на валентните електрони от атома. Колкото по-близо до началото на реда, толкова по-лесно се окислява металът. Най-активните метали се изместват от водата при нормални условия с образуването на алкали:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
По-малко активните метали се изместват от водата под формата на прегрята пара и форма
2Fe + 4Н2О = Fe3О4 + 4H2
реагират с разредени и аноксични киселини, измествайки водорода от тях:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Металите, които стоят след водорода, не могат да го изместят от вода и от киселини, но влизат в окислително-възстановителни реакции с киселини, без да изместват водорода:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + H2O
Всички предходни метали изместват следващите от техните соли:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Сu

Fe0 + Сu2+ = Fe2+ + Сu0
Във всички случаи реагиращите метали се окисляват. Окисляването на металите се наблюдава и при директно взаимодействие на метали с неметали:
2Na + S = Na2S
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Повечето метали реагират активно с кислорода, образувайки различни състави (виж стр. 38).

■ 5. Как може да се характеризира редукционната активност на даден метал, като се използва набор от напрежения?

6. Дайте примери за метали, които реагират с вода като натрий, желязо. Подкрепете отговора си с уравнения на реакцията.

7. Сравнете взаимодействието на активните метали и активните неметали с водата.
8. Избройте химичните свойства на металите, като подкрепите отговора си с уравнения на реакцията.
9. С кое от следните вещества ще реагира желязото: а), б) гасена вар, в) меден карбонат, г), д) цинков сулфат, д)?
10. Какъв газ и в какъв обем може да се получи чрез действието на 5 kg смес от мед и меден оксид с концентрирана азотна киселина, ако медният оксид в смес от 20%?

Окисляването на металите често води до тяхното унищожаване. Разрушаването на металите под въздействието на околната среда се нарича корозия.

Запишете определението за корозия в тетрадката си.

Възниква под въздействието на кислород, влага и въглероден диоксид, както и на азотни оксиди и др. Корозията, причинена от директното взаимодействие на метала с веществото на околната среда, се нарича химическа или газова корозия. Например в химическата промишленост металът понякога влиза в контакт с кислород, хлор, азотни оксиди и др., което води до образуването на соли и метали:
2Сu + О2 = 2СuО
В допълнение към газовата, или химическата, корозия, има и електрохимична корозия, която е много по-често срещана. За да разберете схемата на електрохимичната корозия, помислете за галванична двойка -.

Вземете цинкови и медни плочи (фиг. 75) и ги спуснете в разтвор на сярна киселина, която, както знаем, се съдържа в разтвора под формата на йони:
H2SO4 \u003d 2H + + SO 2 4 -
Чрез свързване на цинкови и медни пластини чрез галванометър ще установим наличието на електрически ток във веригата. Това се обяснява с факта, че цинковите атоми, даряващи електрони, преминават в разтвор под формата на йони:
Zn 0 - 2 д— → Zn+2
Електроните преминават през проводника към медните йони и от медните към водородните йони:
H++ д— → H 0

Водородът под формата на неутрални атоми се отделя върху медна плоча и постепенно се разтваря. По този начин медта, сякаш извлича електрони от цинка, кара последния да се разтваря по-бързо, т.е. насърчава окисляването. В същото време напълно чист може да бъде известно време в киселина, напълно незасегнат от нейното действие.

Ориз. 75. Схема на образуване на галванична двойка по време на електрохимична корозия. 1 - цинк; 2 - мед; 3 - водородни мехурчета върху медния електрод; 4 - галванометър

По същата схема възниква корозия на метал като желязо, само че е електролит във въздуха, а примесите към желязото играят ролята на втори електрод на галванична двойка. Тези пари са микроскопични, така че разрушаването на метала е много по-бавно. По-активният метал обикновено се разрушава. Така електрохимичната корозия е окисление на метал, придружено от появата на галванични двойки. нанася големи щети на националната икономика.

12. Определете корозията.
11. Възможно ли е да се счита за корозия това, което бързо се окислява във въздуха, взаимодействието на цинк със солна киселина, взаимодействието на алуминий с железен оксид по време на термитно заваряване, производството на водород чрез взаимодействие на желязо с прегрята водна пара.

13. Каква е разликата между химическата и електрохимичната корозия?
Има много начини за борба с корозията. Металите (по-специално желязото) се покриват с маслена боя, която образува плътен филм върху повърхността на метала, който не позволява на водните пари да преминават. Възможно е да се покрият метали, като медна тел, с лак, който едновременно предпазва метала от корозия и служи като изолатор.

Посиняването е процес, при който желязото се подлага на действието на силни окислители, в резултат на което металът се покрива с непроницаем за газове филм от оксиди, предпазващ го от въздействието на външната среда. Най-често това е магнитният оксид Fe304, който е проникнал дълбоко в металния слой и го предпазва от окисление по-добре от всяка боя. Уралското покривно желязо, подложено на посиняване, издържа на покрива без ръжда повече от 100 години. Колкото по-добре е полиран металът, толкова по-плътен и по-силен е оксидният филм, образуван на повърхността му.

Емайлирането е много добър вид защита от корозия за различни прибори. Емайлът издържа не само на действието на кислород и вода, но дори и на силни киселини и основи. За съжаление емайлът е много крехък и се напуква доста лесно при удар и резки температурни промени.
Никелирането и калайдисването са много интересни начини за защита на металите от корозия.
- това е покритие от метал със слой цинк (така основно се защитава желязото). С такова покритие, в случай на нарушаване на повърхностния филм на цинка, цинкът първо претърпява корозия като по-активен метал, но цинкът се съпротивлява на корозия добре, тъй като повърхността му е покрита със защитен оксиден филм, непроницаем за вода и кислород.
При никелиране (никелиране) и калайдисване (калайдиране) ръждясването на желязото не настъпва, докато не се счупи слоят метал, който го покрива. Щом се наруши, желязото, като най-активен метал, започва да корозира. Но - метал, който корозира сравнително малко, така че филмът му остава на повърхността много дълго време. Най-често медните предмети се калайдисват и тогава галваничната двойка мед винаги води до корозия на калая, а не на медта, която е по-малко активна като метал. При калайдисването на желязото се получава "ламарина" за консервната промишленост.

За защита от корозия е възможно да се действа не само върху метала, но и върху околната среда, която го заобикаля. Ако определено количество натриев хромат се смеси със солна киселина, тогава реакцията на солна киселина с желязо ще се забави толкова много, че на практика киселината може да се транспортира в железни резервоари, докато това обикновено е невъзможно. Веществата, които забавят корозията, а понякога и почти напълно я спират, се наричат ​​инхибитори - забавители (от латинската дума inhibere - забавям).

Естеството на действие на инхибиторите е различно. Те или създават защитен филм върху металната повърхност, или намаляват агресивността на околната среда. Първият тип включва например NaNO2, който забавя корозията на стоманата във вода и солеви разтвори, забавя корозията на алуминий в сярна киселина, вторият - органичното съединение CO (NH2) 2 - урея, което значително забавя намаляване на разтварянето на мед и други метали в азотна киселина. Животинските протеини имат инхибиращи свойства, някои сушени растения - жълтурчета, лютиче и др.
Понякога, за да се повиши устойчивостта на метала срещу корозия, както и да му се придадат някои по-ценни свойства, от него се правят сплави с други метали.

■ 14. Запишете в тетрадка изброените методи за защита на метала от корозия.
15. Какво определя избора на метод за защита на метала от корозия?
16. Какво е инхибитор? Как се различава инхибиторът от катализатора?

Методи за топене на метали от руди

Металите в природата могат да бъдат намерени в естествено състояние. По принцип е напр. Добива се чрез механично измиване от околните скали. По-голямата част от металите обаче се срещат в природата под формата на съединения. Не всеки естествен минерал обаче е подходящ за получаване на съдържащия се в него метал. Следователно не всеки минерал може да се нарече метална руда.
Скала или минерал, съдържащ един или друг метал в количество, което прави промишленото му производство икономически изгодно, се нарича руда на този метал.

Запишете определението за руди.

Металите се получават от рудите по различни начини.
1. Ако рудата е оксид, тогава тя се редуцира с някакъв вид редуциращ агент - най-често въглерод или въглероден оксид CO, по-рядко водород, например:
FesO4 + 4СО = 3Fe + 4CO2
2. Ако рудата е сярно съединение, тогава първо се изгаря:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
след това полученият оксид се редуцира с въглен:
РbО + С = РbО + CO
Металите се изолират от хлориди чрез електролиза от стопилка. Например, когато натриевият хлорид NaCl се стопи, настъпва термична дисоциация на веществото.
NaCl ⇄ Na + + Cl -
При преминаване на постоянен електрически ток през тази стопилка протичат следните процеси:
а) на катода:
Na + + д— → Na 0
б) на анода
Cl - - д— → Сl 0
Този метод може да се използва и за получаване на метали от други соли.
4. Понякога металите могат да бъдат възстановени от оксиди чрез изместване при висока температура от друг, по-активен метал. Този метод е особено широко разпространен при редукция на метали с алуминий и затова първо се нарича алуминотермия:
2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe.
Алуминотермията ще бъде разгледана по-подробно по-долу.
В много случаи рудата може да бъде смесена с голямо количество отпадъчна скала, за чието отстраняване, т.е. за "обогатяване" на рудата, има различни методи, по-специално методът на пенна флотация. За целта се използват минерални масла, които имат свойството на селективна адсорбция. Това означава, че те абсорбират частици руда, но не и отпадъчни скали. В огромни вани с вода, натрошена руда и минерално масло се поставят заедно с отпадъчни скали. След това водата се разпенва силно с въздух. Маслото обгражда въздушните мехурчета, образувайки филм върху тях. Получава се стабилна пяна. Частиците, рудите се адсорбират и заедно с въздушните мехурчета се издигат нагоре. Пяната се слива с рудата, а отпадъчната скала остава на дъното на вана. Впоследствие рудата лесно се освобождава от масло, което отново се използва за флотация.

■ 17. Какво е пяна?
18. Какви свойства трябва да има един метал, за да бъде в природата в естествено състояние?
19. Може ли всеки минерал или скала, съдържащи един или друг метал, да се нарече руда?
20. Избройте видовете метални руди, които познавате.
21. Цинкът се среща естествено като минерална цинкова обледена, съдържаща цинков сулфид. Предложете метод за получаване на цинк от цинкова смес.
22. От 2 тона магнитна желязна руда, съдържаща 80% магнитен железен оксид Fe3O4, са получени 1,008 тона желязо. Изчислете практическия добив на желязо.
23. Какви метали могат да бъдат получени чрез електролиза на солеви разтвори?
24. Сплав, съдържаща 4% въглерод, се получава от желязо, получено чрез редуциране на 5 тона магнитна желязна руда, съдържаща 13% примеси. Колко сплав получихте?
25. Колко цинк и сярна киселина могат да бъдат получени от 242,5 тона цинкова смес ZnS, съдържаща 20% отпадъчна скала?

31

Обосновка на периодичната система от елементи Тъй като електроните в атома са разположени на различни енергийни нива и образуват квантови слоеве, логично е да се предположи, че ...

Втора група от периодичната система

Елементите, които образуват прости вещества - метали, заемат долната лява част на периодичната система (за по-голяма яснота можем да кажем, че те са разположени вляво от диагонала, свързващ Be и полония, № 84), те също включват елементи от вторични (B) подгрупи.

Металните атоми се характеризират с малък брой електрони на външно ниво. И така, натрият има 1 електрон на външното ниво, магнезият има 2, а алуминият има 3 електрона. Тези електрони са относително слабо свързани с ядрото, което причинява характеристика физическиметални свойства:

• електропроводимост,
• добра топлопроводимост,
• ковкост, пластичност.
• Металите също имат характерен метален блясък.

AT химическиреакции, металите действат като редуциращи агенти:

1. Когато взаимодействат с кислорода, металите образуват оксиди, например магнезият изгаря, за да образува магнезиев оксид:
   2Mg + O 2 \u003d 2MgO

Най-активните метали (алкали) образуват пероксиди при изгаряне във въздуха:

2Na + O 2 = Na 2 O 2 (натриев пероксид)

1. Активни метали, като натрий, реагират с вода, за да образуват хидроксиди:
   2Na + 2HOH = 2NaOH + H2

или оксиди, като магнезий при нагряване:

Mg + H 2 O \u003d MgO + H 2

1. Металите, разположени в електрохимичната серия от напрежения вляво от водорода (Н), изместват водорода от киселините (с изключение на азотната киселина). И така, цинкът реагира със солна киселина, за да образува цинков хлорид и водород:
   Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2

Металите, включително тези отдясно на водорода, с изключение на златото и платината, реагират с азотна киселина, за да образуват различни азотни съединения:

Cu + 4HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O + 2NO 2

Коефициентите в тези уравнения се подреждат по-лесно с помощта на метода на електронния баланс. Посочваме степени на окисление:

Cu 0 + 4HN +5 O 3 (конц.) = Cu +2 (NO 3) 2 + 2H 2 O + 2N +4 O 2

Записваме елементите с променена степен на окисление:

* най-малко общо кратноза добавени и отнетиелектрони

** коефициентът за вещество, съдържащо този елемент, се получава чрез разделяне на най-малкото общо кратно на броя на добавените или отнетите електрони (от този атом)

2. Опит. Получаване и събиране на кислород. Доказателство за наличието на кислород в съда

В училищната лаборатория кислородът се получава по-често чрез разлагането на водороден пероксид в присъствието на манганов (IV) оксид:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2

или разлагане на калиев перманганат при нагряване:

2KMnO 4 \u003d K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

За събиране на газа съдът се затваря с тапа с изходна тръба за газ.

За да се докаже наличието на кислород в съда, в него се внася тлееща треска - тя пламва ярко.

б относноПовечето от известните химични елементи образуват прости вещества, метали.

Металите включват всички елементи от вторични (В) подгрупи, както и елементи от основните подгрупи, разположени под диагонала "берилий - астат" (фиг. 1). В допълнение, химичните елементи метали образуват групи от лантаниди и актиниди.

Ориз. 1. Местоположението на металите сред елементите на подгрупи А (маркирани в синьо)

В сравнение с неметалните атоми, металните атоми имат b относноПо-големи размери и по-малко външни електрони, обикновено 1-2. Следователно външните електрони на металните атоми са слабо свързани с ядрото; металите лесно ги отдават, проявявайки редуциращи свойства при химични реакции.

Помислете за моделите на промяна на някои свойства на металите в групи и периоди.

В периодисС увеличаването на ядрения заряд атомният радиус намалява. Ядрата на атомите привличат външни електрони все повече и повече, следователно електроотрицателността на атомите се увеличава, металните свойства намаляват. Ориз. 2.

Ориз. 2. Промяна в металните свойства по периоди

В основните подгрупиотгоре надолу в металните атоми броят на електронните слоеве се увеличава, следователно радиусът на атомите се увеличава. Тогава външните електрони ще бъдат по-слабо привлечени от ядрото, така че има намаляване на електроотрицателността на атомите и увеличаване на металните свойства. Ориз. 3.

Ориз. 3. Промяна в металните свойства в подгрупите

Тези закономерности са характерни и за елементите на вторичните подгрупи, с редки изключения.

Атомите на металните елементи са склонни да даряват електрони. В химичните реакции металите действат само като редуциращи агенти, те отдават електрони и повишават степента си на окисление.

Електроните могат да бъдат получени от метални атоми от атоми, които изграждат прости вещества, неметали, както и атоми, които са част от сложни вещества, които могат да понижат степента си на окисление. Например:

2Na 0 + S 0 = Na +1 2 S -2

Zn 0 + 2H +1 Cl \u003d Zn +2 Cl 2 + H 0 2

Не всички метали имат еднаква химическа активност. Някои метали при нормални условия практически не влизат в химични реакции, те се наричат ​​благородни метали. Благородните метали включват: злато, сребро, платина, осмий, иридий, паладий, рутений, родий.

Благородните метали са много редки в природата и почти винаги се намират в самородно състояние (фиг. 4). Въпреки високата устойчивост на корозия и окисляване, тези метали все още образуват оксиди и други химични съединения, например сребърен хлорид и нитратни соли са известни на всички.

Ориз. 4. Самородно злато

Обобщаване на урока

В този урок разгледахте позицията на химичните елементи на металите в периодичната система, както и структурните особености на атомите на тези елементи, които определят свойствата на простите и сложните вещества. Научихте защо има много повече химични елементи на металите, отколкото на неметалите.

Библиография

1. Оржековски П.А. Химия: 9. клас: учебник за общообразовател. инст. / П.А. Оржековски, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрел, 2013. (§28)
2. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учебник. за 9 клетки. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фелдман. - М .: Просвещение, АО "Московски учебници", 2009 г. (§34)
3. Хомченко И.Д. Сборник задачи и упражнения по химия за средното училище. - М .: РИА "Нова вълна": Издател Умеренков, 2008. (с. 86-87)
4. Енциклопедия за деца. Том 17. Химия / Глава. изд. В.А. Володин, водещ. научен изд. И. Леенсън. - М.: Аванта +, 2003.

1. Единична колекция от цифрови образователни ресурси (видео преживявания по темата) ().
2. Електронна версия на списание "Химия и живот" ().

Домашна работа

1. с. 195-196 № 7, А1-А4 от учебника на П.А. Оржековски "Химия: 9 клас" / P.A. Оржековски, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрел, 2013.
2. Какви свойства (окислителни или редуциращи) може да има Fe 3+ йон? Илюстрирайте отговора си с уравнения на реакцията.
3. Сравнете атомния радиус, електроотрицателността и редукционните свойства на натрия и магнезия.

Въведение

Металите са прости вещества, които при нормални условия имат характерни свойства: висока електро- и топлопроводимост, способност да отразяват добре светлината (което обуславя техния блясък и непрозрачност), способност да приемат желаната форма под въздействието на външни сили (пластичност). Има и друга дефиниция на металите - това са химически елементи, характеризиращи се със способността да даряват външни (валентни) електрони.

От всички известни химически елементи около 90 са метали. Повечето неорганични съединения са метални съединения.

Има няколко вида класификация на металите. Най-ясна е класификацията на металите в съответствие с тяхното положение в периодичната система на химичните елементи - химична класификация.

Ако в "дългата" версия на периодичната таблица се начертае права линия през елементите бор и астат, тогава металите ще бъдат разположени вляво от тази линия, а неметалите вдясно от нея.

От гледна точка на структурата на атома металите се делят на непреходни и преходни. Непреходните метали се намират в основните подгрупи на периодичната система и се характеризират с това, че в техните атоми има последователно запълване на електронните нива s и p. Непреходните метали включват 22 елемента от основните подгрупи a: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb , Sb, Bi, Po.

Преходните метали са разположени в странични подгрупи и се характеризират със запълване на d- или f-електронни нива. D-елементите включват 37 метала от вторични подгрупи b: Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re, Bh, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Hs, Mt.

F-елементите включват 14 лантанида (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) и 14 актинида (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr).

Сред преходните метали се разграничават също редкоземни метали (Sc, Y, La и лантаниди), платинови метали (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), трансуранови метали (Np и елементи с по-висока атомна маса).

В допълнение към химичната съществува и, макар и не общоприета, но отдавна установена техническа класификация на металите. Тя не е толкова логична, колкото химическата - тя се основава на една или друга практически важна характеристика на метала. Желязото и сплавите на негова основа се класифицират като черни метали, всички останали метали са цветни. Има леки (Li, Be, Mg, Ti и др.) И тежки метали (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Hg, Sn, Pb и др.), както и групи от огнеупорни ( Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Re), благородни (Ag, Au, платинени метали) и радиоактивни (U, Th, Np, Pu и др.) метали. В геохимията се разграничават и разпръснати (Ga, Ge, Hf, Re и др.) И редки (Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, Re и др.) Метали. Както можете да видите, няма ясни граници между групите.

История справка

Въпреки факта, че животът на човешкото общество без метали е невъзможен, никой не знае точно кога и как човек за първи път е започнал да ги използва. Най-древните писания, достигнали до нас, разказват за примитивни работилници, в които се топи метал и се произвеждат продукти от него. Това означава, че човекът е усвоил металите по-рано от писането. Разкопавайки древни селища, археолозите откриват инструменти за труд и лов, които хората са използвали в онези далечни времена - ножове, брадви, върхове на стрели, игли, рибарски куки и много други. Колкото по-стари са били селищата, толкова по-груби и примитивни са били произведенията на човешката ръка. Най-древните метални изделия са открити при разкопки на селища, съществували преди около 8 хиляди години. Това са предимно бижута от злато и сребро и върхове на стрели и копия от мед.

Гръцката дума "металон" първоначално е означавала мини, мини, откъдето идва и терминът "метал". В древността се е смятало, че има само 7 метала: злато, сребро, мед, калай, олово, желязо и живак. Това число корелира с броя на известните тогава планети - Слънцето (злато), Луната (сребро), Венера (мед), Юпитер (калай), Сатурн (олово), Марс (желязо), Меркурий (живак) (виж фигурата ). Според алхимичните концепции металите се зараждат в недрата на земята под въздействието на лъчите на планетите и постепенно се усъвършенстват, превръщайки се в злато.

Човекът за първи път усвоява самородните метали - злато, сребро, живак. Първият изкуствено получен метал беше медта, тогава беше възможно да се овладее производството на сплав от мед с осоляване - бронз и едва по-късно - желязо. През 1556 г. в Германия е публикувана книга на немския металург Г. Агрикола "За минното дело и металургията" - първото подробно ръководство за получаване на метали, достигнало до нас. Вярно е, че по това време оловото, калайът и бисмутът все още се смятаха за разновидности на един и същи метал. През 1789 г. френският химик А. Лавоазие в своя наръчник по химия дава списък от прости вещества, който включва всички известни тогава метали - антимон, сребро, бисмут, кобалт, калай, желязо, манган, никел, злато, платина , олово, волфрам и цинк. С развитието на методите за химични изследвания броят на известните метали започна бързо да нараства. През 18 век През 19 век са открити 14 метала. - 38, през 20 век. - 25 метала. През първата половина на 19в са открити спътници на платината, чрез електролиза са получени алкални и алкалоземни метали. В средата на века чрез спектрален анализ са открити цезий, рубидий, талий и индий. Съществуването на метали, предсказани от Д. И. Менделеев въз основа на неговия периодичен закон (това са галий, скандий и германий), беше блестящо потвърдено. Откриването на радиоактивността в края на 19 век. доведе до търсенето на радиоактивни метали. И накрая, по метода на ядрените трансформации в средата на 20 век. получени са радиоактивни метали, които не съществуват в природата, по-специално трансуранови елементи.

Физични и химични свойства на металите.

Всички метали са твърди вещества (с изключение на живака, който е течен при нормални условия), те се различават от неметалите по специален тип връзка (метална връзка). Валентните електрони са хлабаво свързани с конкретен атом и във всеки метал има така наречения електронен газ. Повечето метали имат кристална структура и металът може да се разглежда като "твърда" кристална решетка от положителни йони (катиони). Тези електрони могат повече или по-малко да се движат около метала. Те компенсират силите на отблъскване между катионите и така ги свързват в компактно тяло.

Всички метали имат висока електропроводимост (т.е. те са проводници, за разлика от недиелектричните неметали), особено мед, сребро, злато, живак и алуминий; топлопроводимостта на металите също е висока. Отличително свойство на много метали е тяхната пластичност (пластичност), в резултат на което те могат да бъдат навити на тънки листове (фолио) и изтеглени в тел (калай, алуминий и др.), но има и доста крехки метали ( цинк, антимон, бисмут).

В индустрията често се използват не чисти метали, а техните смеси, наречени сплави. В една сплав свойствата на един компонент обикновено успешно допълват свойствата на друг. И така, медта има ниска твърдост и е малко полезна за производството на машинни части, докато медно-цинковите сплави, наречени месинг, вече са доста твърди и се използват широко в машиностроенето. Алуминият има добра пластичност и достатъчна лекота (ниска плътност), но е твърде мек. На негова основа се приготвя сплав от аюралуминий (дуралуминий), съдържаща мед, магнезий и манган. Дуралуминият, без да губи свойствата на своя алуминий, придобива висока твърдост и затова се използва в авиационната техника. Сплавите на желязото с въглерод (и добавки от други метали) са добре познати чугун и стомана.

Металите се различават значително по плътност: за лития тя е почти половината от тази на водата (0,53 g / cm 3), а за осмия е повече от 20 пъти по-висока (22,61 g / cm 3). Металите също се различават по твърдост. Най-меките - алкални метали, те лесно се режат с нож; най-твърдият метал - хромът - реже стъкло. Разликата в точките на топене на металите е голяма: живакът е течност при нормални условия, цезият и галият се топят при температурата на човешкото тяло, а най-огнеупорният метал, волфрамът, има точка на топене 3380 ° C. Металите, чиято точка на топене е над 1000 ° C, се класифицират като огнеупорни метали, по-долу - като стопими. При високи температури металите са способни да излъчват електрони, което се използва в електрониката и термоелектрическите генератори за директно преобразуване на топлинна енергия в електрическа. Желязото, кобалтът, никелът и гадолиният, след като бъдат поставени в магнитно поле, са в състояние постоянно да поддържат състояние на намагнитване.

Металите също имат някои химични свойства. Металните атоми сравнително лесно се отказват от валентни електрони и преминават в положително заредени йони. Следователно металите са редуциращи агенти. Това всъщност е тяхното основно и най-разпространено химично свойство.

Очевидно металите като редуциращи агенти ще реагират с различни окислители, сред които могат да бъдат прости вещества, киселини, соли на по-малко активни метали и някои други съединения. Съединенията на металите с халогени се наричат ​​халогениди, със сяра - сулфиди, с азот - нитриди, с фосфор - фосфиди, с въглерод - карбиди, със силиций - силициди, с бор - бориди, с водород - хидриди и др. Много от тези съединения намери важни приложения в новата технология. Например, металните бориди се използват в радиоелектрониката, както и в ядрената технология като материали за регулиране и защита срещу неутронно лъчение.

Под действието на концентрирани окислителни киселини върху някои метали също се образува стабилен оксиден филм. Това явление се нарича пасивация. И така, в концентрирана сярна киселина метали като Be, Bi, Co, Fe, Mg и Nb са пасивирани (и не реагират с нея), а в концентрирана азотна киселина - метали Al, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th и U.

Колкото по-вляво от метала в този ред, толкова по-големи редуциращи свойства има той, т.е. по-лесно се окислява и преминава в разтвор под формата на катион, но е по-трудно да се възстанови от катиона до свободна държава.

Един неметал, водород, се поставя в поредица от напрежения, тъй като това позволява да се определи дали този метал ще реагира с киселини - неокислители във воден разтвор (по-точно, ще бъде окислен от водородни катиони H +). Например, цинкът реагира със солна киселина, тъй като в поредицата от напрежения той е вляво (преди) водорода. Напротив, среброто не се прехвърля в разтвор от солна киселина, тъй като е в поредицата от напрежения вдясно (след) водорода. Металите се държат по подобен начин в разредена сярна киселина. Металите, които са в серията от напрежения след водорода, се наричат ​​благородни (Ag, Pt, Au и др.)

Нежелано химично свойство на металите е тяхната електрохимична корозия, т.е. активно разрушаване (окисление) на метала при контакт с вода и под въздействието на разтворен в нея кислород (кислородна корозия). Например корозията на железни продукти във вода е широко известна.

Особено корозивно може да бъде мястото на контакт на два различни метала - контактна корозия. Между един метал, като Fe, и друг метал, като Sn или Cu, поставен във вода, се появява галванична двойка. Потокът от електрони преминава от по-активния метал, който е отляво в серията напрежения (Fe), към по-малко активния метал (Sn, Cu), а по-активният метал се разрушава (корозира).

Поради това калайдисаната повърхност на консервите (калайдирано желязо) ръждясва при съхранение във влажна атмосфера и небрежно боравене (желязото бързо се срутва след появата дори на малка драскотина, което позволява контакт на желязото с влага). Напротив, поцинкованата повърхност на желязната кофа не ръждясва дълго време, защото дори и да има драскотини, не желязото корозира, а цинкът (по-активен метал от желязото).

Устойчивостта на корозия за даден метал се увеличава, когато се покрие с по-активен метал или когато се стопят; например, покриването на желязото с хром или производството на сплави от желязо с хром елиминира корозията на желязото. Хромираното желязо и стоманите, съдържащи хром (неръждаеми стомани), имат висока устойчивост на корозия.

Общи методи за получаване на метали:

Електрометалургия, т.е. получаване на метали чрез електролиза на стопилки (за най-активните метали) или разтвори на техните соли;

Пирометалургия, т.е. възстановяване на метали от техните руди при висока температура (например производство на желязо с помощта на процес на доменна пещ);

Хидрометалургия, т.е. изолиране на метали от разтвори на техните соли с по-активни метали (например производство на мед от разтвор на CuSO 4 чрез изместване на цинк, желязо

или алуминий).

В природата металите понякога се срещат в свободна форма, като самороден живак, сребро и злато, а по-често под формата на съединения (метални руди). Най-активните метали, разбира се, присъстват в земната кора само в свързана форма.

Литий (от гръцки. Lithos - камък), Li, химичен елемент от подгрупа Ia на периодичната система; атомен номер 3, атомна маса 6,941; принадлежи към алкалните метали.

Съдържанието на литий в земната кора е 6,5-10 -3% от теглото. Открит е в повече от 150 минерала, от които около 30 всъщност са литий.Основните минерали са сподумен LiAl, лепидолит KLi 1.5 Al 1.5 (F.0H) 2 и петалит (LiNa). Съставът на тези минерали е сложен, много от тях принадлежат към класа на алумосиликатите, който е много разпространен в земната кора. Обещаващи източници на суровини за производството на литий са саламура (разсол) на солоносни находища и подземни води. Най-големите находища на литиеви съединения са в Канада, САЩ, Чили, Зимбабве, Бразилия, Намибия и Русия.

Интересното е, че минералът сподумен се среща в природата под формата на големи кристали, тежащи няколко тона. В мината Ета в САЩ е намерен игловиден кристал с дължина 16 м и тегло 100 тона.

Първите сведения за литий датират от 1817 г. Шведският химик А. Арфведсон, анализирайки минерала петалит, открива в него неизвестна основа. Учителят на Арфведсон Й. Берцелиус му дава името "литион" (от гръцки liteos - камък), тъй като, за разлика от калиеви и натриеви хидроксиди, които са получени от растителна пепел, в минерала е открита нова основа. Той също така нарече метала, който е "основата" на тази основа, литий. През 1818 г. английският химик и физик Г. Дейви получава литий чрез електролиза на LiOH хидроксид.

Имоти. Литият е сребристобял метал; т.т. 180,54 °С, т.к 1340 "C; най-лекият от всички метали, плътността му е 0,534 g / cm - той е 5 пъти по-лек от алуминия и почти два пъти по-лек от водата. Литият е мек и пластичен. Литиевите съединения оцветяват пламъка в красив карминово червен цвят Този много чувствителен метод се използва при качествен анализ за откриване на литий.

Конфигурацията на външния електронен слой на литиевия атом е 2s 1 (s-елемент). В съединенията той проявява степен на окисление +1.

Литият е първият в електрохимичната серия от напрежения и измества водорода не само от киселини, но и от вода. Въпреки това, много химични реакции на литий са по-малко енергични от тези на други алкални метали.

Литият практически не реагира с компонентите на въздуха при пълна липса на влага при стайна температура. При нагряване на въздух над 200 °C се образува Li 2 O оксид като основен продукт (съществуват само следи от Li 2 O 2 пероксид). Във влажен въздух той произвежда главно Li 3 N нитрид, при влажност на въздуха над 80% - LiOH хидроксид и Li 2 CO 3 карбонат. Литиевият нитрид може да се получи и чрез нагряване на метала в поток от азот (литият е един от малкото елементи, които се свързват директно с азота): 6Li + N 2 \u003d 2Li 3 N

Литият лесно се сплавява с почти всички метали и е силно разтворим в живак. Той се свързва директно с халогени (с йод - при нагряване). При 500 ° C той реагира с водород, образувайки LiH хидрид, при взаимодействие с вода - LiOH хидроксид, с разредени киселини - литиеви соли, с амоняк - LiNH 2 амид, например:

2Li + H 2 \u003d 2LiH

2Li + 2H 2 O \u003d 2LiOH + H 2

2Li + 2HF = 2LiF + H 2

2Li + 2NH3 \u003d 2LiNH2 + H2

LiH хидрид - безцветни кристали; използва се в различни области на химията като редуциращ агент. При взаимодействие с вода освобождава голямо количество водород (2820 l H 2 се получават от 1 kg LiH):

LiH + H 2 O \u003d LiOH + H 2

Това прави възможно използването на LiH като източник на водород за пълнене на балони и спасително оборудване (надуваеми лодки, колани и др.), както и като вид „склад“ за съхранение и транспортиране на запалим водород (в случая това е необходимо за защита на LiH от най-малките следи от влага).

Смесените литиеви хидриди се използват широко в органичния синтез, например литиево-алуминиевият хидрид LiAlH 4 е селективен редуциращ агент. Получава се чрез взаимодействие на LiH с алуминиев хлорид A1C13

LiOH хидроксидът е силна основа (алкал), неговите водни разтвори разрушават стъкло, порцелан; никелът, среброто и златото са устойчиви на него. LiOH се използва като добавка към електролита на алкалните батерии, което увеличава експлоатационния им живот 2-3 пъти и капацитета с 20%. На базата на LiOH и органични киселини (особено стеаринова и палмитинова киселини) се произвеждат устойчиви на замръзване и топлина греси (литоли) за защита на металите от корозия в температурния диапазон от -40 до +130 "C.

Литиевият хидроксид се използва и като абсорбатор на въглероден диоксид в противогази, подводници, самолети и космически кораби.

Получаване и приложение. Суровината за производството на литий са неговите соли, които се извличат от минерали. В зависимост от състава, минералите се разлагат със сярна киселина H 2 SO 4 (киселинен метод) или чрез синтероване с калциев оксид CaO и неговия CaCO3 карбонат (алкален метод), с калиев сулфат K 2 SO 4 (солев метод), с калций карбонат и неговия CaCl хлорид (алкално-солев метод). С киселинния метод се получава разтвор на сулфат Li 2 SO 4 [последният се освобождава от примеси чрез обработка с калциев хидроксид Ca (OH) 2 и сода Na 2 Co 3]. Петното, образувано от други методи на разлагане на минерали, се излугва с вода; в същото време, с алкалния метод, LiOH преминава в разтвора, със солния метод - Li 2 SO 4, с алкално-солния - LiCl. Всички тези методи, с изключение на алкалните, включват получаване на крайния продукт под формата на Li 2 CO 3 карбонат. който се използва директно или като източник за синтеза на други литиеви съединения.

Литиевият метал се получава чрез електролиза на разтопена смес от LiCl и калиев хлорид KCl ​​или бариев хлорид BaCl 2 с допълнително пречистване от примеси.

Интересът към лития е огромен. Това се дължи преди всичко на факта, че той е източник на промишлено производство на тритий (тежък водороден нуклид), който е основният компонент на водородната бомба и основното гориво за термоядрени реактори. Извършва се термоядрена реакция между нуклида 6 Li и неутроните (неутрални частици с масово число 1); реакционни продукти - тритий 3 H и хелий 4 He:

6 3 Li + 1 0 n= 3 1 H + 4 2 He

Голямо количество литий се използва в металургията. Магнезиева сплав с 10% литий е по-здрава и по-лека от самия магнезий. Алуминиеви и литиеви сплави - склер и аерон, съдържащи само 0,1% литий, освен лекота, имат висока якост, пластичност и повишена устойчивост на корозия; те се използват в авиацията. Добавянето на 0,04% литий към оловно-калциевите сплави повишава тяхната твърдост и намалява коефициента на триене.

Литиевите халогениди и карбонат се използват в производството на оптични, киселинноустойчиви и други специални стъкла, както и в топлоустойчив порцелан и керамика, различни глазури и емайли.

Малките трохи литий причиняват химически изгаряния на мокра кожа и очи. Литиевите соли дразнят кожата. При работа с литиев хидроксид трябва да се вземат предпазни мерки, както при работа с натриев и калиев хидроксид.

Натрий (от арабски, натрун, гръцки nitron - естествена сода, химичен елемент от подгрупа Ia на периодичната система; атомен номер 11, атомна маса 22.98977; принадлежи към алкалните метали. В природата се среща под формата на един стабилен нуклид 23 Na.

Дори в древни времена са били известни натриеви съединения - готварска сол (натриев хлорид) NaCl, каустик алкали (натриев хидроксид) NaOH и сода (натриев карбонат) Na 2 CO3. Последното вещество древните гърци наричат ​​"нитрон"; оттук и съвременното наименование на метала - "натрий". Във Великобритания, САЩ, Италия, Франция обаче думата натрий се запазва (от испанската дума "сода", която има същото значение като на руски).

За първи път производството на натрий (и калий) е докладвано от английския химик и физик Г. Дейви на среща на Кралското общество в Лондон през 1807 г. Той успява да разложи разяждащите алкали на KOH и NaOH чрез действието на електрически ток и изолиране на непознати досега метали с изключителни свойства. Тези метали се окисляват много бързо във въздуха и се носят на повърхността на водата, освобождавайки водород от нея.

разпространение в природата. Натрият е един от най-разпространените елементи в природата. Съдържанието му в земната кора е 2,64% от теглото. В хидросферата се съдържа под формата на разтворими соли в количество около 2,9% (с обща концентрация на сол в морската вода 3,5-3,7%). Установено е наличието на натрий в слънчевата атмосфера и междузвездното пространство. Натрият се среща естествено само под формата на соли. Най-важните минерали са халит (каменна сол) NaCl, мирабилит (сол на Глаубер) Na 2 SO 4 * 10H 2 O, тенардит Na 2 SO 4, челянска селитра NaNO 3, естествени силикати, като албит Na, нефелин Na

Русия е изключително богата на находища на каменна сол (например Соликамск, Усолие-Сибирское и др.), големи находища на минерала трона в Сибир.

Имоти. Натрият е сребристо-бял топим метал, т.т. 97,86 °С, т.к 883,15 °С. Това е един от най-леките метали - той е по-лек от водата с плътност 0,99 g / cm 3 при 19,7 ° C). Натрият и неговите съединения оцветяват пламъка на горелката в жълто. Тази реакция е толкова чувствителна, че разкрива наличието на най-малките следи от натрий навсякъде (например в стаен или уличен прах).

Натрият е един от най-активните елементи в периодичната таблица. Външният електронен слой на натриевия атом съдържа един електрон (конфигурация 3s 1, натрият е s-елемент). Натрият лесно отдава единствения си валентен електрон и следователно винаги проявява степен на окисление +1 в своите съединения.

Във въздуха натрият се окислява активно, образувайки, в зависимост от условията, Na 2 O оксид или Na 2 O 2 пероксид. Следователно натрият се съхранява под слой керосин или минерално масло. Реагира бурно с вода, като измества водорода:

2Na + H 2 0 \u003d 2NaOH + H 2

Такава реакция възниква дори при лед при температура -80 ° C, а при топла вода или на контактната повърхност протича с експлозия (не напразно казват: „Ако не искате да станете изрод , не хвърляйте натрий във водата”).

Натрият директно реагира с всички неметали: при 200 °C той започва да абсорбира водород, образувайки много хигроскопичен NaH хидрид; с азот при електрически разряд дава Na 3 N нитрид или NaN 3 азид; възпламенява се във флуорна атмосфера; в хлора гори при температура; реагира с бром само при нагряване:

2Na + H 2 \u003d 2NaH

6Na + N 2 \u003d 2Na 3 N или 2Na + 3Na 2 \u003d 2NaN 3

2Na + C1 2 \u003d 2NaCl

При 800-900 ° C натрият се свързва с въглерод, образувайки Na 2 C 2 карбид; при стриване със сяра се получава Na2S сулфид и смес от полисулфиди (Na2S3 и Na2S4)

Натрият лесно се разтваря в течен амоняк, полученият син разтвор има метална проводимост, с газообразен амоняк при 300-400 ° C или в присъствието на катализатор, когато се охлажда до -30 ° C, дава амид NaNH 2 .

Натрият образува съединения с други метали (интерметални съединения), например със сребро, злато, кадмий, олово, калий и някои други. С живака той дава амалгами NaHg 2 , NaHg 4 и др. Най-голямо значение имат течните амалгами, които се образуват чрез постепенно въвеждане на натрий в живак под слой керосин или минерално масло.

Натрият образува соли с разредени киселини.

Получаване и приложение. Основният метод за получаване на натрий е електролизата на разтопена готварска сол. В този случай на анода се отделя хлор, а на катода - натрий. За да се намали точката на топене на електролита, към обикновената сол се добавят други соли: KCl, NaF, CaCl 2. Електролизата се извършва в електролизари с диафрагма; анодите са направени от графит, катодите са направени от мед или желязо.

Натрият може да бъде получен чрез електролиза на стопилка от NaOH хидроксид и малки количества могат да бъдат получени чрез разлагане на NaN 3 азид.

Металният натрий се използва за редуциране на чисти метали от техните съединения - калий (от КОН), титан (от TiCl 4) и др. Сплав от натрий и калий е охлаждаща течност за ядрени реактори, тъй като алкалните метали абсорбират слабо неутрони и следователно не предотвратяване на деленето на урановите ядра. Натриевите пари, които имат ярко жълто сияние, се използват за запълване на газоразрядни лампи, използвани за осветяване на магистрали, яхтени пристанища, гари и др. Натрият намира приложение в медицината: изкуствено получен нуклид 24 Na се използва за радиологично лечение на някои форми на левкемия и за диагностични цели.

Използването на натриеви съединения е много по-широко.

Пероксид Na 2 O 2 - безцветни кристали, жълт технически продукт. При нагряване до 311-400 °C започва да отделя кислород, а при 540 °C бързо се разлага. Силен окислител, поради което се използва за избелване на тъкани и други материали. Той абсорбира CO 2 във въздуха, освобождавайки кислород и образувайки карбонат 2Na 2 O 2 + 2CO 2 \u003d 2Na 2 Co 3 + O 2). Използването на Na 2 O 2 за регенерация на въздуха в затворени пространства и изолационни дихателни устройства (подводници, изолационни противогази и др.) се основава на това свойство.

NaOH хидроксид; остарялото наименование е сода каустик, техническото наименование е сода каустик (от латински caustic - каустик, изгаряне); една от най-силните основи. Техническият продукт, освен NaOH, съдържа примеси (до 3% Ka 2 CO3 и до 1,5% NaCl). Голямо количество NaOH се използва за приготвяне на електролити за алкални батерии, производство на хартия, сапун, бои, целулоза и се използва за пречистване на масло и масла.

От натриевите соли се използва хромат Na 2 CrO 4 - в производството на багрила, като цвят при боядисване на тъкани и дъбилно средство в кожената промишленост; сулфитът Na 2 SO 3 е компонент на фиксаторите и проявителите във фотографията; хидросулфит NaHSO 3 - белина на тъкани, естествени влакна, използвани за консервиране на плодове, зеленчуци и растителни фуражи; тиосулфат Na 2 S 2 O 3 - за отстраняване на хлор при избелване на тъкани, като фиксатор във фотографията, антидот при отравяне с живачни съединения, арсен и др., противовъзпалително средство; хлорат NaClO 3 - окислител в различни пиротехнически състави; трифосфат Na 5 P 3 O 10 - добавка в синтетични детергенти за омекотяване на вода.

Натрият, NaOH и неговите разтвори причиняват тежки изгаряния на кожата и лигавиците.

По външен вид и свойства калият е подобен на натрия, но по-реактивен. Реагира бурно с вода и възпламенява водород. Изгаря във въздуха, образувайки оранжев супероксид KO 2 . При стайна температура реагира с халогени, при умерено нагряване - с водород, сяра. Във влажен въздух той бързо се покрива със слой KOH. Калият се съхранява под слой бензин или керосин.

Най-голямо практическо приложение намират калиевите съединения - KOH хидроксид, KNO 3 нитрат и K 2 CO 3 карбонат.

Калиев хидроксид KOH (техническо наименование - каустик поташ) - бели кристали, които се разпространяват във влажен въздух и абсорбират въглероден диоксид (образуват се K 2 CO 3 и KHCO 3). Разтваря се много добре във вода със висок екзо ефект. Водният разтвор е силно алкален.

Калиевият хидроксид се получава чрез електролиза на разтвор на KCl (подобно на производството на NaOH). Първоначалният калиев хлорид KCl ​​се получава от естествени суровини (минерали силвин KCl и карналит KMgC1 3 6H 2 0). KOH се използва за синтеза на различни калиеви соли, течен сапун, багрила, като електролит в батерии.

Калиев нитрат KNO 3 (минерал калиев нитрат) - бели кристали, много горчив на вкус, ниска точка на топене (t pl \u003d 339 ° C). Да се ​​разтвори добре във вода (липсва хидролиза). При нагряване над точката на топене той се разлага на калиев нитрит KNO 2 и кислород O 2 и проявява силни окислителни свойства. Сярата и въгленът се запалват при контакт със стопилката KNO 3 и сместа C + S експлодира (изгаряне на "черен прах"):

2KNO 3 + ZS (въглища) + S \u003d N 2 + 3CO 2 + K 2 S

Калиевият нитрат се използва в производството на стъкло и минерални торове.

Калиевият карбонат K 2 CO 3 (техническо наименование - поташ) е бял хигроскопичен прах. Той е много разтворим във вода, силно хидролизиран от аниона и създава алкална среда в разтвора. Използва се в производството на стъкло и сапун.

Получаването на K 2 CO 3 се основава на реакциите:

K 2 SO 4 + Ca (OH) 2 + 2CO \u003d 2K (HCOO) + CaSO 4

2K (HCOO) + O 2 \u003d K 2 C0 3 + H 2 0 + C0 2

Калиевият сулфат от естествени суровини (минерали каинит KMg (SO 4) Cl ZN 2 0 и шенит K 2 Mg (SO 4) 2 * 6H 2 0) се нагрява с гасена вар Ca (OH) 2 в атмосфера на CO (под налягане от 15 atm), получавате калиев формиат K(HCOO), който се калцинира в поток от въздух.

Калият е жизненоважен елемент за растенията и животните. Поташните торове са калиеви соли, както естествени, така и техните преработени продукти (KCl, K 2 SO 4, KNO 3); високо съдържание на калиеви соли в пепелта от растения.

Калият е деветият най-разпространен елемент в земната кора. Съдържа се само в свързана форма в минералите, морската вода (до 0,38 g K + йони в 1 l), растенията и живите организми (в клетките). Човешкото тяло има = 175 g калий, дневната нужда достига ~ 4 g. Радиоактивният изотоп 40 K (примес към преобладаващия стабилен изотоп 39 K) се разпада много бавно (период на полуразпад 1 10 9 години), той, заедно с изотопите 238 U и 232 Th, има голям принос за геотермалния резерв на нашата планета. планета (вътрешна топлина на земните недра) .

От (лат. Cuprum), Cu, химичен елемент от подгрупа 16 на периодичната система; атомен номер 29, атомна маса 63,546 се отнася за преходни метали. Естествената мед е смес от нуклиди с масови числа 63 (69,1%) и 65 (30,9%).

разпространение в природата. Средното съдържание на мед в земната кора е 4,7-10 ~ 3% от теглото.

В земната кора медта се намира както под формата на късчета, така и под формата на различни минерали. Медните късове, понякога със значителни размери, са покрити със зелено или синьо покритие и са необичайно тежки в сравнение с камъка; най-големият къс самородно злато с тегло около 420 тона е намерен в Съединените щати в района на Големите езера (фигура). По-голямата част от медта присъства в скалите под формата на съединения. Известни са повече от 250 минерала, съдържащи мед. От индустриално значение са: халкопирит (медни пирити) CuFeS 2, ковелин (медно индиго) Cu 2 S, халкозин (меден блясък) Cu 2 S, куприт Cu 2 O, малахит CuCO3 * Cu (OH) 2 и азурит 2CuCO3 * Cu ( ОХ) 2. Почти всички медни минерали са ярко и красиво оцветени, например халкопиритът отлива злато, медният блясък има синкаво-стоманен цвят, азуритът е наситено син със стъклен блясък, а парчетата ковелин се отливат във всички цветове на дъгата. Много от медните минерали са декоративни и скъпоценни камъни; малахит и тюркоаз СuА1 6 (PO 4) 4 (OH) 8 * 5Н 2 O. Най-големите находища на медни руди се намират в Северна и Южна Америка (основна проба в САЩ, Канада, Чили, Перу, Мексико) , Африка (Замбия, Южна Африка), Азия (Иран, Филипините, Япония). В Русия има находища на медни руди в Урал и Алтай.

Медните руди обикновено са полиметални: в допълнение към медта те съдържат Fe, Zn, Pb, Sn, Ni, Mo, Au, Ag, Se, платинени метали и др.

История справка. Медта е позната от незапомнени времена и е един от "великолепната седемка" на най-древните метали, използвани от човечеството - това са злато, сребро, мед, желязо, калай, олово и живак. Според археологически данни медта е била позната на хората още преди 6000 години. Оказа се, че това е първият метал, заменил камъка в примитивните инструменти на древния човек. Това беше началото на т.нар. медна епоха, продължила около две хиляди години. Брадви, ножове, боздугани, предмети от бита бяха изковани от мед и след това претопени. Според легендата древният бог ковач Хефест изковал щит от чиста мед за непобедимия Ахил. Камъните за 147-метровата пирамида на Хеопс също са добити и изсечени с меден инструмент.

Древните римляни са изнасяли медна руда от остров Кипър, откъдето идва и латинското наименование на медта – „cuprum”. Руското име "мед" очевидно е свързано с думата "смида", която в древността е означавала "метал".

В рудите, добивани на Синайския полуостров, понякога се срещат руди с примес на калай, което води до откриването на сплав от мед и калай - бронз. Бронзът се оказа по-топим и по-твърд от самата мед. Откриването на бронза бележи началото на дълга бронзова епоха (4-1-во хилядолетие пр.н.е.).

Имоти. Медта е червен метал. Така че мн. 1083 "C, bp 2567 ° C, плътност 8,92 g / cm. Това е пластичен ковък метал, от него е възможно да се валцуват листа 5 пъти по-тънки от тишу хартия. Медта отразява добре светлината, перфектно провежда топлина и електричество, второ място до сребро.

Конфигурацията на външните електронни слоеве на медния атом е 3d 10 4s 1 (d-елемент). Въпреки че медта и алкалните метали са в една и съща група I, тяхното поведение и свойства са много различни. С алкалните метали медта обединява само способността да образува едновалентни катиони. По време на образуването на съединения медният атом може да загуби не само външния s-електрон, но и един или два d-електрона от предишния слой, като същевременно проявява по-висока степен на окисление. За медта степента на окисление +2 е по-характерна от +1.

Металната мед е неактивна, стабилна на сух и чист въздух. Във влажен въздух, съдържащ CO 2, върху повърхността му се образува зеленикав филм от Cu (OH) 2 * CuCO3, наречен патина. Патината придава на продуктите от мед и нейните сплави красив "стар" вид; непрекъснато покритие от патина, освен това предпазва метала от по-нататъшно разрушаване. Когато медта се нагрява в чист и сух кислород, се образува черен оксид CuO; нагряване над 375°C води до червен оксид Cu 2 O. При нормална температура медните оксиди са стабилни на въздух.

В поредица от напрежения медта е вдясно от водорода и следователно не измества водорода от водата и не измества водорода в аноксичните киселини. Медта може да се разтвори в киселини само когато се окислява едновременно, например в азотна киселина или концентрирана сярна киселина:

ZCu + 8HNO 3 \u003d ZCu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Cu + 2H 2 S0 4 \u003d CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Флуорът, хлорът и бромът реагират с медта, за да образуват съответните дихалогениди, например:

Cu + Cl 2 = CuCl 2

Когато нагрятият меден прах реагира с йод, се получава Cu (I) йодид или меден монойодид:

2Cu + I 2 \u003d 2CuI

Медта изгаря в серни пари, за да образува CuS моносулфид. Не взаимодейства с водорода при нормални условия. Въпреки това, ако медните проби съдържат микропримеси от Cu 2 O оксид, тогава в атмосфера, съдържаща водород, метан или въглероден оксид, медният оксид се редуцира до метал:

Cu 2 O + H 2 \u003d 2Cu + H 2 O

Cu 2 O + CO \u003d 2Cu + CO 2

Отделящите се пари от вода и CO 2 предизвикват появата на пукнатини, което рязко влошава механичните свойства на метала ("водородна болест"). Едновалентните медни соли - CuCl хлорид, Cu 2 SO3 сулфит, Cu 2 S сулфид и други - като правило, са слабо разтворими във вода. За двувалентната мед има соли на почти всички известни киселини; най-важните от тях са CuSO 4 сулфат, CuCl 2 хлорид, нитрат Cu (NOz) 2. Всички те се разтварят добре във вода и когато се освободят от нея, образуват кристални хидрати, например CuCl 2 * 2H 2 O, Cu (NO3 ) 2 * 6H 2 O, Cu80 4 -5H 2 0. Цветът на солите е от зелен до син, тъй като Cu йонът във водата е хидратиран и е под формата на син аква йон [Cu (H 2 O) 6 ] 2+, което определя цвета на разтворите на двувалентна медна сол.

Една от най-важните медни соли - сулфатът - се получава чрез разтваряне на метала в нагрята разредена сярна киселина при продухване на въздух:

2Сu + 2Н 2 SO 4 + O 2 = 2СuSO 4 + 2Н 2 O

Безводният сулфат е безцветен; добавяйки вода, се превръща в меден сулфат CuSO 4 -5H 2 O - лазурно сини прозрачни кристали. Поради свойството на медния сулфат да променя цвета си при навлажняване, той се използва за откриване на следи от вода в алкохоли, етери, бензини и др.

Когато сол на двувалентна мед взаимодейства с алкали, се образува обемна утайка със син цвят - хидроксид Cu (OH) 2. Той е амфотерен: разтваря се в концентрирана основа, за да образува сол, в която медта е под формата на анион, например:

Сu (OH) 2 + 2KOH \u003d K 2 [Cu (OH) 4]

За разлика от алкалните метали, медта се характеризира със склонност към образуване на комплекси - йоните Cu и Cu 2+ във водата могат да образуват комплексни йони с аниони (Cl -, CN -), неутрални молекули (NH 3) и някои органични съединения. Тези комплекси, като правило, са ярко оцветени и лесно разтворими във вода.

Получаване и приложение. Още през 19 век медта се топи от руди, съдържащи най-малко 15% от метала. Понастоящем богатите медни руди са практически изчерпани, така че медта Ch. обр. получени от сулфидни руди, съдържащи само 1-7% мед. Топенето на метал е дълъг и многоетапен процес.

След флотационна обработка на изходната руда, концентратът, съдържащ железни и медни сулфиди, се поставя в медни реверберационни пещи, загряти до 1200°C. Концентратът се разтопява, образувайки т.нар. мат, съдържащ разтопена мед, желязо и сяра, както и твърди силикатни шлаки, които изплуват на повърхността. Топеният мат под формата на CuS съдържа около 30% мед, останалото е железен сулфид и сяра. Следващият етап е трансформацията на матовата в т.нар. блистерна мед, която се извършва в хоризонтални конверторни пещи, продухани с кислород. FeS се окислява първо; за свързване на получения железен оксид към конвертора се добавя кварц - в този случай се образува лесно отделима силикатна шлака. Тогава CuS се окислява, превръщайки се в метална мед и се освобождава SO 2:

CuS + O 2 \u003d Cu + SO 2

След отстраняване на SO 2 с въздух, блистерната мед, останала в конвертора, съдържаща 97-99% мед, се излива във форми и след това се подлага на електролитно почистване. За да направите това, блистерни медни слитъци, имащи формата на дебели дъски, се суспендират в електролизни вани, съдържащи разтвор на меден сулфат с добавяне на H 2 SO 4 . Тънки листове чиста мед се окачват в същите вани. Те служат като катоди, докато блистерните медни отливки служат като аноди. По време на преминаването на тока през анода медта се разтваря, а при катода - освобождаването му:

Cu - 2e = Cu 2+

Cu 2+ + 2e = Cu

Примесите, включително сребро, злато, платина, падат на дъното на ваната под формата на подобна на тиня маса (утайка). Отделянето на благородните метали от утайката обикновено плаща за целия този енергоемък процес. След такова рафиниране полученият метал съдържа 98-99% мед.

Медта отдавна се използва в строителството: древните египтяни са строили медни водопроводни тръби; покривите на средновековни замъци и църкви са били покрити с медна ламарина, например известният кралски замък в Елсинор (Дания) е покрит с покривна мед. От мед са правени монети и бижута. Поради ниското си електрическо съпротивление, медта е основният метал в електротехниката: повече от половината от цялата произведена мед се използва за производството на електрически проводници за предаване на високо напрежение и кабели за слаб ток. Дори незначителни примеси в медта водят до увеличаване на нейното електрическо съпротивление и големи загуби на електричество.

Високата топлопроводимост и устойчивост на корозия позволяват да се произвеждат от мед части на топлообменници, хладилници, вакуумни апарати, тръбопроводи за изпомпване на масла и горива и др.. Медта се използва широко и в галванопластиката при нанасяне на защитни покрития върху стоманени продукти. Така, например, при никелиране или хромиране на стоманени предмети върху тях предварително се отлага мед; в този случай защитното покритие издържа по-дълго и е по-ефективно. Медта се използва и при електроформоване (т.е. при репликиране на продукти чрез получаване на техния огледален образ), например при производството на метални матрици за отпечатване на банкноти, възпроизвеждане на скулптурни продукти.

Значително количество мед се изразходва при производството на сплави, които образува с много метали. Основните медни сплави обикновено се разделят на три групи: бронз (сплави с калай и други метали, различни от цинк и никел), месинг (сплави с цинк) и медно-никелови сплави. В енциклопедията има отделни статии за бронз и месинг. Най-известните медно-никелови сплави са мелхиор, никел, константан, манганин; всички те съдържат до 30-40% никел и различни легиращи добавки. Тези сплави се използват в корабостроенето, за производство на части, работещи при повишени температури, в електрически уреди, както и за битови метални изделия вместо сребро (прибори за хранене).

Медните съединения са били и се използват по различни начини. Оксидът и сулфатът на двувалентната мед се използват за производството на някои видове изкуствени влакна и за получаването на други медни съединения; CuO и Cu 2 O се използват за производството на стъкло и емайли; Сu(NOz) 2 - калико печат; СuСl 2 - компонент на минерални бои, катализатор. Минералните бои, съдържащи мед, са известни от древни времена; например, анализът на древните стенописи на Помпей и стенописите в Русия показа, че съставът на боите включва основния меден ацетат Cu (OH) 2 * (CH3COO) 2 Cu 2, именно той служи като ярко зелено боя, наречена в Русия verdigris .

Медта спада към т.нар. биоелементи, необходими за нормалното развитие на растенията и животните. При липса или дефицит на мед в растителните тъкани съдържанието на хлорофил намалява, листата пожълтяват, растенията престават да дават плодове и могат да умрат. Следователно, много медни соли са включени в медните торове, например меден сулфат, медно-калиеви торове (меден сулфат, смесен с KSD). Медните соли се използват и за борба с болестите по растенията. Повече от сто години за тази цел се използва течност от Бордо, съдържаща основен меден сулфат [Cu (OH) 2 ]3CuSO 4; вземете го от реакцията:

4CuSO 4 + 3Ca(OH) 2 = CuSO 4 * 3Cu(OH) 2 + 3CaSO 4

Желатиновата утайка на тази сол покрива добре листата и се задържа дълго време върху тях, предпазвайки растението. Cu 2 O, меден хлорид 3Cu (OH) 2 * CuCl 2, както и меден фосфат, борат и меден арсенат имат подобно свойство.

В човешкото тяло медта влиза в състава на някои ензими и участва в процесите на хематопоеза и ензимно окисление; средното съдържание на мед в човешката кръв е около 0,001 mg/l. В организмите на нисшите животни има много повече мед, например хемоцианинът, кръвният пигмент на мекотелите и ракообразните, съдържа до 0,26% мед. Средното съдържание на мед в живите организми е 2-10 - 4% от теглото.

За хората медните съединения са предимно токсични. Въпреки факта, че медта е част от някои фармацевтични препарати, ако попадне в стомаха с вода или храна в големи количества, може да причини тежко отравяне. Хората, които работят дълго време в топенето на мед и нейните сплави, често се разболяват от "медна треска" - температурата се повишава, има болки в стомаха, жизнената дейност на белите дробове намалява. Ако медните соли попаднат в стомаха, преди да пристигне лекарят, трябва спешно да го изплакнете и да вземете диуретик.

Заключение.

Металите служат като основен конструктивен материал в машиностроенето и уредостроенето. Всички те имат общи така наречени метални свойства, но всеки елемент ги проявява в съответствие със своето положение в периодичната система на Д. И. Менделеев, т.е. в съответствие със структурните особености на своя атом.

Металите активно взаимодействат с елементарни окислители с висока електроотрицателност (халогени, кислород, сяра и др.) И следователно, когато се разглеждат общите свойства на металните елементи, е необходимо да се вземе предвид тяхната химическа активност по отношение на неметалите, техните видове на съединения и форми на химическо свързване, тъй като това определя не само металургичните процеси по време на тяхното производство, но и работата на металите при работни условия.

Днес, когато икономиката се развива с бързи темпове, има нужда от сглобяеми сгради, които не изискват значителни инвестиции. Това е необходимо главно за изграждането на търговски павилиони, развлекателни центрове, складове. С използването на метални конструкции такива сгради вече могат не само да се издигат лесно и бързо, но и да се демонтират със същата лекота след изтичане на лизинговия период или да се преместят на друго място. Освен това не е трудно да се внесат комуникации, отопление и светлина в такива лесно издигнати сгради. Сградите от метални конструкции издържат на суровите условия на природата не само по отношение на температурните условия, но и, което е не по-малко важно по отношение на сеизмологичната активност, където изграждането на тухлени конструкции не е лесно и не е безопасно.

Гамата метални конструкции, предлагани от индустрията днес, са лесно транспортируеми и могат да се повдигат с всякакви кранове. Свързването и монтажът на такива конструкции може да се извърши както с помощта на болтове, така и чрез заваряване. Появата на леки метални конструкции, които се произвеждат и доставят комплексно, играе голяма положителна роля в строителството на обществени сгради в сравнение със строителството на стоманобетонни сгради и значително намалява времето за работа.

Библиография.

1. Хомченко Г.П. Ръководство по химия за студенти. - 3-то издание-M .: New Wave Publishing LLC, ONIKS Publishing House CJSC, 1999.-464 с.

2. А. С. Егорова. Химия. Ръководство за кандидати за университети - 2-ро издание - Ростов n / D: издателство "Феникс", 1999. - 768 с.

3. Фролов В.В. Химия: Учебник за специализирани инженерни университети. - 3-то изд., преработено. и допълнителни - М .: Висше училище, 1986.-543 с.

Затвърждава с одобрението си неправилния или не съвсем точен отговор на ученика. 1.2 Подобряване на училищния експеримент по химия в проблемно-базирано обучение 1.2.1 Принципи за разработване на методическа система и съдържанието на експерименти по химия в системата на проблемно-базирано обучение Характерна особеност на развиващото обучение е широкото използване на проблемно-базирано обучение. подход, който включва създаването на ...

обективно съществуваща връзка между химичните елементи. Поради това е наречена от Менделеев „естествената“ система от елементи. Периодичният закон няма равен в историята на науката. Вместо разнородни, несвързани вещества, науката се изправи пред единна хармонична система, която обединява всички химични елементи в едно цяло. Менделеев посочи пътя на насоченото търсене в химията...