Какие частицы обусловливают такие свойства металлов
Атомы в молекуле удерживаются посредством химической связи. Если молекула состоит из разных атомов (KF, Na2S, CO2, H2O), то речь идёт о ковалентной полярной (случай, когда в молекулу входят атомы неметаллов) или ионной связи (случай, когда молекула состоит из атома металла и атома неметалла). Если мы имеем дело с молекулой, состоящей из атомов неметалла одного вида (О2, N2, Br2), то в этом случае имеет место ковалентная неполярная связь. А как же связаны атомы в металлах, например, в натрии Na, кальции Са или алюминии Al?
Фото: livemaster.ru
Металлическая связь
Составляющие металл атомы удерживаются в единой структуре посредством химической связи. Не будь её, не существовало бы кристаллов. И эта связь носит название металлическая.
Металлическая связь – это связь, возникающая в результате обобществления электронов, находящихся на внешних электронных слоях атомов.
Чтобы понять это довольно сложно определение, посмотрим пример. Но для начала вспомним, как построены атомы металлов. В таблице Менделеева элементы-металлы располагаются в левом нижнем углу (мы говорим о главных подгруппах). У атомов металлов на внешнем электронном слое мало электронов. Кроме того, чем ниже мы опускаемся по группе в периодической таблице, тем больше становится радиус атома. Это означает, что на внешний слой всё дальше от ядра (напомню, что ядро атома имеет положительный заряд). Из-за этого электроны на внешнем уровне все меньше притягиваются к ядру. Малое число электронов и их удалённость от ядра позволяют им с лёгкостью отрываться от атома. При этом, как вы помните, атом превращается в ион, в данном случае в катион:
Me – 1e- → Me+1
Здесь Me – произвольный металл, с одним электроном на внешнем электронном уровне. В случае, если на внешнем электронном уровне несколько электронов, схема выглядит так:
Me – ne- → Me+n
Здесь n – число валентных электронов. Например, для кальция, стоящего во второй группе таблицы Менделеева и имеющего 2 электрона не внешнем уровне, схема такова:
Са – 2e- → Са+2
Для алюминия, стоящего в третьей и группе и имеющего 3 электрона на внешнем уровне, мы можем записать такую схему:
Al – 3e- → Al+3
Тут уместно задаться вопросом, а куда же деваются эти самые оторвавшиеся от атомов электроны? Они никуда не исчезают, а просто перемещаются от одного атома к другому. «Найдя» катион, электрон просто временно присоединяется к нему, чтобы тут же оторваться и отправиться в новое путешествие между атомами в поисках нового катиона. Фактически образуется эдакая динамическая система, в которой есть атомы и катионы металлов и курсирующие между ними электроны, которые то и дело присоединяются и отрываются, превращая катионы в атомы и атомы в катионы:
Me – ne- ⇄ Me+n
За счёт чего удерживается эта структура? За счёт электростатического взаимодействия, то есть притяжения отрицательно и положительно заряженных частиц.
Чтобы представить себе это более чётко, вообразите структуру из катионов, которая погружена в своеобразный «газ» из электронов. Это и есть металлическая связь. Подобным образом построены все металлы и их сплавы, когда они находятся в твёрдом или расплавленном состоянии.
Пишите, пожалуйста, в комментариях, что осталось непонятным, и я обязательно дам дополнительные пояснения. Жалуйтесь на сложности в изучении школьного курса и говорите, что вас испугало в учебнике химии. И тогда следующая статья будет рассказывать именно об этой проблеме.
Источник
Глава 2. Металлы
Из курса химии 9 класса вы уже имеете представление о природе химической связи, существующей в кристаллах металлов, — металлической связи. Напомним, что в узлах металлических кристаллических решёток располагаются атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществлённых внешних электронов, принадлежащих всему кристаллу. Эти электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывают их, обеспечивая устойчивость металлической решётки.
Металлическая связь обусловливает все важнейшие физические свойства металлов: пластичность, электро- и теплопроводность, металлический блеск и другие свойства, характерные для этого класса простых веществ.
Пластичность — это свойство вещества изменять форму под внешним воздействием и сохранять принятую форму после прекращения этого воздействия.
Способность расплющиваться от удара или вытягиваться в проволоку под действием силы составляет важнейшее механическое свойство металлов. Оно лежит в основе такой уважаемой большинством народов мира профессии, как профессия кузнеца. Недаром покровителем кузнечного дела у разных народов был бог огня: у греков — Гефест, у римлян — Вулкан, у славян — Сварог.
Пластичность металлов обусловлена способностью одних слоёв атом-ионов в кристаллах под внешним воздействием легко смещаться (как бы скользить) по отношению к другим слоям без разрыва связей между ними (рис. 26). Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Например, из золота можно изготовить «золотую фольгу» толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий (рис. 27).
Высокая электропроводность большинства металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решётках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля (рис. 28).
При нагревании колебательные движения ионов в кристалле усиливаются, что затрудняет направленное движение электронов и ведёт к снижению электрической проводимости. При охлаждении электропроводность металлов увеличивается и вблизи абсолютного нуля переходит в сверхпроводимость. Наибольшую электропроводность имеют серебро и медь, наименьшую — марганец, свинец, ртуть и вольфрам.
Такое свойство, как теплопроводность металлов, также связано с высокой подвижностью свободных электронов: сталкиваясь с колеблющимися в узлах решётки ионами, электроны обмениваются с ними энергией. С повышением температуры колебания ионов при посредстве электронов передаются другим ионам, и температура всего металлического предмета быстро выравнивается.
Для гладкой поверхности металлов характерен металлический блеск — результат отражения световых лучей. В порошкообразном состоянии большинство металлов теряет блеск, приобретая чёрную или серую окраску, и только алюминий и магний сохраняют блеск в порошке. Из алюминия, серебра и палладия, обладающих наиболее высокой отражательной способностью, изготовляют зеркала, в том числе и применяемые в прожекторах.
Для большинства металлов характерен белый или серый цвет. Золото и медь окрашены соответственно в жёлтый и жёлто-красный цвет.
Из других физических свойств металлов наибольший практический интерес представляют твёрдость, плотность и температура плавления.
Для большинства металлов характерен белый или серый цвет. Золото и медь окрашены соответственно в жёлтый и жёлто-красный цвет.
Из других физических свойств металлов наибольший практический интерес представляют твёрдость, плотность и температура плавления.
Для всех металлов (кроме ртути) при обычных условиях характерно твёрдое агрегатное состояние. Однако твёрдость их различна. Наиболее твёрдые — металлы побочной подгруппы VI группы (VIB группы) Периодической системы Д. И. Менделеева. Так, хром по твёрдости приближается к алмазу. Самые мягкие — металлы главной подгруппы I группы (IA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева — щелочные металлы. Например, натрий и калий легко режутся ножом.
По плотности металлы делят на лёгкие (плотность меньше 5 г/см3) и тяжёлые (плотность больше 5 г/см3). К лёгким относят щелочные, щёлочноземельные металлы и алюминий. Из переходных металлов сюда включают скандий, иттрий и титан. Эти металлы, благодаря лёгкости и тугоплавкости, всё шире применяют в различных областях техники.
Самый лёгкий металл — это литий (р = 0,53 г/см3). Самый тяжёлый — осмий (р = 22,6 г/см3).
Лёгкие металлы обычно легкоплавки, галлий может плавиться уже на ладони руки, а тяжёлые металлы — тугоплавки. Наибольшей температурой плавления, которая равна 3380 °С, обладает вольфрам. Это свойство вольфрама используют для изготовления ламп накаливания (рис. 29, 2). Кроме него в конструкцию лампы входят ещё семь металлов.
В Российской Федерации в настоящее время, как и ранее в Евросоюзе и США, на государственном уровне принято решение о замене привычных ламп накаливания на более экономичные и долговечные современные лампы, например галогенные, люминесцентные и светодиодные. Галогенная лампа (рис. 29, 2) — это та же лампа накаливания с вольфрамовой нитью, заполненная инертными газами с добавкой паров галогенов (брома или иода).
Люминесцентные (рис. 29, 3) — это хорошо знакомые вам лампы дневного света, имеющие один существенный недостаток — они содержат ртуть, а потому нуждаются в соблюдении особых правил утилизации на специальных пунктах приёма. Светодиодные лампы (рис. 29, 4) — самые экономичные и самые долговечные (срок работы до 100 тыс. ч), но пока и самые дорогие из ламп.
В технике, как вы уже знаете, металлы делят на чёрные (железо и его сплавы) и цветные (все остальные, более подробно о них будет рассказано в следующем параграфе) (рис. 30). Золото, серебро, платину и некоторые другие металлы относят к драгоценным металлам (рис. 31). 1
1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока — сделайте сообщение по ключевым словам и слово-сочетаниям следующего параграфа.
1. Назовите самый легкоплавкий металл.
2. Какие физические свойства металлов используют в технике?
3. Фотоэффект, т. е. свойство металлов испускать электроны под действием лучей света, характерен для щелочных металлов, например для цезия. Почему? Где это свойство находит применение?
4. Какие физические свойства вольфрама лежат в основе его применения в лампах накаливания?
5. Какие свойства металлов лежат в основе образных литературных выражений: «серебряный иней», «золотая заря», «свинцовые тучи»?
- Физические свойства металлов. Ответы
Источник
Гуля И.
10 апреля · 3,1 K
Невское Оборудование поставщик металлообрабатывающего оборудования и станков · spbstanki.ru
Ваш вопрос имеет отношение скорее к химии. Металлы имеют немолекулярное строение и сходные физические свойства: это твердые вещества (кроме ртути), они обладают характерным металлическим блеском, не имеют запаха, хорошо проводят тепло и электрический ток, а также имеют немолекулярное строение. Неметаллы также имеют свой набор свойств, отличающихся от металлов: отсутствует металлический блеск, имеют низкую электропроводность и теплопроводность; большинство неметаллов имеет молекулярное строение (кислород, азот, хлор, фтор и т.д.); неметаллы могут существовать в трех формах: жидком (бром), твердом (сера, иод, белый фосфор) и газообразном состоянии (водород, кислород, азот, инертные газы и т.д.).
Все эти свойства обусловлены строением металлов и неметаллов:
Высокую электропроводность металлов обуславливают свободные электроны, перемещающиеся по кристаллической решётке под действием электрических полей. При нагревании электропроводность уменьшается;
Металлический блеск металлов, пластичность и другие свойства обусловлены их кристаллическим строением, в узлах кристаллической решетки расположены отдельные атомы. Они слабо удерживают валентные электроны, которые по этой причине свободно перемещаются по всему объему металла, формируя единое электронное облако и в равной степени притягиваются всеми атомами.
Высокая теплопроводность металлов происходит из-за наличия свободных электронов. Находясь в непрерывном движении, электроны постоянно сталкиваются с ионами и обмениваются с ними энергией. Поэтому колебания ионов, усилившиеся в данной части металла вследствие нагревания, сейчас же передаются соседним ионам, от них – следующим и т.д., и тепловое состояние металла быстро выравнивается; вся масса металла принимает одинаковую температуру.
Металлы – восстановители (отдают электроны) они вступают в химические реакции с неметаллами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Самыми активными являются щелочные и щелочноземельные металлы, расположенные в I и II группах таблицы Менделеева. Благородные металлы (Au, Ag, Pt) малоактивны и не взаимодействуют с кислородом и водой;
Неметаллические свойства связаны со способностью атомов элементов присоединять к себе электроны. Притяжение внешних электронов к ядру тем сильнее, чем меньше размеры атома и больше заряд ядра. В периоде с ростом заряда ядра от элемента к элементу радиус атома уменьшается, сильнее становится притяжение внешних электронов к ядру и неметаллические свойства усиливаются.
Как выучить химические свойства различных классов веществ так,чтобы они железобетонно отложились в голове?
Researcher, Institute of Physics, University of Tartu
Позволю себе очень коротко, тезисно, поскольку иначе нужно программу составлять, а это много времени займет. Прежде всего, конечно, нужно разобраться с основами строения атома – ядро, электроны, уровни, порядок заполнения, квантовые числа, ионизация и т.п. Затем понятие химической связи, ее виды, способы образования, понятие орбиталей и неподеленной электронной пары, кулоновское взаимодействие, основы метода молекулярных орбиталей. Кристаллические и аморфные соединения, типы кристаллических решеток и т.д. Это есть в любом более менее новом учебнике по общей химии.
В неорганической химии в первом приближении большая часть свойств базируется на периодической системе: периодичность свойств, вторичная периодичность, электроотрицательность, радиус атомов/ионов, поляризуемость, электрохимические потенциалы. Отсюда – стабильные степени окисления, соответственно, окислительно-восстановительные свойства, кислотно-основные свойства для разных степеней окисления. В принципе для основных свойств простых веществ, их оксидов/гидроксидов, кислородных/безкислородных кислот, бинарных соединений друг с другом и т.п. этого достаточно, чтобы сориентироваться и понять основные тенденции. Хотя беда неорганики в том, что исключений зачастую чуть не больше, чем правил, но тем не менее. Для понимания этих вещей советую учебники Спицина, Мартыненко “Неорг. химия” в 2 тт. и Гринвуда, Эршо “Химия элементов” тоже в 2 тт. На мой вкус в них эта линия проводится наиболее четким образом, именно чтобы за деревьями особенностей каждого соединения каждого элемента не потерять леса общих закономерностей.
В органической химии роль периодической системы играют гомологические ряды. Именно на них должно базироваться систематическое изучение свойств органических соединений. Отсюда – влияние углеродного хвоста, предельного/непредельного/сопряженного, умение анализировать смещение электронной плотности и пользоваться дельта+/дельта-, основные функциональные группы и их свойства. Дополнительно – ароматические соединения, поскольку они а) важны, б) обладают специфическими свойствами, хотя закономерности остаются в принципе теми же, влияние гетероатома(ов), гомологические ряды с ароматикой. Высший пилотаж – сочетания функциональных групп, их влияние друг на друга и внутримолекулярные реакции, тут уже придется, к сожалению. многое зубрить. Рискну предложить учебник Робертс, Кассерио “Орг. химия” 2тт., он не очень популярен у органиков, но мне нравится своей сжатостью и логичностью.
Базой понимания свойств и органических и неорганических соединений являются основы термодинамики и кинетики химических реакций. Для того, чтобы уложить сведения в систему необходимо понять хотя бы основы термодинамики – основные ТД потенциалы, энтропия, зависимости их всех от температуры, давления. Основы теории растворов (растворимость в полярных/неполярных растворителях, гидратация/сольватация, рН и т.п. – самые основы). Понятие химического потенциала и хотя бы самые-самые основы электрохимии (эл-хим потенциалы, ионы, закон Фарадея, двойной электрический слой). Понятие химического равновесия и константы хим. реакции, ее связь с ТД потенциалами, принцип Ле-Шателье и влияние основных факторов на равновесие. Основы теории комплексных соединений, лиганды, сила лигандов, основы теории крист. поля. Ну, в общем, в любом хорошем учебнике по неорганике/общей химии это скорее всего будет.
Еще совет – если хотите хорошо запомнить, то нужна система, а за системой лучше идти к хорошим ВУЗовским учебникам. Не надо их бояться, в них много информации сверх, но ее можно и пропустить, зато система дана четче и полнее, чем в школьных учебниках, которые обычно в погоне за краткостью вырезают всё, что помогает хоть как-то систематизировать даже базовую феноменологическую информацию.
Прочитать ещё 1 ответ
Какие металлы принято называть активными?
Увлекаюсь всем на свете: от моды до путешествий. Работаю помощником главного…
Активные металлы отличаются мягкостью, легкостью и невысокой температурой плавления. Как правило, у активных металлов 1-2 валентных электрона, находящихся на достаточном удалении от ядра. Наиболее активными считаются литий, натрий, калий, цезий, рубидий.
Степень активности металла можно посмотреть в электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен.
Перечислите основные свойства металлов. Назовите чем эти свойства обусловлены?
Дипломированный специалист в прикладной математике и физике. Профессиональный химик -… · chemiday.com
Металлы хорошо проводят тепло и электричество – это обусловлено подвижностью электронов в кристаллической решётке металлов.
Металлы блестят (“металлический блеск”) – также обусловлено наличием подвижных, почти свободных электронов в решётке.
Большинство металлов химически активны и легко выступают в роли восстановителя – это обусловлено наличием слабо связанного 1 , 2 или 3-х электронов на внешнем электронном уровне.
Какие нужны условия, чтобы металл заржавел?
Невское Оборудование поставщик металлообрабатывающего оборудования и станков · spbstanki.ru
Чтобы железо или сталь окислились (заржавели) необходимы условия, которые способствуют возникновению коррозии, а также увеличивали скорость ее протекания. Для коррозии железа достатчно просто находится на открытом воздухе, если добавить к этому повышенную температуру, реагенты (воду, соленую воду и т.д.) скорость коррозии (ржавления) будет увеличена.
Прочитать ещё 1 ответ
Какого типа кристаллические решётки у неметаллов в твёрдом состоянии?
Мои интересы: разнообразны, но можно выделить следующие: литература, история…
Неметаллы имеют различные типы кристаллической решетки. Атомная решетка характерна для бора, кремния, углерода в виде алмаза. Молекулярную решетку имеют йод, белый фосфор, кристаллическая сера. Вещества с атомной решеткой отличаются особой твердостью и плотностью. Для веществ с молекулярной решеткой характерны летучесть, хрупкость.
Источник