Из курса химии 8 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).
Рис. 26.
Смещение слоёв в металлической кристаллической решётке при механическом воздействии
Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Например, из золота можно изготовить «золотую фольгу» толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий (рис. 27).
Рис. 27.
Высокую пластичность золота используют для золочения интерьеров дворцов
Высокая электропроводность большинства металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решётках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля (рис. 28).
Рис. 28.
В металлических кристаллических решётках подвижные электроны под действием электрического поля перемещаются, создавая электрический ток
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 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/см 3) и тяжёлые (плотность больше 5 г/см 3). 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/см 3). Самый тяжёлый - осмий (р = 22,6 г/см 3).
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, 1). Кроме него в конструкцию лампы входят ещё семь металлов.
Рис. 29.
Лампы, при изготовлении которых используют различные металлы: 1 - лампа накаливания; 2 - галогенная лампа; 3 - люминесцентная лампа; 4 - светодиодная лампа
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.
Рис. 30.
Металлы условно делят на две группы: чёрные (а - чугун; б - сталь); цветные (в - медь; г - алюминий)
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).
Рис. 31.
Драгоценные металлы: золото (1, 2); платина (3); серебро (4, 5);
Новые слова и понятия
- Пластичность.
- Электропроводность и теплопроводность.
- Металлический блеск.
- Твёрдость металлов.
- Плотность металлов.
- Лёгкие и тяжёлые металлы.
- Чёрные и цветные металлы.
- Драгоценные металлы.
Задания для самостоятельной работы
- Назовите самый легкоплавкий металл.
- Какие физические свойства металлов используют в технике.
- Фотоэффект, т. е. свойство металлов испускать электроны под действием лучей света, характерен для щелочных металлов, например для цезия. Почему? Где это свойство находит применение?
- Какие физические свойства вольфрама лежат в основе его применения в лампах накаливания?
- Какие свойства металлов лежат в основе образных литературных выражений: «серебряный иней», «золотая заря», «свинцовые тучи»?
- актуализировать знания о положении металлов в периодической системе, изменении восстановительных (металлических свойств) металлов по периодам и группам; выявить особенности строения атомов металлов и черты их различий с неметаллами; ознакомить с биологической ролью химических элементов металлов; проследить зависимость между строением кристаллической решетки и физическими свойствами металлов;
- развивать интеллектуальные и когнитивные компетенции (анализ, сравнение, выделение главного, обобщение, систематизация) на примере влияния строение – свойства, свойства – применение; способствовать формированию информационных и коммуникативных компетенций; совершенствовать навыки самостоятельной работы с информацией;
- осуществлять нравственное и патриотическое воспитание.
Тип урока: изучение нового материала.
Технология: развитие критического мышления через чтение и письмо.
Методы: словесные, наглядные, практические.
Оборудование: электронная презентация (Приложение 1 ) и необходимое для ее демонстрации оборудование; дидактические раздаточные материалы на каждого обучающегося:
- тексты: «Металлы. Строение кристаллов металлов», «Общие физические свойства» (Приложение 2 );
- таблица «Влияние типа кристаллической решетки металла на его свойства» (Приложение 3 ),
- таблица «Зависимость физических свойств металлов от строения металлической кристаллической решетки» (Приложение 4 ),
- кластер «Металлы – простые вещества» (Приложение 5 ),
- контрольный тест (Приложение 6 )
- на каждый стол штатив с номерными пробирками: №1 – гранулы алюминия, №2 – гранулы олова, №3 – гранулы цинка, № 4 – порошкообразное железо, № 5 – порошкообразный алюминий.
Ход урока
I. Вызов (беседа по вопросам)
Ребята, что такое достопримечательность? Какие достопримечательности есть в России?
Обучающимся предлагается посмотреть видеоряд из трех российских достопримечательностей и назвать их. Что вы знаете об этих памятниках? (демонстрация слайдов 1–4 (Приложение 1 )). Показ слайдов сопровождается краткой справкой об истории их создания и авторах.
Что общего у продемонстрированных достопримечательностей? (Изготовлены из одного металла, точнее сплава – бронзы).
Неслучайно великий русский ученый М.В. Ломоносов сказал: «Ни едино художество, ни едино ремесло простое употребления металлов миновать не может» (слайд 5, формулировка темы урока и целей).
Демонстрация слайдов 6–7 (Приложение 1). «Представления о металлах». Беседа с учащимися по вопросам:
Как изменились представления о металлах в наше время?
В каких смысловых значениях в настоящее время употребляется слово металлы? (химические элементы и простые вещества)
Что рассматривается в рамках понятия металлы – химические элементы? (Демонстрация слайда № 8 (приложение 1))
Где в периодической системе находятся химические элементы металлы?
Какие особенности строения атомов металлов вам известны из курса химии 8 класса?
II. Осмысление.
1. Особенности строения атомов металлов. Распространение химических элементов металлов в земной коре. (Самостоятельная работа учащихся с текстом по стратегии «Чтение текста с пометками» по вариантам (все, что вызывает затруднения в тексте отметить знаками вопроса, учитель, проходя по рядам оказывает помощь, если возникают затруднения)
Слайд 9 (приложение 1):
Вариант 1.
Прочитайте текст последнего абзаца на стр. 103 и первый абзац на стр. 104. Ответьте на вопрос: какие особенности строения присущи атомам металлов? (Учебник Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман Химия 9 М.: Просвещение 2008 – 2010)
Вариант 2.
Прочитайте 1 абзац §35 (стр. 104 – 105), разберите схему 12. Ответьте на вопрос: в каком состоянии встречаются металлы в природе? (Учебник Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман Химия 9 М.: Просвещение 2008 – 2010)
Беседа по выполненной самостоятельной работе. Обобщение прочитанного, демонстрация слайда №10 (приложение 1).
2. Биологическая роль металлов.
Работа со слайдом № 11 (приложение 1) «Биологическая роль металлов» (фронтально), демонстрация слайда № 12 «Химические элементы металлы в организме человека» (фронтально).
3. Контрольное тестирование 1А, 2А, 3А, 4В. (Индивидуальная самостоятельная работа, слайд 13 (приложение 1))
4. Металлическая кристаллическая решетка и металлическая связь. Разновидности кристаллических решеток металлов.
Самостоятельная работа с текстом «Металлы. Строение кристаллов металлов» и §36 учебника по стратегии «Параллельные тексты» (Приложение 2 ). Заполнение таблицы «Влияние типа кристаллической решетки металла на его свойства» (Приложение 3 ). (Слайды 14–15 (приложение 1))
5. Физические свойства металлов.
Заполнение таблицы «Зависимость физических свойств металлов от особенностей строения металлической кристаллической решетки», заполнение кластера «Металлы – простые вещества». Слайды 16–18 (приложение 1).
6. Контрольное тестирование 5А, 6А. 7А, 8А (слайд 19 приложение 1). Проверка теста (слайд 20 приложение 1)
7. Домашнее задание: §34, 1 абзац §35, §36 (слайд 21 приложение 1).
III. Рефлексия
1. Сочинение синквейна (слайд № 22 приложение 1).
- Первая строка – имя существительное;
- Вторая строка – два прилагательных;
- Третья строка – три глагола;
- Четвертая строка –предложение(афоризм), отражающее суть предмета
- Пятая строка – одно слово (чувство, личное отношение к предмету)
2. Рефлексивный тест (слайд № 23 приложение 1): (В случае своего согласия с утверждением поставьте знак + рядом с номером утверждения.)
- Я узнал(а) на уроке много нового.
- Мне это пригодится в жизни.
- На уроке было над чем подумать.
- На все возникшие у меня в ходе урока вопросы, я получил(а) ответы.
- На уроке я поработал(а) добросовестно и цели урока достиг(ла)
Использованная литература
- Богданова Н.А.
Тема урока. « Физические свойства металлов» 9 класс
Учитель химии Иванова Вера Александровна
Цели : сформировать у учащихся представление об особенностях строения атомов металлов, их общих физических свойств и зависимости свойств от типа кристаллической решетки
Задачи:
Образовательные : обобщить сведения о металлической химической связи, и кристаллической решетки металлов,
сформировать представления о характере физических свойств
Развивающие: способность к формированию анализировать, работать с таблицами, текстом,наблюдать, делать выводы
Воспитательные : активизировать познавательную деятельность учащихся, самостоятельность, инициативу
Оборудование : коллекция образцов металлов, таблицы, содержащие материалы по физическим свойствам металлов, карточки с заданиями, периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Формы работы: индивидуальная, парная работа
Тип урока : изучение нового материала
Девиз урока « Прежде всего и как можно внимательнее изучайте химию! Это удивительная наука! Её пронизывающий смелый взгляд проникает в темень земной коры» М. Горький.
Ход урока:
1. Организационный момент
Без каких веществ немыслима современная цивилизация?
Действительно, металлы играют важную роль в жизни человека.
Слово металл в переводе означает шахта, рудник. В земной коре находятся большие запасы металлических и полиметаллических руд, которые используют для получения металлов.
2. Актуализация знаний
Прежде, чем перейти к изучению нового материала, выясним, что мы уже знаем о металлах.
1. Где расположены металлы в периодической системе элементов
2. Как изменяется радиус атомов металлов в группах, в периодах
3. Как изменяются металлические свойства в группах, периодах
4. Каковы особенности строения металлов?
3. Объяснение нового материала
Учитель.
О природе металлической химической связи рассматривалось ранее в курсе 8 класса.
Какова природа металлической связи?
Каковы особенности кристаллической металлической решетки?
Составить схему металлической кристаллической решетки на доске.
В узлах кристаллической решетки расположены как нейтральные атомы так и катионы металлов, связанные посредством обобществленных электронов (их также называют электронным газом), принадлежащих всему кристаллу. Эти электроны свободно перемещаются по всему и притягивают катионы металлов, которые находятся в узлах кристаллической решетки, обеспечивая ее устойчивость.
Таким образом, металлическая связь – это связь, которая возникает в кристаллах в результате электростатического взаимодействия положительно заряженных ионов металла отрицательно заряженных свободных электронов. Металлическая связь характерна для металлов и их сплавов.
Что мы понимаем под физическими свойствами вещества?
Чем обусловлены физические свойства?
Важнейшие физические свойства металлов, обусловлены природой металлической связи, строением кристаллической решетки..
Рассмотрим коллекцию образцов металлов. Работа учащихся с образцами металлов.
1. Установите цвет, прозрачность
2. Как выражена способность отражать свет?
3. Как реагируют образцы металлов на действие магнита?
4. Какие физические свойства характерны для металлов?
Назовите общие физические свойства металлов.
Учащиеся отмечают: металлический блеск, твердость, пластичность, электро- и теплопроводность.
Учащиеся изучают таблицу физических свойств металлов, затем, используя данные таблицы отвечают на вопросы и записывают в тетради
Физические свойства металлов
Металл | Хим. | Плотн. | t плав. | Твердость по Моосу |
Алюминий | 2,70 | |||
Вольфрам | 19,30 | 3400 | ||
Железо | 7,87 | 1540 | ||
Золото | 19,30 | 1063 | ||
Медь | 8,92 | 1083 | ||
Магний | ||||
Ртуть | 13,50 | |||
Свинец | 11,34 | |||
Серебро | 10,49 | 960,5 | ||
Титан | 4,52 | 1670 | ||
Хром | 7,19 | 1900 | ||
Цинк | 7,14 | 419,5 |
Учащиеся записывают физические свойства в тетрадь, приводят примеры.
Плотность. По плотности металлы делятся на две группы:
легкие , плотность не более 5 г/см 3 –
тяжелые , плотность более 5 г/см 3 –
Самый легкий – литий, плотность 0,53 г/см 3 , самый тяжелый – осмий, плотность 22,6 г/см 3
Температура. Металлы в зависимости от температуры плавления подразделяют:
легкоплавкие , температура плавления не выше 1000 °С -
тугоплавкие , температура плавления выше 1000 °С -
Самый легкоплавкий металл - ртуть t = -39 °С , самый тугоплавкий – вольфрам
t = 3340 °С
Твердость. Твердость металлов сравнивают с твердостью алмаза и делят на группы:
мягкие –
твердые –
самый твердый металл – хром, царапает стекло, самые мягкие – щелочные металлы, которые режутся ножом
Электропроводность. Электрическая проводимость объясняется присутствием свободных электронов, под действием приложенного электрического напряжения, хаотично движущиеся электроны, в металле приобретают направленное движение, возникает электрический ток.
Высокую электропроводность имеют – серебро, медь, золото, алюминий.
Низкую электропроводность имеют – ртуть, свинец, вольфрам
Теплопроводность . Показатель теплопроводности металлов, как правило, совпадает с показателем электропроводности.
Металлический блеск . Металлы способны отражать световые волны, магний и алюминий способны сохранять металлический блеск даже в порошке.
Цвет – большинство металлов имеет серебристый цвет, исключение золото- желтый, медь – красно-желтый.
Пластичность. Пластичность - способность изменять форму при ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы. В ряду Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe уменьшается.
Магнитные свойства. Магнитные свойства определяются способностью металлов притягиваются к внешнему магнитному полю и сохранять способность намагничиваться. Наиболее сильными магнитными свойствами обладают: железо, никель, кобальт. Эти металлы называются ферромагнитными (от латинского слова феррум - железо).
4.Закрепление знаний
Учащиеся получают карточки с заданиями и отвечают на поставленные вопросы.
Карточки заданий.
Инструкция к тесту: выбрать один правильный ответ
Вариант 1
ответы
1. Выбрать группу элементов, которая содержит только металлы
A) Cu K Mg C
B) Ba Zn Pb Li
Б) Na Mn Br Fe
2,Указать общее в строении Li и K
А) 1 электрон на последнем электронном уровне
Б) одинаковое число электронных уровней
В) 2 электрона на последнем электронном уровне
3.Для металлов 1А группы не характерно
А) степень окисления в соединениях -1
Б) степень окисления в соединениях +1
В) общая формула высшего оксида R 2 O
4.Металлические свойства у кальция проявляются, слабее чем
A) калий
Б) литий
В) железо
5. К активным металлам относятся
А) Cu Ag Ca Fe
Б) Mg K Ba Ca
B) Pb Li Zn Sn
6.К малоактивным металлам относят
А) Hg Ag Cu
Б) Ca Sr Ba
В) Cs Mg K
5.Подведение итогов урока
Учитель:
Что нового узнали о физических свойствах металлов?
Как можно объяснить наличие общих физических свойств у такого большого числа простых веществ?
6.Домашнее задание
Подготовить сообщения о роли металлов в нашей жизни.
Плотность. Это - одна из важнейших характеристик металлов и сплавов. по плотности металлы делятся на следующие группы:
легкие (плотность не более 5 г/см 3) - магний, алюминий, титан и др.:
тяжелые - (плотность от 5 до 10 г/см 3) - железо, никель, медь, цинк, олово и др. (это наиболее обширная группа);
очень тяжелые (плотность более 10 г/см 3) - молибден, вольфрам, золото, свинец и др.
В таблице 2 приведен значения плотности металлов. (Это и последующие таблицы характеризуют свойства тех металлов, которые составляют основу сплавов для художественного литья).
Таблица 2. Плотность металла.
Температура плавления. В зависимости от температуры плавления металл подразделяют на следующие группы:
легкоплавкие (температура плавления не превышает 600 o С) - цинк, олово, свинец, висмут и др.;
среднеплавкие (от 600 o С до 1600 o С) - к ним относятся почти половина металлов, в том числе магний, алюминий, железо, никель, медь, золото;
тугоплавкие (более 1600 o С) - вольфрам, молибден, титан, хром и др.
Ртуть относится к жидкостям.
При изготовлении художественных отливок температура плавления металла или сплава определяет выбор плавильного агрегата и огнеупорного формовочного материала. При введении в металл добавок температура плавления, как правило, понижается.
Таблица 3. Температура плавления и кипения металлов.
Удельная теплоемкость. Это количество энергии, необходимое для повышения температуры единицы массы на один градус. Удельная теплоемкость уменьшается с увеличением порядкового номера элемента в таблице Менделеева. Зависимость удельной теплоемкости элемента в твердом состоянии от атомной массы описывается приближенно законом Дюлонга и Пти:
m a c m = 6.
где, m a - атомная масса; c m - удельная теплоемкость (Дж/кг * o С).
В таблице 4 приведены значения удельной теплоемкости некоторых металлов.
Таблица 4. Удельная теплоемкость металлов.
Скрытая теплота плавления металлов. Это характеристика (таблица 5) наряду с удельной теплоемкости металлов в значительной степени определяет необходимую мощность плавильного агрегата. Для расплавления легкоплавкого металла иногда требуется больше тепловой энергии, чем для тугоплавкого. Например, для нагревания меди от 20 до 1133 o С потребуется в полтора раза меньше тепловой энергии, чем для нагревания такого же количества алюминия от 20 до 710 o C.
Таблица 5. Скрытая теплота металла
Теплоемкость. Теплоемкость характеризует передачу тепловой энергии от оной части тела к другой, а точнее, молекулярной перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температуры. (таблица 6)
Таблица 6. Коэффициент теплопроводности металлов при 20 o С
Качество художественного литья тесно связано с теплопроводностью металла. В процессе выплавке важно не только обеспечить достаточно высокую температуру металла, но и добиться равномерного распределения температуры во всем объеме жидкой ванны. Чем выше теплопроводность, тем равномернее распределена температура. При электродуговой плавке, несмотря на высокую теплопроводность большинства металлов, перепад температуры по сечению ванны достигает 70-80 o С, а для металла с низкой теплопроводностью этот перепад может достигать 200 o С и более.
Благоприятные условия для выравнивания температуры создаются при индукционной плавке.
Коэффициент теплового расширения . Эта величина, характеризующая изменение размеров образца длиной 1 м при нагревании на 1 o С, имеет важное значение при эмальерных работах (таблица 7)
Коэффициенты теплового расширения металлической основы и эмали должны иметь по возможности близкие значения, чтобы после обжига эмаль не растрескивалась. Большинство эмалей, представляющих твердый коэффициент оксидов кремния и других элементов, имеют низкий коэффициент теплового расширения. Как показала практика, эмали очень хорошо держаться на железе, золоте, менее прочно - на меди и серебре. Можно полагать, что титан - весьма подходящий материал для эмалирования.
Таблица 7. Коэффициент теплового расширения металлов.
Отражательная способность. Это - способность металла отражать световые волны определенной длины, которая воспринимает человеческим глазом как цвет (таблице 8). Цвета металла указаны в таблице 9.
Таблица 8. Соответствие между цветом и длиной волны.
Таблица 9. Цвета металлов.
Чистые металлы в декоративно-прикладном искусстве практически не применяются. Для изготовления различных изделий используют сплавы, цветовые характеристики которых значительно отличаются от цвета основного металла.
В течении долгого времени накапливался огромный опыт применения различных литейных сплавов для изготовления украшений, бытовых предметов, скульптур и многих других видов художественного литья. Однако до сих пор еще не раскрыта взаимосвязь между строением сплава и его отражательной способностью.
По теме:
» Общая характеристика металлов. Особенности строения металлов. Физические свойства металлов. Сплавы».
Учитель химии
МОУ«Средняя общеобразовательная школа № 5»
г. Ивантеевки
Цель урока: создать условия для обобщения и углубления знаний учащихся о металлах как простых веществах, физических свойствах металлов, использование человеком.
Тип урока: Урок обобщения и систематизация ЗУН.
Задачи урока:
- Образовательная:
повторить с учащимися положение металлов в ПСХЭ, особенности строения их атомов и кристаллов, повторить и обобщить сведения о металлической связи и кристаллической решетки, обобщить и расширить сведения учащихся о физических свойствах металлов и их классификации, дать понятие о сплавах. Воспитательная:
воспитывать коммуникативные качества, умение высказывать собственное мнение, сотрудничество в группе. Развивающая:
развивать познавательную активность учащихся, способствовать на уроке развитию умений: наблюдать, анализировать, сравнивать, делать выводы, а также формированию навыков работы с различными источниками: таблицами, схемами, коллекциями , опорными конспектами.
На уроке использовалось следующее оборудование:
Мультимедийный проектор Коллекция «Металлы и сплавы» Модели кристаллических решеток хлорида натрия, алмаза, железа, меди Таблица металлической кристаллической решетки ПСХЭ
Ход урока.
Организационный момент .Учитель сообщает цель урока, отмечая практическую важность металлов в жизни человека.
2.Проверка домашнего задания .
Проверка первой части дом. задания (2 ученика у доски)
Изобразить строения атомов: 1) Na, Mg, Al; 2) Li, Na, K
3.Фронтальный опрос.
Где в Периодической системе находятся элементы-металлы? В чем состоит особенность строения элементов-металлов?
Учитель: Почему Sn, Pb, Bi, Po, атомы которых содержат 4,5,6 электронов, являются металлами?
Ответ: Сравнительно большой радиус (вывод, который и разрешил проблему; в подтверждении этого учитель приводит пример-бор, атомы которого имеют 3 электрона на внешнем уровне, но маленький радиус атома, является типичным неметаллом).
Слушаем ответы учеников, которые выполняли домашнее задание, у доски.
Затем продолжаем беседу.
Как в периоде с возрастанием порядкового номера изменяются металлические свойства? и Почему? Как в группах главных подгруппах с возрастанием порядкового номера изменяются металлические свойства? и Почему?
Запись в тетрадь:
1) Металлы на последнем уровне имеют небольшое число электронов(1-3)
2) Так как металлы расположены в начале периода, то у них большой атомный радиус.
Учитель: Следует отметить, что деление элементов на металлы и неметаллы условное. Например, аллотропные модификации олова:a(Sn) или серое олово-неметалл, а b(Sn) или белое олово-металл (при t<+13,20С белое олово рассыпается в серый порошок),). Ребята вспоминают название этого явления-»оловянная чума».
Металл германий обладает многими неметаллическими свойствами; хром, алюминий и цинк-типичные металлы, но образуют соединения соединения (KAlO2, K2ZnO2, K2Cr2O7), в которых проявляют неметаллические свойства. Йод и графит-типичные неметаллы, но имеют свойства, присущие металлам (металлический блеск).
4.Особенности кристаллической металлической решетки и металлической связи. Физические свойства металлов.
Таблица «Металлические решетки»
Учитель: Ребята, давайте вспомним природу металлической связи и особенности металлической кристаллической решетки.
По таблице ребята вспоминают, что в узлах решетки находятся положительные ионы и атомы металлов, а по всему объему кристалла металла в постоянном движении обобществленные электроны (электронный «газ»).
Учитель напоминает ученикам, что положительные ионы и атомы постоянно переходят друг в друга, благодаря свободному перемещению электронов. При присоедини электрона к иону, последний превращается в атом, а атом в свою очередь в ион. Эти процессы протекают непрерывно, согласно схемы: Ме0- nē«Men+
Затем делается вывод:
Металлическая связь (МС)-это связь, которая возникает в кристаллах металлов (сплавов) в результате электростатического взаимодействия положительно заряженных ионов металла и отрицательно заряженных электронов.
Учитель задаёт вопрос: Какие виды химической связи известны? Ученики отвечают (ионная, ковалентная). Чтобы найти черты сходства и отличия металлической связи с этими видами связи проверяется вторая часть домашнего задания.
Проверка второй части домашнего задания (3 ученика у доски):
Записать схему образования химической связи для веществ с формулами:
1) NaCl 2) HCl 3) Cl2
Класс в это время отвечает на вопросы:
· Какие виды химической связи вам известны?
· Какая связь называется ионной?
· Какая связь называется ковалентной?
· Какая связь называется ковалентной полярной? Неполярной?
Затем ведется беседа, в результате которой ученики сравнивают, анализируют и обобщают знания о строении. Приходят к выводу:
Сходство : а) с ионной связью МС сходна наличием ионов;б) с ковалентной связью МС имеет сходство, поскольку в ее основе
лежит обобщение электронов.
Различие: а) в металлах положительно заряженные ионы удерживаются свободно перемещающимися электронами, а в веществах с ионной связью отрицательными ионами.б) электроны, которые осуществляют ковалентную с вязь, находятся вблизи соединенных атомов и прочно с ними связаны, а электроны, осуществляющие МС, свободно перемещаются по всему кристаллу и принадлежат всем его атомам.
Учитель обязательно «подчеркивает», что МС существует только в металлах, находящихся в жидком и твердом состоянии; но не в молекулах, которые удерживаются ковалентными связями - в парах (газообразное состояние) металлы существуют в виде молекул с этим типом связи: Li2, Na2.
Обсуждение вопроса о свойствах металлов, работа с коллекцией «Металлы и сплавы».
В ходе обсуждения ученики на вопрос учителя: «Какие общие свойства присущи металлам и почему?» Отвечают: 1)Блеск, электропроводимость , теплопроводимость,
пластичность.
2)Общие физические свойства металлов определяются металлической связью и металлической кристаллической решеткой.
5. Объяснение нового материала.
5.1. Физические свойства металлов.
Учитель подчеркивает, что физические свойства металлов определяются их строением.
|
|
1)Твердость. Все металлы, кроме ртути, твердые. Но это свойство различно у каждого металла.
Рис.1 Относительная твердость некоторых металлов
Самые мягкие металлы-натрий, калий, индий, их можно резать ножом; самый твердый металл-хром, царапает стекло.
2.Плотность . Все металлы делятся на легкие (с плотностью до 5г/см3) и тяжелые (с плотностью больше 5г/см3).
Легкие: Li, Na, K, Mg, Al Тяжелые: Zn, Cu, Sn, Ag, Au
Плотность самого легкого металла лития равна 0,53 г/см3, т. е. данный металл почти в 2 раза легче воды. Самый тяжёлый металл-это осмий, его плотность равна 22,6г/см3.
Рис.2 Плотность некоторых веществ
3. Плавкость.
Металлы делятся на легкоплавкие и тугоплавкие.
Рис. 3 Температура плавления некоторых веществ
4. Электропроводность.
Металлы обладают электрической проводимостью благодаря наличию свободных электронов или электронного «газа». Лучшие проводники-серебро, медь, золото, алюминий, железо. Худшие проводники-ртуть, свинец, вольфрам.
Хаотически движущиеся в металле электроны под воздействием приложенного электрического напряжения приобретают направленное движение, в результате чего возникает электрический ток.
При повышении температуры металла возрастают амплитуды колебаний атомов и ионов, которые находятся в узлах кристаллической решетки. Это затрудняет движение электронов, электрическая проводимость падает.
При пониженных температурах колебательное движение уменьшается, поэтому электрическая проводимость резко возрастает. Графит (неметалл) при низких температурах электрический ток не проводит из-за отсутствия электронов. А при повышении температуры ковалентные связи разрушаются, и электрическая проводимость начинает возрастать.
5.Теплопроводность.
Теплопроводность металлов, как правило, соответствует электропроводности. Она обусловлена большой подвижностью свободных электронов, которые, сталкиваясь с колеблющими ионами и атомами, обмениваются с ними энергией. Поэтому происходит быстрое выравнивание температуры по всему куску металла. Лучшая проводимость у серебра, меди, худшая - у висмута, ртути.
6. Пластичность.
Металлы обладают пластичностью, ковкостью и прочностью. Благодаря свободному перемещению электронов по всему кристаллу разрыв связей не происходит, т. к. отдельные слои в кристалле могут смещаться относительно друг друга. Это придает металлам пластичность -способность изменять свою форму без разрыва химических связей. (Опыт: две стеклянные пластинки скользят легко относительно друг друга, но с трудом отрываются. Прослойка воды-электронный газ).
Если произвести подобное воздействие на кристалл с ковалентной связью, произойдет разрыв химических связей т кристалл разрушится, поэтому неметаллы хрупкие.
Металлы, обладающиеся высокой пластичностью-золото, серебро, медь, олово, железо, алюминий.
|
|
Рис.4. Смещение слоев в кристаллических решетках при механическом воздействии:
а) в случае металлической связи; б) в случае ковалентной связи
7. Металлический блеск.
Для всех металлов характерен металлический блеск: серый цвет или непрозразрачность. Свободные электроны, заполняющие межатомное пространство в решетке, отражают световые лучи, поэтому металлы имеют металлический блеск (серебристо-белый и серый). Только золото и медь в большей степени поглощают короткие волны (близкие к фиолетовому цвету) и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый и оранжевый цвет.
Самые блестящие металлы-ртуть, серебро. В порошке все металлы, кроме алюминия и магния, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет.
5.2 Сплавы.
5.2.1. Учитель: Почему химически чистые металлы редко используются в быту и промышленности? Например, из меди не делают бытовые изделия (как из алюминия). Легкий и прочный кальций не используют в самолетостроении? Даже золотые украшения, помимо золота содержат медь, серебро.
Ученики высказывают свои предложения, в ходе которых делается вывод: В технике используют преимущественно сплавы, а не чистые металлы, потому что металлы в отдельности не обладают всеми свойствами, которые необходимы для практического применения.
Запись в тетрадь:
Сплавы металлов -вещества с металлическими свойствами, состоящие из двух или нескольких компонентов, один из которых обязательно-металл.
В сплавах, также как и в металлах, химическая связь-металлическая. Поэтому физические свойства сплавов-электропроводность. теплопроводность, пластичность, металлический блеск (отвечают ученики).
При получении сплава исходные вещества расплавляют и перемешивают. При охлаждении происходит кристаллизация с образованием сплава. Кристаллизация - это переход вещества из жидкого состояния в твердое.
Представители сплавов: работа с коллекцией.
Чугун -сплав на основе железа, содержащий от 2 до 4,5 % углерода, а также марганец, кремний, фосфор и серу. Чугун значительно тверже железа, очень хрупкий, не куется, а при ударе разбивается. Этот сплав применяется для изготовления массивных деталей (так называемый литейный чугун ) и в качестве сырья для получения сталей (так называемый передельный чугун).
Сталь - сплав на основе железа, содержащий менее 2 % углерода. Стали по составу делят на два основных вида: углеродистая и легированная.
5.2.1. Сообщения учащихся о сплавах, используемых в современной технике, при этом не касаясь тех, о которых пойдет речь дальше, в связи с изучение конкретных металлов.
6. Заключение урока.
Учитель подводит итоги урока. Благодарит учеников. Выставляет отметки.
7. Домашнее задание.
§5, упр.1-3, §7, упр.1,2,4 (устно), повт. по конспектам 8 кл. (взаимодействие кислот с металлами). Ответьте на вопрос: в каких известных вам реакциях участвуют металлы?
