Урок "Загальна характеристика металів"

Тема заняття: Загальна характеристика металів

1. Основні терміни та поняття

В основі поділу елементів на метали та неметали лежить їх здатність віддавати або приєднувати електрони в процесі хімічних реакцій.

  Металічність – це здатність елемента віддавати валентні електрони:

Na⁰ – ē  Na⁺

Ca⁰ – 2ē  Ca²⁺

Al⁰ – 3ē  Al³⁺

  Неметалічність – це здатність елемента приймати на свій зовнішній енергетичний рівень електрони до його завершення:

S⁰ + 2ē  S^2–

Cl⁰ + ē  Cl^–

  Металевий зв’язок – зв’язок між позитивно зарядженими йонами металів у крис-талічних гратках та спільними електронами.

Метали у вигляді простих речовин характеризуються рядом властивостей, які відріз-няються від властивостей ковалентних та йонних сполук. Усі метали (виключення, мерку-рій) є кристалічними речовинами. Вони мають високу електропровідність та теплопровід-ність, здатні до деформації без руйнування.

Характерні властивості металів пов’язані з їх внутрішньою будовою. На зовнішньому енергетичному рівні в атомах металів мало електронів (1, 2, 3) і багато вільних орбіталей:

₂₆Fe  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

Валентні електрони пересуваються по всім вільним орбіталям, тобто приймають участь в утворенні зв’язку з усіма атомами кристала металу. Утворений хімічний зв’язок має назву металевого зв’язка. Сукупність вільних електронів називають «електронним газом». Спрощено метали прийнято розглядати, як структуру з катіонів, зв’язаних елект-ронним газом.

2. Місце металічних елементів та металів

у періодичній системі Д.І. Менделєєва

  Головні підгрупи

ІA група: лужні метали Li, Na, K, Rb, Cs, Fr (на зовнішньому енергетичному рівні знаходиться 1ē).

ІІA група: Be, Mg та лужноземельні метали Ca, Sr, Ba, Ra (на зовнішньому рівні – 2ē).

ІІІA група: Al, Ga, In, Tl (крім В).

ІVA група: Ge, Sn, Pb, крім С та Si (на зовнішньому енергетичному рівні 4ē, але великий радіус атома).

VA група: Sb, Bi (крім N, P, As).

VIA група: Po (крім O, S, Se, Te).

  Побічні підгрупи (на зовнішньому енергетичному рівні 2 або 1ē).

  Лантаноїди та актиноїди (на зовнішньому енергетичному рівні 2ē).

3. Класифікація металів

• Чорні метали мають темно-сірий колір, високу температуру плавлення, високу твер-дість (крім лужних та лужноземельних):

-  метали тріади феруму – ферум, кобальт, нікол та близький до них манган;

-  тугоплавкі метали – молібден, вольфрам;

-  актиноїди;

-  лантаноїди (рідкоземельні метали);

-  лужні та лужноземельні метали.

• Кольорові метали мають характерне забарвлення (червоне, жовте, біле), значну плас-тичність, малу твердість, низьку температуру плавлення:

-  легкі метали (берилій, магній, алюміній);

-  благородні метали – аргентум, аурум, платинові метали (рутеній, родій, паладій, осмій, іридій, платина) та напівблагородна купрум;

-  легкоплавкі метали та металоїди (цинк, кадмій, меркурій, станум, плюмбум, стибій, біс-мут).

4. Фізичні властивості металів

5. Хімічні властивості металів

  Взаємодія з оксигеном:     2Ca + O₂  2CaO

  Взаємодія з гідрогеном (лужні та лужноземельні):     Ca + H₂  CaH₂

  Взаємодія з неметалами (хлором, сульфуром, фосфором, карбоном):

Ca + Cl₂  CaCl₂  2Na + S  Na₂S

  Взаємодія з водою:     Ca + 2H₂O  Ca(OH)₂ + H₂ (лужні та лужноземельні)

Zn + H₂O  ZnO + H₂ (метали середньої активності)

  Взаємодія з кислотами:     Zn + 2HCl  ZnCl₂ + H₂ (активні метали)

  Взаємодія із солями:

Zn + CuSO₄  ZnSO₄ + Cu (більш активні витісняють менш активні)

  Взаємодія амфотерних металів з лугами:

Zn + 2NaOH + 2H₂O  Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

6. Одержання металів

Незначна кількість металів (неактивних, що розташовано в ряду активності після Н) знаходяться в природі у вільному стані та мають назву самородних.

Активні метали знаходяться в природі у вигляді складних сполук, найчастіше оксидів та сульфідів, а також солей (сульфатів, карбонатів, фосфатів).

  Руда – це природний мінерал, з якого економічно вигідно добувати метали.

  Одержання металів з оксидів – відновлення:

-  вугіллям                           CuO + C  Cu + CO

-  карбон(ІІ) оксидом         CuO + CO  Cu + CO₂

-  гідрогеном                       CuO + H₂  Cu + H₂O

-  алюмінієм                        3CuO + 2Al  3Cu + Al₂O₃

  Добування металів із сульфідів:

-  випалювання киснем       2ZnS + 3O₂  2ZnO + 2SO₂

-  відновлення одним з вищенаведених способів.