Общая характеристика химических элементов — металлов. Металлическая связь и металлическая кристаллическая решётка. Физические свойства металлов

Научиться объяснять физические свойства металлов на основе металлической связи и металлической кристаллической решётки.

Металлы — основа современной техники, строительства, электроники и медицины. Понимание их свойств помогает правильно выбирать материалы для конкретных задач — от проводов до самолётов.

• Металлы — это химические элементы, атомы которых легко отдают валентные электроны и превращаются в положительные ионы.
• В металлах атомы связаны металлической связью — особой связью, которая возникает за счёт обобществления валентных электронов.
• Металлическая связь образуется между атомами и ионами металлов в кристаллической решётке.
• Обобществлённые электроны свободно перемещаются по всему кристаллу, образуя «электронный газ».
• Металлическая кристаллическая решётка состоит из положительных ионов в узлах и свободных электронов между ними.
• Физические свойства металлов (блеск, электропроводность, теплопроводность, ковкость) определяются наличием свободных электронов и подвижностью ионов.
• Металлы имеют характерный металлический блеск, который возникает при отражении света от поверхности, где электроны легко возбуждаются.
• Способность металлов к пластической деформации (ковкость) объясняется тем, что слои ионов могут смещаться, не разрывая связь, благодаря свободным электронам.

Металлическая связь

Химическая связь, которая образуется между атомами металлов за счёт обобществления валентных электронов, свободно перемещающихся по кристаллу.

Металлическая кристаллическая решётка

Пространственная структура, в узлах которой находятся положительные ионы металлов, а между ними — свободные электроны (электронный газ).

Электронный газ

Совокупность свободных электронов, которые принадлежат всему кристаллу металла и могут перемещаться по нему.

Пластичность

Способность металла изменять форму под внешним воздействием (коваться, прокатываться, гнуться) без разрушения.

Электропроводность

Способность вещества проводить электрический ток за счёт направленного движения свободных электронов.

Теплопроводность

Способность вещества передавать тепловую энергию от более нагретых участков к менее нагретым.

• Металлы в Периодической системе находятся в левой нижней части: это s-элементы (I–II группы), d-элементы (переходные металлы), а также p-металлы (например, алюминий, свинец).
• Атомы металлов имеют на внешнем уровне 1–3 электрона (реже больше), которые они легко отдают, превращаясь в катионы.
• Металлическая связь не направлена и не насыщена: каждый атом взаимодействует сразу со многими соседями, а электроны принадлежат всему кристаллу.
• Температура плавления металлов различна: от –39 °C (ртуть) до 3422 °C (вольфрам), что зависит от прочности металлической связи.
• Металлы обычно имеют высокую плотность (например, осмий 22,6 г/см³), но есть и лёгкие металлы — литий (0,53 г/см³), алюминий (2,7 г/см³).
• Металлический блеск — результат отражения света свободными электронами; все металлы блестят, но некоторые (например, свинец) тускнеют на воздухе из-за оксидной плёнки.
• Электропроводность металлов уменьшается с ростом температуры, так как колебания ионов мешают движению электронов.

1. Пример 1случай

   Медные провода в электрических сетях

   Пояснение

   • медь хорошо проводит ток, потому что её свободные электроны легко движутся под действием напряжения
2. Пример 2случай

   Алюминиевая фольга для запекания

   Пояснение

   • алюминий пластичен, его можно раскатать в тонкий лист, не разрушая материал
3. Пример 3случай

   Золотые украшения

   Пояснение

   • золото очень ковкое, из 1 грамма можно вытянуть проволоку длиной до 3 километров
4. Пример 4случай

   Батареи отопления делают из чугуна или стали

   Пояснение

   • металлы хорошо проводят тепло, поэтому быстро нагреваются и отдают его воздуху

• Самый лёгкий металл — литий: он почти вдвое легче воды и может плавать на её поверхности.
• Ртуть — единственный металл, который остаётся жидким при комнатной температуре, поэтому её используют в термометрах.
• Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди металлов, поэтому из него делают нити накаливания в лампах.
• Сплав никеля и титана (нитинол) обладает памятью формы: если его деформировать, он возвращается к исходной форме при нагревании — это свойство используют в медицине (стенты).

• При работе с металлами (например, при нагревании или разрезании) используй защитные очки и перчатки, чтобы избежать ожогов и порезов.
• Не пробуй металлы на вкус и не вдыхай их пыль — некоторые металлы (например, свинец, ртуть) токсичны.

• Строение атомов химических элементов (урок 5-6)
• Химическая связь: ионная, ковалентная (урок 10-11)
• Кристаллические решётки (урок 12)
• Электрохимический ряд напряжений металлов (урок 44-45)
• Коррозия металлов (урок 50)