ב על אודותרוב היסודות הכימיים הידועים יוצרים חומרים פשוטים, מתכות.

מתכות כוללות את כל האלמנטים של תת-קבוצות משניות (B), כמו גם אלמנטים של תת-הקבוצות העיקריות הממוקמות מתחת לאלכסון "בריליום - אסטטין" (איור 1). בנוסף, היסודות הכימיים מתכות יוצרים קבוצות של לנתנידים ואקטינידים.

אורז. 1. מיקומן של מתכות בין היסודות של תת-קבוצות A (מודגש בכחול)

בהשוואה לאטומים שאינם מתכת, לאטומי מתכת יש b על אודותגדלים גדולים יותר ופחות אלקטרונים חיצוניים, בדרך כלל 1-2. כתוצאה מכך, האלקטרונים החיצוניים של אטומי מתכת קשורים בצורה חלשה לגרעין; מתכות מסירות אותם בקלות, ומציגות תכונות מפחיתות בתגובות כימיות.

שקול את דפוסי השינוי במאפיינים מסוימים של מתכות בקבוצות ובתקופות.

בתקופותעםככל שהמטען הגרעיני גדל, הרדיוס האטומי פוחת. גרעיני האטומים מושכים אלקטרונים חיצוניים יותר ויותר, ולכן האלקטרושליליות של האטומים גדלה, התכונות המתכתיות יורדות. אורז. 2.

אורז. 2. שינוי בתכונות מתכתיות בתקופות

בתתי הקבוצות העיקריותמלמעלה למטה באטומי מתכת, מספר שכבות האלקטרונים גדל, ולכן רדיוס האטומים גדל. אז האלקטרונים החיצוניים יימשכו חלשים יותר לגרעין, ולכן יש ירידה באלקטרושליליות של אטומים ועלייה בתכונות המתכתיות. אורז. 3.

אורז. 3. שינוי בתכונות מתכתיות בתתי קבוצות

קביעות אלה אופייניות גם למרכיבים של תת-קבוצות משניות, למעט חריגים נדירים.

אטומים של יסודות מתכת נוטים לתרום אלקטרונים. בתגובות כימיות מתכות פועלות רק כחומרים מפחיתים, הן תורמות אלקטרונים ומגבירות את מצב החמצון שלהן.

ניתן לקבל אלקטרונים מאטומי מתכת על ידי אטומים המרכיבים חומרים פשוטים, שאינם מתכות, וכן אטומים שהם חלק מחומרים מורכבים המסוגלים להוריד את מצב החמצון שלהם. לדוגמה:

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

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

לא לכל המתכות יש את אותה פעילות כימית. מתכות מסוימות בתנאים רגילים כמעט ואינן נכנסות לתגובות כימיות, הן נקראות מתכות אצילות. המתכות האצילות כוללות: זהב, כסף, פלטינה, אוסמיום, אירידיום, פלדיום, רותניום, רודיום.

מתכות אצילות נדירות מאוד בטבע ונמצאות כמעט תמיד במדינה המקומית (איור 4). למרות העמידות הגבוהה בפני חמצון קורוזיה, מתכות אלו עדיין יוצרות תחמוצות ותרכובות כימיות אחרות, למשל, מלחי כסף כלורי ומלחי חנקה ידועים לכולם.

אורז. 4. גוש זהב

מסכם את השיעור

בשיעור זה בדקתם את מיקומם של היסודות הכימיים של מתכות בטבלה המחזורית, וכן את המאפיינים המבניים של האטומים של יסודות אלו, הקובעים את תכונותיהם של חומרים פשוטים ומורכבים. למדת מדוע יש הרבה יותר יסודות כימיים של מתכות מאשר לא-מתכות.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. אורז'קובסקי פ.א. כימיה: כיתה ט': ספר לימוד לחינוך כללי. אינסט. / P.A. אורז'קובסקי, ל.מ. משצ'ריאקובה, מ.מ. שלאשובה. - M.: Astrel, 2013. (§28)
2. Rudzitis G.E. כימיה: אי-אורגן. כִּימִיָה. אֵיבָר. כימיה: ספר לימוד. עבור 9 תאים. / G.E. Rudzitis, F.G. פלדמן. - M.: Enlightenment, JSC "ספרי לימוד במוסקבה", 2009. (§34)
3. חומצ'נקו I.D. אוסף בעיות ותרגילים בכימיה לתיכון. - מ.: RIA "גל חדש": מו"ל Umerenkov, 2008. (עמ' 86-87)
4. אנציקלופדיה לילדים. כרך 17. כימיה / פרק. ed. V.A. וולודין, מוביל. מַדָעִי ed. אני לינסון. - M.: Avanta +, 2003.

1. אוסף יחיד של משאבים חינוכיים דיגיטליים (חוויות וידאו בנושא) ().
2. גרסה אלקטרונית של כתב העת "כימיה וחיים" ().

שיעורי בית

1. עם. 195-196 מס' 7, A1-A4 מתוך ספר הלימוד מאת פ.א. אורז'קובסקי "כימיה: כיתה ט" / P.A. אורז'קובסקי, ל.מ. משצ'ריאקובה, מ.מ. שלאשובה. - מ.: אסטרל, 2013.
2. אילו תכונות (מחמצן או מפחית) יכולות להיות ליון Fe 3+? הדגימו את תשובתכם באמצעות משוואות תגובה.
3. השווה את הרדיוס האטומי, האלקטרושליליות והתכונות המפחיתות של נתרן ומגנזיום.

§ 1 מיקומן של מתכות במערכת המחזורית של יסודות כימיים D.I. מנדלייב

במערכת המחזורית המודרנית D.I. מנדלייב הניח 118 יסודות כימיים. רובם קשורים למתכות.

מתכות כלולים בכל הקבוצות של מערכת זו, למשל, בקבוצה הראשונה, כל היסודות, למעט מימן, שייכים למתכות. בקבוצה השנייה - כל המתכות, בקבוצה השלישית כל היסודות הם מתכות, מלבד בורון. בקבוצות IV, V, VI מתכות ממוקמות בתתי קבוצות צדדיות ובתחתית תת הקבוצות העיקריות (בקבוצה IV - גרמניום, בדיל, עופרת, בקבוצה V - אנטימון, ביסמוט, בקבוצה VI - פולוניום). בקבוצות VII - VIII, מתכות ממוקמות רק בתתי קבוצות צדדיות.

לפיכך, הגבול המותנה בין יסודות מתכת ליסודות שאינם מתכתיים בתתי הקבוצות העיקריות עובר לאורך האלכסון B (בורון) - Si (סיליקון) - As (ארסן) - Te (טלוריום) - At (סטטין). כל האלמנטים של תת הקבוצות המשניות הם מתכות.

§ 2 שמות קבוצות מתכות במערכת המחזורית של יסודות כימיים D.I. מנדלייב

מתכות מקבוצה I של תת-הקבוצה העיקרית - ליתיום (Li), נתרן (Na), אשלגן (K), רובידיום (Rb), צזיום (Cs), פרנציום (Fr) - נקראות אלקליין. הם נקראים כך מכיוון שההידרוקסידים שלהם הם בסיסים מסיסים במים - אלקליים.

מתכות מקבוצה II של תת-הקבוצה העיקרית - מגנזיום (Mg), סידן (Ca), סטרונציום (Sr),

בריום (Ba), רדיום (Ra) - נקראים אדמה אלקליין. הידרוקסידים שלהם הם בעלי תכונות אלקליות, והתחמוצות שלהם דומות בעמידותן לתחמוצות של אלומיניום וברזל, שנקראו בעבר "אדמה".

במערכת המחזורית מבחינים בקבוצה של מתכות אצילות: זהב (Au),

כסף (Ag), פלטינה (Pt) ומתכות מקבוצת פלטינה רותניום (Ru), רודיום (Rh),

פלדיום (Pd), אוסמיום (Os), אירידיום (Ir), הם נקראו כך בגלל הברק במוצרים ויכולתם לא להתחמצן באוויר.

§ 3 מבנה האטומים במתכות

ממיקומן של מתכות במערכת המחזורית של יסודות כימיים, ניתן לקבוע את תכונות המבנה שלהם.

התכונה הראשונה היא מספר קטן של אלקטרונים ברמה החיצונית

(מ-1 עד 3 אלקטרונים) ברוב המתכות.

התכונה השנייה היא הרדיוס הגדול יחסית של האטום.

אטומי מתכת, בניגוד לאטומים שאינם מתכת, מוותרים בקלות על האלקטרונים החיצוניים שלהם והופכים ליונים בעלי מטען חיובי. אלקטרונים חופשיים נעים בין יוני מתכת. יוני מתכת חיוביים מוחזקים יחד על ידי משיכה לכל האלקטרונים הנעים בחופשיות במתכות. בין חלקיקים אלו (אלקטרונים חופשיים ויוני מתכת) נוצר קשר, הנקרא קשר מתכתי.

באופן סכמטי, ניתן לתאר קשר כזה באופן הבא:

; כאשר M הוא הסמל של יסוד המתכת.

האלקטרונים נמצאים בתנועה מתמדת, כאשר הם מתנגשים עם יוני מתכת בעלי מטען חיובי, היונים הופכים לאטומים ניטרליים, ולאחר מכן חזרה ליונים, ותהליך זה מתרחש באופן רציף. לכן הוצג המושג - יון-אטום של מתכת.

קשר מתכתי קיים במתכות הנמצאות במצב נוזלי ומוצק. מתכות מוצקות הן חומרים גבישיים. סריגי הגביש שלהם נקראים מתכתיים. בצמתים של הסריג שלהם יש אטומי יונים של מתכות, ואלקטרונים חופשיים יחסית נעים ביניהם. קשר המתכת חזק מאוד.

§ 4 סיכום קצר של נושא השיעור

במערכת המחזורית D.I. מנדלייב, מבין 118 היסודות הכימיים, רובם שייכים למתכות. מתכות נמצאות בכל הקבוצות של המערכת המחזורית. הם ממוקמים בעיקר בחלק השמאלי התחתון של המערכת, הגבול המותנה בין יסודות מתכת ליסודות שאינם מתכתיים בתתי הקבוצות העיקריות עובר לאורך האלכסון B (בורון) - Si (סיליקון) - As (ארסן) - Te (טלוריום) ) - At (astatine) . כל האלמנטים של תת הקבוצות המשניות הם מתכות. מתכות מאופיינות בקשר כימי מתכתי ובסריג גביש מתכתי. קשר המתכת חזק מאוד.

רשימת ספרות משומשת:

1. Gabrielyan O.S. כִּימִיָה. כיתה ט': ספר לימוד למוסדות חינוך / - מ .: בסטרד, 2010.
2. כִּימִיָה. כיתה ט': מדריך למורה / O.S. Gabrielyan, I.G. אוסטרומוב. – M.: Bustard, 2003.
3. Rudzitis G.E., Feldman F.G. כימיה: איאורגן. כִּימִיָה. אֵיבָר. כימיה: פרוק. עבור 9 תאים. חינוך כללי מוסדות. -M.: נאורות, 1999.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/

תמונות משומשות:

כתוצאה מלימוד פרק זה, על התלמיד:

לָדַעַת

• מיקום המתכות במערכת המחזורית;
• תפקיד ביולוגי ויישום של מתכות ברפואה;

להיות מסוגל ל

• לאפיין את התכונות של מבנה האטומים של יסודות מתכתיים;
• לתאר את אופיו של קשר מתכתי וכיצד הוא שונה מקשר קוולנטי או יוני קונבנציונלי;
• להסביר את התכונות של מבנה הגביש של מתכות;
• לערוך משוואות תגובות המאפיינות את התכונות הכימיות של מתכות;
• לתאר את השיטות החשובות ביותר להשגת מתכות, תגובות לגילוי קתינים מתכתיים;

שֶׁלוֹ

מיומנויות פירוש המאפיינים החשובים ביותר של מתכות בהתאם למיקומן במערכת המחזורית.

המיקום במערכת המחזורית של יסודות D.I. מנדלייב והתכונות הכלליות של מתכות

יותר מ-80% מהיסודות הכימיים המוכרים הם מתכות, ובהתאם למבנה קליפות האלקטרונים, הם כוללים יסודות s מהקבוצה הראשונה והשנייה, כל היסודות ד-ו/-משפחות, יסודות p של הקבוצה ה-13 (למעט בורון), וכן פח ועופרת (קבוצה 14), ביסמוט (קבוצה 15) ופולוניום (קבוצה 17). לרוב המתכות יש 1-2 אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית שלהן. זה מסביר את האלקטרושליליות החלשה שלהם בהשוואה ללא מתכות.

יסודות מתכת השייכים למשפחת ה-5 מרכיבים את הקבוצה ה-1 וה-2, ואלו השייכים למשפחת J - קבוצות 3-12. באטומים ד-אלמנטים בתוך התקופות משמאל לימין, תת-רמות ^ של הרמה הקדם-חיצונית ממולאות.

מתכות, שבאטומים שלהן מתמלאות /-רמות המשנה של הרמה השלישית מהקצה, יוצרות משפחות של לנתאנידים ואקטינידים, שכל אחד מהם מכיל 14 יסודות.

תכונות גשמיות. למתכות מבנה גבישי, והן מאופיינות בשלושה סוגים של סריג קריסטל: מרוכז פנים מעוקב, משושה ומרכז גוף מעוקב (ראה איור 5.7 בסעיף 5.2).

מוליכות חשמלית, שהיא המאפיין הפיזי החשוב ביותר של המצב המתכתי, מתבצעת על ידי אלקטרונים אלה. מסיבה זו, מתכות מסווגות כמוליכים מהסוג הראשון, כלומר. לחומרים במרחב הבין-אטומי שתמיד יש אלקטרונים חופשיים, ובזכותם האחרונים נוצר זרם במוליך. מוליכים מסוג II הם אלקטרוליטים.

אם הפרש פוטנציאל מסוים מוחל על המתכת, אז אלקטרונים חופשיים רוכשים תנועה מכוונת ועוברים מהקוטב השלילי לחיובי, כלומר. נוצרת זרימה מכוונת של אלקטרונים נעים - זרם חשמלי.

המוליכות החשמלית של מתכות תלויה מאוד בטמפרטורה. ככל שהטמפרטורה עולה, תנועות הרטט של יונים באתרי הסריג גדלות, וזה, בתורו, מעכב מאוד את התנועה המכוונת של אלקטרונים. ככל שהטמפרטורה יורדת, הרעידות התרמיות של יונים בצמתים יורדות מאוד והמוליכות החשמלית עולה. בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, רוב המתכות מפגינות מוליכות-על.

המוליכות התרמית של מתכות קשורה גם לניידות של אלקטרונים חופשיים ולתנועת הרטט של האטומים עצמם. תנודות אלו מתפשטות בצורה של מערכת של גלים תרמיים אלסטיים על פני כל סריג הגביש. אלקטרונים חופשיים מתנגשים באטומים רוטטים ומחליפים איתם אנרגיה. לכן, כאשר מתכת מחוממת, אנרגיה תרמית מועברת מיד מאטום אחד לאחר עקב אלקטרונים חופשיים. במקרה זה, השוואת הטמפרטורה מתרחשת במהירות יחסית על כל מסת המתכת.

כל המתכות מלבד כספית הן מוצקים. כספית היא המתכת היחידה שהיא נוזלית בתנאים רגילים: נקודת ההיתוך היא -39 מעלות צלזיוס. רוב המתכות בצבע אפור כהה עד לבן כסוף. בתעשייה יש חלוקה של מתכות לברזליות ולא ברזליות. מתכות ברזליות כוללות ברזל וכל סגסוגותיו, ושאר המתכות אינן ברזליות. לפעמים מבחינים במתכות יקרות - מתכות זהב ופלטינה.

לפי צפיפות, מתכות מחולקות לקלות וכבדות. הראשונים כוללים כאלה שצפיפותם נמוכה מ-5 גרם/ס"מ 3; לשני - בו הצפיפות היא יותר מ-5 גרם / ס"מ 3.

על פי ערכי נקודות ההיתוך, מתכות מחולקות להתכה (נקודת התכה נמוכה מ-1000 מעלות צלזיוס) ועקשן (נקודת התכה יותר מ-1500 מעלות צלזיוס). המאפיינים המכניים העיקריים כוללים: גמישות - היכולת לשחזר את צורתו המקורית לאחר הסרת כוחות עיוותים; פלסטיות - מצבה של מתכת שבה היא מסוגלת לשמור על שינוי צורה הנגרם כתוצאה מפעולת כוחות עיוותים לאחר הפסקת פעולתם.

תכונות כימיות. התכונות של מתכות נובעות מהמבנה האופייני של קליפות האלקטרונים החיצוניות שלהן.

כפי שכבר הוזכר, בתוך תקופה, עם עלייה במטען של הגרעין, רדיוסים של אטומים בעלי אותו מספר של קליפות אלקטרונים יורדות. בכל תקופה, לאטומי המתכת האלקליים יש את הרדיוסים הגדולים ביותר. ככל שהרדיוס האטומי קטן יותר, אנרגיית היינון גדולה יותר, וככל שהרדיוס האטומי גדול יותר, כך אנרגיה זו נמוכה יותר. מכיוון שלאטומי מתכת אלקלי יש את הרדיוסים האטומיים הגדולים ביותר, הם מאופיינים בדרך כלל בערכים נמוכים יחסית של אנרגיית יינון וזיקת ​​אלקטרונים.

מתכות חופשיות מציגות תכונות מפחיתות באופן בלעדי.

מתכות יוצרות תחמוצות M x O y, לדוגמה:

עם הלוגנים, מתכות יוצרות הלידים, שהם מלחים של החומצות ההידרותליות המתאימות:

מתכות מסוגלות לחבר מימן ויוצרות הידרידים. התגובה מתרחשת בדרך כלל בטמפרטורה של 350-400 מעלות צלזיוס:

תגובות של מתכות בסדרת הפעילות של מתכות עד למימן עם חומצות אופייניות. אם מתכת מקיימת אינטראקציה עם חומצה שהאניון שלה אינו חומר מחמצן, אז הפרוטון של החומצה מבצע את הפונקציות של הגורם המחמצן:

כמה מתכות היוצרות תחמוצות אמפוטריות והידרוקסידים מגיבות גם עם אלקליות:

מתכות מקיימות אינטראקציה עם חומצות גופריתיות וחנקתיות מרוכזות (ראה את הפרקים הרלוונטיים לפרטים).

בעת אינטראקציה עם תמיסות מלח מימיות, אטום ניטרלי של מתכת פעילה יותר, שמתחמצן, משחזר יון מתכת ממולקולת מלח:

התגובות מתקיימות בהתאם למיקום המתכות בסדרת המתחים האלקטרוכימית (ראה פרק 8).

מתכות פעילות מקיימות אינטראקציה עם מים:

קַבָּלָה. רוב המתכות בטבע מתרחשות בצורה של תרכובות, ורק מעטות מהן (אצילות ואצילות למחצה) - במצב הילידים.

חומרים טבעיים וסלעים המכילים תרכובות מתכת נקראים עפרות. כל השיטות להשגת מתכות מעפרות מבוססות על תגובות הפחתה. הפחתת תרכובות מתכת מיותרות בטמפרטורות גבוהות נקראת התהליך הפירומטלורגי. כחומרים מפחיתים, משתמשים במתכות (מטאלותרמיה) או בפחמן (קרבותרמיה).

מקרה מיוחד של מטאלותרמיה הוא אלומינותרמיה:

מתכתרמיה משמשת בדרך כלל להשגת מתכות עקשנות כגון טיטניום, מוליבדן, כרום, טונגסטן וכו':

קרבותרמיה מבוססת על הפחתה תרמית של מתכת מהתחמוצת שלה עם פחמן (או CO):

שחזור מתכות מהתחמוצות שלהן יכול להתבצע גם באמצעות מימן:

ניתן להפחית מתכות מתמיסות מימיות של מלחים על ידי אלקטרוליזה. ההפחתה הקתודית של מתכות מתמיסות או מלחים מותכים נקראת תהליך אלקטרו-מטלורגי.

כמה שיטות להשגה ייחשבו ביתר פירוט בעת לימוד נציגים ספציפיים של מתכות.

סגסוגות. תכונה אופיינית של מתכות היא יכולתן להתערבב אחת עם השנייה במצב מותך וליצור תערובות הומוגניות. הם נשארים הומוגניים גם לאחר הקירור. המערכות הנוצרות במהלך התמצקות תערובת מותכת של מתכות נקראות סגסוגות. במובן רחב יותר, סגסוגות יכולות להיחשב כמערכות הומוגניות מקרוסקופיות המורכבות משתי מתכות או יותר (לעתים נדירות יותר, מתכות ולא מתכות). המבנה של סגסוגות יכול להיות שונה. החלקים המרכיבים של סגסוגות יכולים ליצור תמיסה מוצקה, או תערובת מכנית מאקרוהומוגנית, או תרכובת כימית (תרכובות בין-מתכתיות). היווצרות של סוג כזה או אחר של סגסוגת תלויה בפעילות המתכות. מערכות בצורת תמיסות מוצקות נוצרות בין מתכות מאותה קבוצה או מתכות שהרדיוסים האטומיים שלהן קרובים.

הקשר הכימי בסגסוגות הוא מתכתי, שבגללו יש להם מוליכות חשמלית ותרמית, ברק מתכתי (זהו הברק של מתכות, למשל, זהב, פלדה וכו' ברק) וכו'.

כאשר מתכות מקיימות אינטראקציה זו עם זו, התרכובות המתקבלות שונות בתכונות מהתכונות של הרכיבים המרכיבים. הרכב הנוסחה של תרכובות בין-מתכתיות לא תמיד מספק את הרעיונות הקלאסיים לגבי ערכיות היסודות.

לפיכך, כספית משתלבת עם מתכות רבות ויוצרות קומפוזיציות מוצקות או נוזליות - סגסוגות, הנקראות אמלגם. מתכות אלקליות ואדמה אלקליות יוצרות אמלגמים יציבים, שהם מוצקים בהרכב NaHg 9 , KHg 2 , Callg וכו'.

לסגסוגות, ככלל, נקודת התכה נמוכה מנקודת ההיתוך של המתכות המרכיבות אותן. הקשיות של סגסוגות גבוהה בהרבה מהקשיות של מתכות בודדות. עמידות בפני קורוזיה של סגסוגות רבות גבוהה מזו של מתכות בודדות.

בית > מסמך

מתכות במערכת המחזורית. המבנה של אטומי מתכת. מאפיינים כלליים של מתכות.

מיקומן של מתכות במערכת המחזוריתאם נצייר אלכסון מבורון לאסטטין בטבלת מנדלייב, אז בתת הקבוצות העיקריות מתחת לאלכסון יהיו אטומי מתכת, ובתת הקבוצות המשניות כל היסודות הם מתכות. ליסודות הממוקמים ליד האלכסון יש תכונות כפולות: בחלק מהתרכובות שלהם הם מתנהגים כמו מתכות; בחלקם - כלא-מתכות. המבנה של אטומי מתכתבתקופות ובתת-קבוצות עיקריות יש תבניות בשינוי בתכונות המתכתיות, לאטומים של מתכות רבות יש 1, 2 או 3 אלקטרונים ערכיים, למשל:

Na(+11): 1S 2 2S 2 2p 6 3S 1

Ca(+20): 1S 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 6 3d 0 4S 2

מתכות אלקליות (קבוצה 1, תת-קבוצה עיקרית): ... nS 1. אדמה אלקלית (קבוצה 2, תת-קבוצה עיקרית): ... nS 2. תכונות אטומי המתכת תלויות תקופתית במיקומם בטבלה D.I. מנדלייב. בתת-קבוצה ראשית:

לא משתנה.

רדיוס האטום עולה

אלקטרוני שליליות יורד.

תכונות משקמות לְהַגבִּיר.

תכונות מתכת לְהַגבִּיר.

בתקופה:

מטענים של גרעיני האטומים להגביר.

רדיוסים של אטומים לְהַקְטִין.

מספר אלקטרונים בשכבה החיצונית עולה.

אלקטרוני שליליות עולה.

תכונות משקמות לְהַקְטִין.

תכונות מתכת לְהַחלִישׁ.

המבנה של גבישי מתכתרוב המוצקים קיימים בצורה גבישית: חלקיקיהם מסודרים בסדר קפדני, ויוצרים מבנה מרחבי קבוע - סריג גביש. גביש הוא גוף מוצק, שחלקיקיו (אטומים, מולקולות, יונים) מסודרים במבנה מסוים. , סדר חוזר מעת לעת (בצמתים). כאשר צמתים מחוברים נפשית על ידי קווים, נוצרת מסגרת מרחבית - סריג קריסטל. מבני קריסטל של מתכות בצורה של אריזות כדוריות

א - נחושת; ב) מגנזיום; ג) α-modification של ברזל

אטומי מתכת נוטים לתרום את האלקטרונים החיצוניים שלהם. בחתיכת מתכת, מטיל או תוצר מתכת, אטומי מתכת תורמים אלקטרונים חיצוניים ושולחים אותם אל החלק הזה, מטיל או תוצר, והופכים ליונים. האלקטרונים ה"קרועים" עוברים מיון אחד למשנהו, מתחברים איתם באופן זמני לאטומים, מתנתקים שוב, ותהליך זה מתרחש ברציפות. למתכות יש סריג גביש, שבצמתים שלו יש אטומים או יונים (+); ביניהם נמצאים אלקטרונים חופשיים (גז אלקטרונים). ניתן להציג את ערכת החיבור במתכת באופן הבא:

M 0 ↔ nē + M n+,

אטום - יון

איפה נהוא מספר האלקטרונים החיצוניים המשתתפים בקשר (y נא - 1, י שבת - 2 ē, י אל - 3 ē).קשר מסוג זה נצפה במתכות - חומרים פשוטים-מתכות ובסגסוגות. קשר מתכתי הוא קשר בין יוני מתכת בעלי מטען חיובי לבין אלקטרונים חופשיים בסריג הגבישי של מתכות. התקשורת מבוססת על סוציאליזציה של אלקטרונים (דמיון ), כל האטומים לוקחים חלק בסוציאליזציה של אלקטרונים אלה (הבדל). לכן גבישים בעלי קשר מתכתי הם פלסטיים, מוליכים חשמלית ובעלי ברק מתכתי. עם זאת, במצב אדים, אטומי מתכת קשורים זה לזה בקשר קוולנטי, אדי מתכת מורכבים ממולקולות בודדות (מונוטומיות ודיאטומיות). מאפיינים כלליים של מתכות

היכולת של אטומים לתרום אלקטרונים (להתחמצן)	← הולך וגדל
אינטראקציה עם חמצן אטמוספרי	מתחמצן במהירות בטמפרטורות רגילות	מתחמצן לאט בטמפרטורה רגילה או בחימום	אין לחמצן
אינטראקציה עם מים	בטמפרטורה רגילה, H 2 משתחרר ונוצר הידרוקסיד	כאשר מחומם, H 2 משתחרר	H 2 אינו נעקר מהמים
אינטראקציה עם חומצות	עקירת H 2 מחומצות מדוללות	אינו מחליף H2 מחומצות מדוללות
		להגיב עם קונצרן. ורזב. HNO 3 וקונקרטי. H 2 SO 4 כאשר מחומם		אין להגיב עם חומצות
להיות בטבע	רק בקשרים	בתרכובות ובצורה חופשית		לרוב בחינם
איך להגיע	אלקטרוליזה ממיסה	הפחתת פחם, חד חמצני פחמן(2), אלומינותרמיה או אלקטרוליזה של תמיסות מלח מימיות
היכולת של יונים לצבור אלקטרונים (להתאושש)	Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
	מתגבר →

סדרה אלקטרוכימית של מתחים של מתכות. תכונות פיזיקליות וכימיות של מתכות

תכונות פיזיקליות כלליות של מתכותהתכונות הפיזיקליות הכלליות של מתכות נקבעות על ידי הקשר המתכתי וסריג הגביש המתכתי. גמישות, פלסטיותפעולה מכנית על גביש מתכת גורמת לעקירה של שכבות האטומים. מכיוון שהאלקטרונים במתכת נעים לאורך הגביש, אין שבירה של קשרים. הפלסטיות יורדת בסדרה Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe. זהב, למשל, ניתן לגלגול ליריעות בעובי של לא יותר מ-0.001 מ"מ, המשמשות להזהבה של חפצים שונים. רדיד אלומיניום הופיע לאחרונה יחסית, וקודם לתה, שוקולד היה מזויף לכדי נייר כסף, אשר נקרא סטניול. עם זאת, ל-Mn ול-Bi אין פלסטיות: הם מתכות שבירות. ברק מתכתיברק מתכתי, שכל המתכות מאבדות באבקה, למעט אלו מ"ג. המתכות הבהירות ביותר הן hg(ה"מראות הוונציאניות" המפורסמות נוצרו ממנו בימי הביניים), א.ג(מראות מודרניות מיוצרות ממנו כיום באמצעות תגובת "מראה הכסף"). מתכות ברזליות ומתכות לא ברזליות מובדלות (בתנאי) לפי צבע. בין האחרונים, אנו מייחדים את היקרים - Au, Ag, Pt. זהב הוא המתכת של תכשיטנים. על בסיסו נוצרו ביצי פסחא נפלאות של פברז'ה. צִלצוּלמתכות מצלצלות, והנכס הזה משמש לייצור פעמונים (זכור את פעמון הצאר בקרמלין מוסקבה). המתכות הקוליות ביותר הן Au, Ag, Cu. טבעות נחושת עם צלצול עבה ומזמזם - צלצול ארגמן. הביטוי הפיגורטיבי הזה אינו לכבוד הפטל, אלא לכבוד העיר ההולנדית מלינה, שבה הותכו פעמוני הכנסייה הראשונים. מאוחר יותר ברוסיה החלו בעלי מלאכה רוסים ליצוק פעמונים באיכות טובה עוד יותר, ותושבי ערים ועיירות תרמו קישוטי זהב וכסף כדי שהפעמון היצוק למקדשים יישמע טוב יותר. בכמה בתי עבוט רוסים, האותנטיות של טבעות זהב שהתקבלו לעמלה נקבעה על ידי צלצול של טבעת נישואין זהב תלויה משערה של אישה (נשמע צליל גבוה וברור מאוד). בתנאים רגילים, כל המתכות מלבד כספית Hg הן מוצקים. המתכות הקשות ביותר היא כרום Cr: הוא שורט זכוכית. הרכות ביותר הן מתכות אלקליות, הן נחתכות בסכין. מתכות אלקליות מאוחסנות בזהירות רבה - Na - בנפט, ולי - בווזלין בגלל הקלילות שלה, נפט - בצנצנת זכוכית, צנצנת - בשבבי אסבסט, אסבסט - בצנצנת פח. מוליכות חשמליתהמוליכות החשמלית הטובה של מתכות מוסברת על ידי נוכחותם של אלקטרונים חופשיים בהן, אשר, בהשפעת אפילו הפרש פוטנציאל קטן, רוכשים תנועה מכוונת מהקוטב השלילי לחיובי. עם עליית הטמפרטורה, תנודות אטומים (יונים) מתגברות, מה שמקשה על תנועה מכוונת של אלקטרונים ובכך מביא לירידה במוליכות החשמלית. בטמפרטורות נמוכות, תנועת התנודה, להיפך, פוחתת מאוד והמוליכות החשמלית עולה בחדות. כמעט אפס מוחלט, מתכות מפגינות מוליכות-על. Ag, Cu, Au, Al, Fe הם בעלי המוליכות החשמלית הגבוהה ביותר; המוליכים הגרועים ביותר הם Hg, Pb, W. מוליכות תרמיתבתנאים רגילים, המוליכות התרמית של מתכות משתנה בעיקר באותו רצף כמו המוליכות החשמלית שלהן. מוליכות תרמית נובעת מהניידות הגבוהה של אלקטרונים חופשיים ומתנועת תנודות של אטומים, שבגללה יש השוואת טמפרטורה מהירה במסת המתכת. המוליכות התרמית הגבוהה ביותר היא עבור כסף ונחושת, הנמוכה ביותר עבור ביסמוט וכספית. צְפִיפוּתצפיפות המתכות שונה. הוא קטן יותר, ככל שהמסה האטומית של יסוד המתכת קטנה יותר ורדיוס האטום שלו גדול יותר. הקלה מבין המתכות היא ליתיום (צפיפות 0.53 גרם/סמ"ק), הכבדה ביותר היא אוסמיום (צפיפות 22.6 גרם/סמ"ק). מתכות בעלות צפיפות של פחות מ-5 גרם/ס"מ 3 נקראות קלות, השאר נקראות כבדות. נקודות ההיתוך והרתיחה של מתכות מגוונות. המתכת המתכלה ביותר היא כספית (נקודת רתיחה = -38.9 מעלות צלזיוס), צזיום וגאליום נמסים ב-29 ו-29.8 מעלות צלזיוס, בהתאמה. טונגסטן היא המתכת העמידה ביותר (בp = 3390°C). הרעיון של אלוטרופיה של מתכות על הדוגמה של פחלחלק מהמתכות יש שינויים אלוטרופיים. לדוגמה, פח נבדל על ידי:

פח α, או פח אפור ("מגפת פח" - הפיכתו של פח-β רגיל ל-α-פח בטמפרטורות נמוכות גרמה למות המשלחת של ר' סקוט לקוטב הדרומי, שאיבדה את כל הדלק, שכן הוא אוחסן ב- מיכלים אטומים בפח), יציבים ב-t<14°С, серый порошок. β-олово, или белое олово (t = 14 ― 161°С) очень мягкий металл, но тверже свинца, поддается литью и пайке. Используется в сплавах, например, для изготовления белой жести (луженого железа).

סדרה אלקטרוכימית של מתחים של מתכות ושני הכללים שלהניתן לייצג את סידור האטומים בשורה בהתאם לתגובתיותם באופן הבא: Li,K,Ca,Na,Mg,Al,Mn,Zn,Fe,Ni,Sn,Pb,ח 2 , Сu, Hg, Ag, Pt, Au. מיקומו של יסוד בסדרה האלקטרוכימית מראה באיזו קלות הוא יוצר יונים בתמיסה מימית, כלומר התגובתיות שלו. התגובה של יסודות תלויה ביכולת לקבל או לתרום אלקטרונים המעורבים ביצירת קשרים. כלל סדרת מתח 1אם המתכת נמצאת בשורה הזו לפני המימן, היא מסוגלת לעקור אותה מתמיסות חומצה, אם אחרי מימן, אז לא. לדוגמה, Zn, Mg, Alנתן תגובת החלפה עם חומצות (הן נמצאות בסדרה של מתחים עד ח), א Cuלא (היא אחרי ח). כלל סדרת מתח 2אם מתכת נמצאת בסדרה של מתחים עד למתכת המלח, אז היא מסוגלת לעקור מתכת זו מתמיסת המלח שלה. לדוגמה, CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu. במקרים כאלה, המיקום של המתכת לפני או אחרי מֵימָןאולי לא משנה, חשוב שהמתכת שנכנסת לתגובה קודמת למתכת שיוצרת את המלח: Cu + 2AgNO 3 \u003d 2Ag + Cu(NO 3) 2. תכונות כימיות כלליות של מתכותבתגובות כימיות, מתכות הן חומרי הפחתה (תורמים אלקטרונים). אינטראקציה עם חומרים פשוטים.

עם הלוגנים, מתכות יוצרות מלחים - הלידים:

Mg + Cl 2 \u003d MgCl 2; Zn + Br 2 = ZnBr 2 .

עם חמצן, מתכות יוצרות תחמוצות:

4Na + O 2 \u003d 2 Na 2 O; 2Cu + O 2 \u003d 2CuO.

מתכות יוצרות מלחים עם גופרית - סולפידים:

Fe + S = FeS.

עם מימן, המתכות הפעילות ביותר יוצרות הידרידים, למשל:

Ca + H 2 \u003d CaH 2.

מתכות רבות יוצרות קרבידים עם פחמן:

Ca + 2C \u003d CaC 2. אינטראקציה עם חומרים מורכבים

מתכות בתחילת סדרה של מתחים (מליתיום ועד נתרן), בתנאים רגילים, עוקרות מימן מהמים ויוצרות אלקליות, למשל:

2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2.

מתכות הממוקמות בסדרה של מתחים עד מימן פועלות באינטראקציה עם חומצות מדוללות (HCl, H 2 SO 4 וכו'), כתוצאה מכך נוצרים מלחים ומשתחרר מימן, למשל:

2Al + 6HCl \u003d 2AlCl 3 + 3H 2.

מתכות מקיימות אינטראקציה עם תמיסות של מלחים של מתכות פחות פעילות, וכתוצאה מכך נוצר מלח של מתכת פעילה יותר ומתכת פחות פעילה משתחררת בצורה חופשית, למשל:

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu.

מתכות בטבע.

מציאת מתכות בטבע.רוב המתכות מתרחשות בטבע בצורה של תרכובות שונות: מתכות פעילות נמצאות רק בצורת תרכובות; מתכות נמוכות פעילות - בצורה של תרכובות ובצורה חופשית; מתכות אצילות (Ag, Pt, Au ...) בצורה חופשית מתכות מקומיות נמצאות בדרך כלל בכמויות קטנות בצורה של גרגרים או תכלילים בסלעים. מדי פעם יש חתיכות די גדולות של מתכות - נאגטס. מתכות רבות בטבע קיימות במצב קשור בצורה של תרכובות כימיות טבעיות - מינרלים. לעתים קרובות מאוד מדובר בתחמוצות, למשל, מינרלים של ברזל: עפרת ברזל אדומה Fe 2 O 3, עפרת ברזל חומה 2Fe 2 O 3 ∙ 3H 2 O, עפרות ברזל מגנטיות Fe 3 O 4. מינרלים הם חלק מסלעים ומעפרות. עפרותנקראות תצורות טבעיות המכילות מינרלים בהן מתכות מתאימות בכמויות טכנולוגית וכלכלית להשגת מתכות בתעשייה. לפי ההרכב הכימי של המינרל הכלול בעפרה, מבחינים תחמוצת, גופרית ועפרות אחרות. בד"כ, לפני קבלת מתכות מ. עפרה, זה מעשיר מראש - מפרידים את הסלע הריק, זיהומים, כתוצאה מכך, נוצר תרכיז, המשמש כחומר גלם לייצור מתכות. שיטות להשגת מתכות.השגת מתכות מהתרכובות שלהן היא משימת המטלורגיה. כל תהליך מתכתי הוא תהליך של הפחתת יוני מתכת בעזרת חומרי צמצום שונים, וכתוצאה מכך מתקבלות מתכות בצורה חופשית. בהתאם לשיטת ביצוע התהליך המטלורגי, מובחנים פירומטלורגיה, הידרומטלורגיה ואלקטרו-מטלורגיה. פירומטלורגיההוא ייצור של מתכות מהתרכובות שלהן בטמפרטורות גבוהות תוך שימוש בחומרים מפחיתים שונים: פחמן, פחמן חד חמצני (II), מימן, מתכות (אלומיניום, מגנזיום) וכו' דוגמאות להפחתת מתכות

פֶּחָם:

ZnO + C → Zn + CO 2;

פחמן חד חמצני:

Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe + 3CO 2;

מֵימָן:

WO 3 + 3H 2 → W + 3H 2 O; CoO + H 2 → Co + H 2 O;

אלומיניום (אלומינותרמיה):

4Al + 3MnO 2 → 2Al 2 O 3 + 3Mn; Cr 2 O 3 + 2Al = 2Al 2 O 3 + 2Cr;

מגנזיום:

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2. הידרומטלורגיה- זהו ייצור מתכות, המורכב משני תהליכים: 1) תרכובת מתכת טבעית מומסת בחומצה, וכתוצאה מכך נוצרת תמיסה של מלח מתכת; 2) מהתמיסה המתקבלת, מתכת זו נעקרה על ידי מתכת פעילה יותר. לדוגמה:

2CuS + 3O 2 \u003d 2CuO + 2SO 2.

CuO + H 2 SO 4 \u003d CuSO 4 + H 2 O.

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu.

אלקטרומטלורגיההוא ייצור של מתכות על ידי אלקטרוליזה של תמיסות או נמס של התרכובות שלהן. את תפקידו של הגורם המפחית בתהליך האלקטרוליזה ממלא זרם חשמלי.

מאפיינים כלליים של מתכות מקבוצת IA.

המתכות של תת-הקבוצה העיקרית של הקבוצה הראשונה (קבוצות IA) כוללות ליתיום (Li), נתרן (Na), אשלגן (K), רובידיום (Rb), צסיום (Cs), פרנציום (Fr). מתכות אלו נקראות מתכות אלקליות, מאחר שהן והתחמוצות שלהן יוצרים אלקליות בעת אינטראקציה עם מים.מתכות אלקליות הן יסודות S. לאטומי מתכת יש s-אלקטרון אחד (ns 1) בשכבת האלקטרון החיצונית. אשלגן, נתרן - חומרים פשוטים

מתכות אלקליות באמפולות:
a - צסיום; b - רובידיום; c - אשלגן; g - נתרן מידע בסיסי על המרכיבים של קבוצה IA

אֵלֵמֶנט	לי ליתיום	נא נתרן	K אשלגן	Rb רובידיום	Cs צזיום	פר צרפתי
מספר אטומי	3	11	19	37	55	87
המבנה של קליפות האלקטרונים החיצוניות של אטומים	ns 1 np 0 , כאשר n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, n הוא מספר התקופה
מצב חמצון	+1	+1	+1	+1	+1	+1
תרכובות טבעיות בסיסיות	Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 (ספודומן); LiAl(PO 4)F, LiAl(PO 4)OH (אמבליגוניט)	NaCl (מלח שולחן); Na 2 SO 4 10H 2 O (מלח גלאובר, מיראבי-לייט); KCl NaCl (סילביניט)	KCl (סילבין), KCl NaCl (סילביניט); K (אשלגן פלדספאר, אורתאי); KCl MgCl 2 6H 2 O (קרנליט) - נמצא בצמחים	כטומאה איזומורפית במינרלי אשלגן - סילביניט וקרנליט	4Cs 2 O 4Al 2 O 3 18 SiO 2 2H 2 O (חצי-cit); לוויין של מינרלים אשלגן	מוצר ריקבון אקטניום α

תכונות גשמיותאשלגן ונתרן הם מתכות כסופים רכים (חתוכים בסכין); ρ (K) \u003d 860 ק"ג / מ' 3, T pl (K) \u003d 63.7 ° С, ρ (Na) \u003d 970 ק"ג / מ' 3, T pl (Na) \u003d 97.8 ° С. יש להם מוליכות תרמית וחשמלית גבוהה, צובעים את הלהבה בצבעים אופייניים: K - בצבע סגול חיוור, Na - בצהוב.

מיקום המתכות
במערכת המחזורית של יסודות כימיים של D.I. Mendeleev.
תכונות פיזיקליות של מתכות

כיתה ח'

יַעַד.לתת לתלמידים מושג על תכונות המתכות כיסודות כימיים וכחומרים פשוטים, על סמך הידע שלהם על אופי הקשר הכימי. שקול את השימוש בחומרים פשוטים-מתכות על סמך תכונותיהם. כדי לשפר את היכולת להשוות, להכליל, לבסס את הקשר בין המבנה והתכונות של חומרים. לפתח את הפעילות הקוגניטיבית של התלמידים, תוך שימוש בצורות משחק של פעילות חינוכית.

ציוד וריאגנטים.כרטיסי משימה, כרטיסים עם סמלי מתכת אלקלית (לכל תלמיד), טאבלטים, שולחן "מטאל בונד", משחקי "שלטים אלכימיים", מנורת רוח, מטבעות נחושת ישנים, תיק קמבריק, דוגמאות מתכת.

במהלך השיעורים

מוֹרֶה. היום נלמד מתכות כיסודות כימיים ומתכות כחומרים פשוטים. מהו יסוד כימי?

סטוּדֶנט. יסוד הוא אוסף של אטומים בעלי אותו מטען גרעיני.

מוֹרֶה. מתוך 114 היסודות הכימיים הידועים, 92 הם מתכות. היכן נמצאות מתכות בטבלה המחזורית של יסודות כימיים? איך יסודות מתכת מסודרים בתקופות?

עבודה על השולחן "מערכת תקופתית של יסודות כימיים של D.I. מנדלייב."

סטוּדֶנט. כל תקופה (חוץ מהראשונה) מתחילה במתכות, ומספרן עולה עם העלייה במספר התקופה.

מוֹרֶה. כמה יסודות מתכת יש בכל תקופה?

המאמר הוכן בתמיכת בית הספר האנגלי אלאדה במוסקבה. ידיעת האנגלית מאפשרת לך להרחיב אופקים, ואפשר גם להכיר אנשים חדשים וללמוד הרבה דברים חדשים. בית הספר לאנגלית "אלדה" מספק הזדמנות ייחודית להירשם לקורסי אנגלית במחיר הטוב ביותר. ניתן למצוא מידע מפורט יותר על מחירים ומבצעים התקפים כרגע באתר www.allada.org.

סטוּדֶנט. אין מתכות בתקופה הראשונה, שתיים בשנייה, שלוש בשלישית, ארבע עשרה ברביעית, חמש עשרה בחמישית ושלושים בשישית.

מוֹרֶה. בתקופה השביעית, שלושים ואחד יסודות צריכים להיות בעלי תכונות של מתכת. בואו נראה את סידור המתכות בקבוצות.

סטוּדֶנט. מתכות הן יסודות המרכיבים את תת הקבוצות העיקריות של קבוצות I, II, III של המערכת המחזורית (למעט מימן ובורון), יסודות מקבוצה IV - גרמניום, בדיל, עופרת, קבוצה V - אנטימון, ביסמוט, קבוצה VI - פולוניום. בתת הקבוצות הצדדיות של כל הקבוצות נמצאות רק מתכות.

מוֹרֶה. יסודות מתכת ממוקמים בצד שמאל ובתחתית הטבלה המחזורית. כעת בצע את משימה 1 מכרטיס המשימה במחברות שלך.

תרגיל 1.רשום מהקלפים את הסימנים הכימיים של מתכות. תן להם שם. הדגש את המתכות של תת הקבוצות העיקריות.

הגרסה הראשונה של Na, B, Cu, Be, Se, F, Sr, Cs.

תשובה. לא – נתרן, Cu – נְחוֹשֶׁת,
לִהיוֹת – בריליום, האב – סטרונציום, Cs– צסיום.

גרסה 2 K, C, Fe, Mg, Ca, O, N, Rb.

תשובה. ק – אֶשׁלָגָן, Fe – בַּרזֶל,
מ"ג– מגנזיום, כ – סִידָן, Rb – רובידיום.

מוֹרֶה. מהן התכונות של המבנה של אטומי מתכת? הכינו נוסחאות אלקטרוניות של נתרן, מגנזיום, אטומי אלומיניום.

(שלושה תלמידים עובדים ליד הלוח, תוך שימוש בציור (איור 1).)

כמה אלקטרונים יש במפלס החיצוני של יסודות מתכת אלה?

סטוּדֶנט. מספר האלקטרונים ברמה החיצונית של היסודות של תת הקבוצות העיקריות שווה למספר הקבוצה, לנתרן יש אלקטרון אחד ברמה החיצונית, למגנזיום יש שני אלקטרונים ולאלומיניום יש שלושה אלקטרונים.

מוֹרֶה. לאטומי מתכת יש מספר קטן של אלקטרונים (בעיקר 1 עד 3) ברמה החיצונית. יוצאי הדופן הם שש מתכות: לאטומים של גרמניום, בדיל ועופרת בשכבה החיצונית יש 4 אלקטרונים, אטומי אנטימון, ביסמוט - 5, אטומי פולוניום - 6. כעת בצע את המשימה השנייה מהכרטיס.

משימה 2.ניתנות ערכות של המבנה האלקטרוני של אטומים של אלמנטים מסוימים.

מהם האלמנטים הללו? מי מהם שייך למתכות? למה?

גרסה 1 1 ס 2 , 1ס 2 2ס 2 , 1ס 2 2ס 2 2ע 6 3ס 2 , 1ס 2 2ס 2 2ע 3 .

תשובה. הליום, בריליום, מגנזיום, חנקן.

אפשרות 2. אחד ס 2 2ס 1 , 1ס 2 2ס 2 2ע 6 3ס 1 , 1ס 1 , 1ס 2 2ס 2 2ע 6 3ס 2 3על

תשובה. ליתיום, נתרן, מימן, אלומיניום.

מוֹרֶה. כיצד תכונות המתכות קשורות לתכונות המבנה האלקטרוני שלהן?

סטוּדֶנט. לאטומי מתכת יש מטען גרעיני קטן יותר ורדיוס גדול יותר בהשוואה לאטומים שאינם מתכתיים מאותה תקופה. לכן, חוזק הקשר של אלקטרונים חיצוניים עם הגרעין באטומי מתכת קטן. אטומי מתכת תורמים בקלות אלקטרונים ערכיים והופכים ליונים בעלי מטען חיובי.

מוֹרֶה. כיצד משתנות תכונות מתכתיות בתוך אותה תקופה, אותה קבוצה (תת-קבוצה ראשית)?

סטוּדֶנט. בתוך תקופה, עם עלייה במטען של גרעין האטום, ובהתאם, עם עלייה במספר האלקטרונים החיצוניים, התכונות המתכתיות של יסודות כימיים פוחתות. בתוך אותה תת-קבוצה, עם עלייה במטען של גרעין האטום, עם מספר קבוע של אלקטרונים ברמה החיצונית, התכונות המתכתיות של יסודות כימיים גדלות.

משימה ליד הלוח(שלושה תלמידים עובדים).

ציין בסימן "" את היחלשות התכונות המתכתיות בחמשת היסודות הבאים. הסבר את מיקום השלטים.

1.	לִהיוֹת		2.	מ"ג		3.	אל
לא	מ"ג	אל	ק	כ	sc	Zn	גא	Ge
	כ			האב			ב

בזמן שהתלמידים עובדים בנפרד ליד הלוח, השאר משלימים את משימה 3 מהכרטיס.

משימה 3.לאיזה משני היסודות יש תכונות מתכתיות בולטות יותר? למה?

גרסה 1. ליתיום או בריליום.

גרסה 2. ליתיום או אשלגן.

בדיקת מטלות.

מוֹרֶה. אז, ליסודות האלה יש תכונות מתכתיות, שלאטומים שלהם יש מעט אלקטרונים ברמה החיצונית (רחוק מהשלמה). תוצאה של המספר הקטן של האלקטרונים החיצוניים היא הקשר החלש של אלקטרונים אלה עם שאר האטום - הגרעין, מוקף בשכבות פנימיות של אלקטרונים.

התוצאה מסוכמת ונרשמת בקצרה על הלוח (סכמה), התלמידים כותבים במחברות.

תָכְנִית

מוֹרֶה. מהו חומר פשוט?

סטוּדֶנט. חומרים פשוטים הם חומרים המורכבים מאטומים של יסוד אחד.

מוֹרֶה. חומרים פשוטים-מתכות הם "קולקטיבים" של אטומים; בשל הנייטרליות החשמלית של כל אטום, גם כל המסה של המתכת היא ניטרלית חשמלית, מה שמאפשר לקלוט מתכות ולבחון אותן.

הדגמת דגימות מתכת: ניקל, זהב, מגנזיום, נתרן (בבקבוק מתחת לשכבת נפט).

אבל לא ניתן ליטול נתרן בידיים חשופות - הידיים רטובות, נוצרות אלקליות בעת אינטראקציה עם לחות, והוא משחית עור, בדים, נייר וחומרים אחרים. אז ההשלכות על היד יכולות להיות עצובות.

משימה 4.קבע את המתכות מאלה שהונפקו: עופרת, אלומיניום, נחושת, אבץ.

(דוגמאות מתכת ממוספרות. התשובות כתובות בגב הלוח.)

בודק את העבודה.

מוֹרֶה. באיזה מצב צבירה מתכות בתנאים רגילים?

סטוּדֶנט. מתכות הן חומרים גבישיים מוצקים (למעט כספית).

מוֹרֶה. מה נמצא בצמתים של סריג הקריסטל של מתכות ומה נמצא בין הצמתים?

סטוּדֶנט. בצמתים של סריג הגביש של מתכות נמצאים יונים חיוביים ואטומים של מתכות, בין הצמתים נמצאים אלקטרונים. אלקטרונים אלה הופכים משותפים לכל האטומים והיונים של חתיכת מתכת נתונה ויכולים לנוע בחופשיות לאורך סריג הגביש.

מוֹרֶה. מה שמם של האלקטרונים שנמצאים בסריג הגביש של מתכות?

סטוּדֶנט. הם נקראים אלקטרונים חופשיים או "גז אלקטרונים".

מוֹרֶה. איזה סוג קשר אופייני למתכות?

סטוּדֶנט. זהו קשר מתכתי.

מוֹרֶה. מהו קשר מתכתי?

סטוּדֶנט. הקשר בין כל יוני המתכת הטעונים חיובית לבין האלקטרונים החופשיים בסריג הגבישי של המתכות נקרא קשר מתכתי.

מוֹרֶה. הקשר המתכתי קובע את התכונות הפיזיקליות החשובות ביותר של מתכות. מתכות אטומות, בעלות ברק מתכתי הודות ליכולת החזרת קרני אור הנכנסות על פני השטח שלהן. במידה הרבה ביותר, יכולת זו באה לידי ביטוי בכסף ואינדיום.

למתכות יש ברק בחתיכה קומפקטית, ובמצב מפוזר דק, רובן שחורות. עם זאת, אלומיניום, מגנזיום שומרים על ברק מתכתי גם במצב אבקה.(הדגמה של אלומיניום ומגנזיום באבקה ובצלחות).

כל המתכות הן מוליכות של חום וזרם חשמלי. אלקטרונים הנעים בכאוטי במתכת, בהשפעת מתח חשמלי מופעל, רוכשים תנועה מכוונת, כלומר. ליצור זרם חשמלי.

האם לדעתך המוליכות החשמלית של מתכת משתנה עם עליית הטמפרטורה?

סטוּדֶנט. עם עליית הטמפרטורה, המוליכות החשמלית יורדת.

מוֹרֶה. למה?

סטוּדֶנט. עם עלייה בטמפרטורה, משרעת התנודות של אטומים ויונים בצמתים של סריג הגביש של המתכת עולה. זה מקשה על תנועת האלקטרונים, והמוליכות החשמלית של המתכת יורדת.

מוֹרֶה. המוליכות החשמלית של מתכות עולה מ hg ל Ag:

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

לרוב, באותה סדירות כמו המוליכות החשמלית, המוליכות התרמית של מתכות משתנה. האם אתה יכול לתת דוגמה שמוכיחה את המוליכות התרמית של מתכות?

סטוּדֶנט. אם תשפוך מים חמים לספל אלומיניום, הוא יתחמם. זה מצביע על כך שאלומיניום מוליך חום.

מוֹרֶה. מה קובע את המוליכות התרמית של מתכות?

סטוּדֶנט. זה נובע מהניידות הגבוהה של אלקטרונים חופשיים שמתנגשים ביונים ואטומים רוטטים ומחליפים איתם אנרגיה. לכן, יש השוואת טמפרטורה בכל פיסת המתכת.

מוֹרֶה. פלסטיות היא תכונה בעלת ערך רב של מתכות. בפועל זה מתבטא בכך שתחת מכות פטיש מתכות לא נמעכות לחתיכות אלא משטחות - הן מחושלות. למה מתכות הן פלסטיק?

סטוּדֶנט. פעולה מכנית על גביש עם קשר מתכתי גורמת לתזוזה של שכבות היונים והאטומים זה ביחס לזה, ומכיוון אלקטרונים נעים לאורך הגביש, שבירת הקשר אינה מתרחשת, ולכן פלסטיות אופיינית למתכות(איור 2, א) .

מוֹרֶה. מתכות ניתנות לעיבוד: מתכות אלקליות (ליתיום, נתרן, אשלגן, רובידיום, צסיום), ברזל, זהב, כסף, נחושת. מתכות מסוימות - אוסמיום, אירידיום, מנגן, אנטימון - הן שבירות. המתכות היקרות הגמישות ביותר היא זהב. ניתן למשוך גרם אחד של זהב לתוך חוט באורך שני קילומטרים.

ומה קורה תחת פעולת ההשפעה של חומרים בעלי סריג גביש אטומי או יוני?

סטוּדֶנט. חומרים בעלי סריג אטומי או יוני נהרסים בפגיעה. בפעולה מכנית על חומר מוצק עם סריג אטומי, שכבותיו הבודדות נעקרות - ההיצמדות ביניהן נשברת עקב שבירת קשרים קוולנטיים. שבירת הקשרים בסריג היוני מובילה לדחייה הדדית של יונים בעלי מטען דומה(איור 2, ב, ג).

מוֹרֶה. מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית, ברק מתכתי אופייני, פלסטיות או גמישות - שילוב כזה של תכונות טבוע רק במתכות. תכונות אלו באות לידי ביטוי במתכות והן תכונות ספציפיות.

תכונות ספציפיות קשורות ביחס הפוך לחוזק הקשר המתכתי. התכונות הנותרות - צפיפות, נקודות רתיחה והתכה, קשיות, מצב צבירה - הן מאפיינים משותפים הגלומים בכל החומרים.

צפיפות, קשיות, נקודות התכה ורתיחה של מתכות שונות. הצפיפות של מתכת היא הנמוכה יותר, ככל שהמסה האטומית היחסית שלה קטנה יותר ורדיוס האטום גדול יותר. לליתיום יש את הצפיפות הנמוכה ביותר - 0.59 גרם / ס"מ 3, לאוסמיום יש את הצפיפות הגבוהה ביותר - 22.48 גרם / ס"מ 3. מתכות בעלות צפיפות קטנה מחמש נקראות קלות, ומתכות בעלות צפיפות גדולה מחמש נקראות כבדות.

המתכת הקשה ביותר היא כרום, הרכה ביותר היא מתכות אלקליות.

לכספית יש את נקודת ההיתוך הנמוכה ביותר, t pl(Hg) \u003d -39 ° С, והגבוה ביותר - טונגסטן, t pl(W) = 3410 מעלות צלזיוס.

מאפיינים כגון נקודת התכה, קשיות, תלויים ישירות בחוזק הקשר המתכתי. ככל שהקשר המתכתי חזק יותר, כך התכונות הלא ספציפיות נוקשות יותר. שימו לב: במתכות אלקליות, חוזק הקשר המתכתי יורד בטבלה המחזורית מלמעלה למטה וכתוצאה מכך, טמפרטורת ההיתוך יורדת באופן טבעי (הרדיוס גדל, השפעת המטען הגרעיני פוחתת, ברדיוסים גדולים ו אלקטרון ערכיות יחיד, מתכות אלקליות מתמזגות). למשל, ניתן להמיס צזיום בחום של כף היד. אבל אל תיקח את זה בידך החשופה!

המשחק "מי מהיר יותר"

טבליות תלויות על הלוח (איור 3). על כל שולחן יש סט כרטיסים עם סימנים כימיים של מתכות אלקליות.

תרגיל.בהתבסס על דפוסי השינוי הידועים בנקודת ההיתוך של מתכות אלקליות, הנח את הכרטיסים בהתאם לטבליות אלו.

תשובה. א– Li, Na, K, Rb, Cs;
ב– Cs, Rb, K, Na, Li; ב– Cs, Li, Na, Rb, K.

תשובות התלמידים מובהרות ומסכמות.

תלמיד (הודעה). מתכות שונות ביחסן לשדות מגנטיים. לפי תכונה זו, הם מחולקים לשלוש קבוצות: מתכות פרומגנטיות - מסוגלות להתמגנט היטב בפעולת שדות מגנטיים חלשים (לדוגמה, ברזל, קובלט, ניקל וגדוליניום); מתכות פרמגנטיות - מראות יכולת מגנט חלשה (אלומיניום, כרום, טיטניום ורוב הלנתנידים); מתכות דיאמגנטיות - לא נמשכות למגנט ואפילו נדחות ממנו מעט (למשל ביסמוט, פח, נחושת).

החומר הנלמד מסוכם - המורה כותב על הלוח, התלמידים כותבים במחברות.

תכונות פיזיקליות של מתכות

ספֵּצִיפִי:

ברק מתכתי,

מוליכות חשמלית,

מוליכות תרמית,

פלסטיק.

תלות ביחס הפוך בחוזק הקשר המתכתי.

לא ספציפי: צפיפות,

טהַתָכָה,

טרְתִיחָה,

קַשִׁיוּת,

מצב צבירה.

תלות פרופורציונלית ישירה בחוזק הקשר המתכתי.

מוֹרֶה. התכונות הפיזיקליות של מתכות, הנובעות מתכונות הקשר המתכתי, קובעות את היישומים השונים שלהן. מתכות וסגסוגות שלהן הם החומרים המבניים החשובים ביותר של הטכנולוגיה המודרנית; הם הולכים לייצור מכונות וכלי מכונות הדרושים בתעשייה, כלי רכב שונים, מבני בניין, מכונות חקלאיות. בהקשר זה, סגסוגות ברזל ואלומיניום מיוצרות בכמויות גדולות. מתכות נמצאות בשימוש נרחב בהנדסת חשמל. מאילו מתכות עשויים חוטי חשמל?

סטוּדֶנט. בהנדסת חשמל, בשל העלות הגבוהה של כסף, נחושת ואלומיניום משמשים כחומר לחיווט חשמלי..

מוֹרֶה. ללא המתכות הללו, אי אפשר יהיה להעביר אנרגיה חשמלית למרחק של מאות, אלפי קילומטרים. גם חפצי בית עשויים ממתכות. מדוע סירים עשויים ממתכות?

סטוּדֶנט. מתכות מוליכות תרמית ועמידות.

מוֹרֶה. איזה תכונה של מתכות משמשת לייצור מראות, מחזירי אור, קישוטי חג המולד?

סטוּדֶנט. ברק מתכתי.

מוֹרֶה. מתכות קלות - מגנזיום, אלומיניום, טיטניום - נמצאות בשימוש נרחב בבניית מטוסים. חלקים רבים של מטוסים ורקטות עשויים מטיטניום וסגסוגותיו. חיכוך נגד אוויר במהירויות גבוהות גורם לחימום חזק של עור המטוס, וחוזק המתכות בחימום מופחת בדרך כלל באופן משמעותי. בטיטניום ובסגסוגות שלו, בתנאים של טיסות על-קוליות, אין כמעט ירידה בחוזק.

במקרים שבהם יש צורך במתכת עם צפיפות גבוהה (כדורים, ירייה), לעתים קרובות משתמשים בעופרת, אם כי צפיפות העופרת (11.34 גרם / ס"מ 3) נמוכה בהרבה מזו של כמה מתכות כבדות יותר. אבל עופרת די מתכלה ולכן נוחה לעיבוד. בנוסף, הוא זול לאין ערוך מאוסמיום ומתכות כבדות רבות אחרות. כספית, כמתכת נוזלית בתנאים רגילים, משמשת במכשירי מדידה; טונגסטן - בכל המקרים בהם נדרשת מתכת העומדת בטמפרטורות גבוהות במיוחד, למשל לחוטים של נורות. מה הסיבה לכך?

סטוּדֶנט. לכספית יש נקודת התכה נמוכה, בעוד לטונגסטן יש נקודת התכה גבוהה.

מוֹרֶה. מתכות משקפות גם גלי רדיו, המשמשים בטלסקופי רדיו הקולטים פליטות רדיו מלוויינים מלאכותיים של כדור הארץ וברדארים המזהים מטוסים למרחקים ארוכים.

מתכות אצילות - כסף, זהב, פלטינה - משמשות לייצור תכשיטים. צרכן הזהב הוא התעשייה האלקטרונית: הוא משמש ליצירת מגעים חשמליים (בפרט, הציוד של חללית מאוישת מכיל די הרבה זהב).

כעת בצע את המשימה מהכרטיס.

משימה 5.הדגש איזו מהמתכות הבאות היא הכי הרבה:

1) בשימוש נרחב: זהב, כסף, ברזל;

2) ניתנת לעיבוד: ליתיום, אשלגן, זהב;

3) עקשן: טונגסטן, מגנזיום, אבץ;

4) כבד: רובידיום, אוסמיום, צסיום;

5) מוליכים חשמלית: ניקל, עופרת, כסף;

6) קשה: כרום, מנגן, נחושת;

7) מתיך: פלטינה, כספית, ליתיום;

8) אור: אשלגן, פרנציום, ליתיום;

9) מבריק: אשלגן, זהב, כסף.

הפגנת ניסיון

לצורך הניסוי לוקחים 5-10 חתיכות של מטבעות נחושת (ישנים), שתלויים בשקית קמברית מעל להבת מנורת אלכוהול. הבד אינו עולה באש. למה?

סטוּדֶנט. נחושת היא מוליך טוב של חום, חום מועבר מיד למתכת, ולבד אין זמן להתלקח.

מוֹרֶה. מתכות ידועות לאדם מזה זמן רב.

תלמיד (הודעה). אפילו בימי קדם, שבע מתכות היו ידועות לאדם. שבע המתכות של העת העתיקה היו מתואמים עם שבעת כוכבי הלכת הידועים אז וסומנו על ידי אייקונים סמליים של כוכבי הלכת. הסימנים של זהב (שמש) וכסף (ירח) ברורים ללא הרבה הסבר. הסימנים של מתכות אחרות נחשבו לתכונות של אלוהויות מיתולוגיות: מראת היד של נוגה (נחושת), המגן והחנית של מאדים (ברזל), כס המלכות של צדק (פח), החרמש של שבתאי (עופרת), המוט של כספית (כספית).

דעותיהם של אלכימאים על הקשר של כוכבי לכת עם מתכות באות לידי ביטוי בהצלחה רבה בשורות הבאות של שירו ​​של N.A. מורוזוב "מרשימותיו של אלכימאי":

"שבע מתכות יצרו אור,
לפי מספרם של שבעה כוכבי לכת.
נתן לנו מקום לתמיד
נחושת, ברזל, כסף,
זהב, פח, עופרת.
בני, גופרית היא אבא שלהם.
ותמהר, בני, לגלות:
עבור כולם, כספית היא האמא של עצמם.

רעיונות אלה היו כל כך חזקים עד שכאשר התגלה אנטימון בימי הביניים
ולא היו כוכבי לכת עבור ביסמוט, הם פשוט לא נחשבו למתכות.

תוך שמירה על סודיות הניסויים שלהם, האלכימאים הצפנו את תיאורי החומרים שהושגו בדרכים שונות.

מוֹרֶה. ואתה, באמצעות סימון אלכימי, המצאת את המשחק "סימנים אלכימיים" בבית.

מצב המשחק: באיור (איור 4) ניתנים הסימנים האלכימיים העתיקים של מתכות. קבעו לאיזה כוכב הלכת שייך כל סמל, ולקחת אות אחת מהשם, זו המצוינת באיור, קרא את שמו של יסוד המתכת.

לגבי התשובה. סמריום, רותניום, פלטינה.

תלמידים מחליפים משחקים, מנחשים את שמות המתכות.

מוֹרֶה. M.V. Lomonosov דיבר על מתכות כך: "מתכת היא גוף מוצק, אטום וקל שניתן להמיס באש ולחשל בקור" וייחס תכונה זו למתכות: זהב, כסף, נחושת, פח, ברזל ועופרת.

בשנת 1789, הכימאי הצרפתי A.L. Lavoisier, במדריך שלו לכימיה, נתן רשימה של חומרים פשוטים, שכללה את כל 17 המתכות הידועות אז.(Sb, Ag, As, Bi, Co, Cu, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn) . עם התפתחות שיטות מחקר כימיות, מספר המתכות הידועות החל לעלות במהירות. במחצית הראשונה של המאה XIX. התגלו מתכות פלטינה; מתקבל על ידי אלקטרוליזה של כמה מתכות אלקליות ואדמה אלקליין; הונחה תחילת ההפרדה של מתכות אדמה נדירות; בניתוח כימי של מינרלים התגלו מתכות שלא היו ידועות בעבר. בתחילת 1860 התגלו רובידיום, צסיום, אינדיום ותליום באמצעות ניתוח ספקטרלי. קיומן של מתכות שחזה מנדלייב על בסיס החוק התקופתי שלו (גליום, סקנדיום וגרמניום) אושר בצורה מבריקה. גילוי הרדיואקטיביות בסוף המאה ה-19. הוביל לחיפוש אחר מתכות רדיואקטיביות, שהוכתרו בהצלחה מלאה. לבסוף, בשיטה של ​​טרנספורמציות גרעיניות, החל מאמצע המאה ה-20. התקבלו מתכות רדיואקטיביות שאינן קיימות בטבע, כולל כאלו השייכות ליסודות הטרנסאורניום. בהיסטוריה של התרבות החומרית, עתיקה וחדשה, למתכות יש חשיבות עליונה.

המורה מסכם את השיעור.

שיעורי בית

1. מצא תשובות לשאלות.

מה ההבדל בין המבנה של אטומי מתכת למבנה של אטומים שאינם מתכת?

ציין שתי מתכות הנפרדות בקלות מאלקטרונים לפי "בקשת" קרני האור.

האם אפשר להביא דלי כספית מהחדר הסמוך לחדר הכימיה?

מדוע מתכות מסוימות הן רקיעות (כמו נחושת) בעוד שאחרות שבירות (כמו אנטימון)?

מהי הסיבה לנוכחותן של תכונות ספציפיות במתכות?

היכן ניתן למצוא בחיי היומיום:

א) טונגסטן, ב) כספית, ג) נחושת, ד) כסף?

על אילו תכונות פיזיקליות של מתכת זו מבוסס השימוש בה בחיי היומיום?

איזו מתכת כינה האקדמאי א.אי. פרסמן "מתכת פח"?

2. הסתכלו בתמונה והסבירו מדוע משתמשים במתכות כפי שהן משמשות ולא להיפך.

3. לפתור חידות.

פאזל "חמש + שתיים".

כתוב בשורות האופקיות את שמות היסודות הכימיים הבאים המסתיימים ב-y:

א) מתכת אלקלית;

ב) גז אצילי;

ג) מתכת אדמה אלקליין;

ד) אלמנט ממשפחת הפלטינה;

ה) לנתניד.

אם שמות האלמנטים מוזנים נכון, אז לאורך האלכסונים: מלמעלה למטה ומלמטה למעלה, ניתן יהיה לקרוא את השמות של שני אלמנטים נוספים.

לגבי התשובה. a - צזיום, b - הליום, c - בריום, d - רודיום, e - thulium.
באלכסון: צריום, תוריום.

פאזל "כיתה".

כתוב את שמות חמשת היסודות הכימיים, המורכבים משבע אותיות כל אחד, כך שמילת המפתח היא CLASS.

לגבי התשובה. סידן (קובלט), לוטטיום,
אקטניום, סקנדיום, כסף (סמריום).

פאזל "שבע אותיות".

כתוב את שמות היסודות הכימיים בשורות האנכיות.

מילת המפתח היא חומצה.

לגבי התשובה. אשלגן, אינדיום, סלניום, ליתיום,
אוסמיום, טוליום, ארגון (סטטין).