Реферат на тему металлы и неметаллы

Обновлено: 02.07.2024

Вложенные файлы: 1 файл

химия. металлы и неметаллы.doc

На тему: Металлы. Неметаллы

Все многообразие окружающей нас природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.

Химический элемент – вил атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. (Последний равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.)

В настоящее время известно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы были синтезированы учеными-физиками в Объединенном институте ядерных исследований в городе Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми элементами.

Все элементы делятся на металлы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. К неметаллам относят следующие элементы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, фтор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сера, селен, теллур, азот, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, водород. Однако это деление условное. При определенных условиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические свойства, а некоторые неметаллы – металлические свойства.

Положение неметаллических элементов в периодической системе химических элементов. Нахождение в природе. Общие химический и физические свойства

Неметаллических элементов по сравнению к металлическими элементами относительно немного. Их размещение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева отражено в таблице №1.

Размещение неметаллических элементов в периодической сис

теме по группам

VIII (благородные газы)

Как видно из таблицы №1 неметаллические элементы в основном расположены в правой верхней части периодической системы. Так как в периодах слева направо у атомов элементов увеличивается заряды ядер и уменьшаются атомные радиусы, а в группах сверху вниз атомные радиусы также возрастают, то понятно, почему атому неметаллов сильнее, чем атомы металлов, притягивают наружные электроны. В связи с этим у неметаллов преобладают окислительные свойства. Особенно сильные окислительные свойства, т.е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы, находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Самым сильным окислителем является фтор. В соответствии с численными значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов увеличивается в следующем порядке: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F. Следовательно, энергичнее всего взаимодействует с водородом и металлами фтор:

Менее энергично реагирует кислород:

Фтор – самый типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства, т.е. способность отдавать электроны в химических реакциях.

Кислород же, судя по его соединениям с фтором, может проявлять и положительную степень окисления, т.е. являться восстановителем.

Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства. Причем эти свойства постепенно возрастают от кислорода к кремнию: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Так, например, хлор непосредственно с кислородом не соединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl2 O, ClO2 , Cl2O2 ), в которых хлор проявляет положительную степень окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и, следовательно, проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородом реагирует сера: она проявляет и окислительные свойства.

Перейдем к рассмотрению строения молекул неметаллов. Неметаллы образуют как одноатомные, так и двухатомные молекулы.

К одноатомным неметаллам относятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активными веществами. Инертные газы расположены в VIII группе Периодической системы, а химические формулы соответствующих простых веществ следующие: He, Ne, Ar, Kr, Xe и Rn.

Некоторые неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H2, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII группы Периодической системы ), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекул состоит газ озон (O3).

Для веществ неметаллов, находящихся в твердом состоянии, составить химическую формулу довольно сложно. Атомы углерода в графите соединены друг с другом различным образом. Выделить отдельную молекулу в приведенных структурах затруднительно. При написании химических формул таких веществ, как и в случае с металлами, вводится допущение, что такие вещества состоят только из атомов. Химические формулы, при этом, записываются без индексов - C, Si, S и т.д.

Такие простые вещества, как озон и кислород, имеющие одинаковый качественный состав (оба состоят из одного и того же элемента - кислорода), но различающиеся по числу атомов в молекуле, имеют различные свойства. Так, кислород запаха не имеет, в то время как озон обладает резким запахом, который мы ощущаем во время грозы. Свойства твердых неметаллов, графита и алмаза, имеющих также одинаковый качественный состав, но разное строение, резко отличаются (графит хрупкий, алмаз твердый). Таким образом, свойства вещества определяются не только его качественным составом, но и тем, сколько атомов содержится в молекуле вещества и как они связаны между собой.

Неметаллы в виде простых тел находятся в твердом или газообразном состоянии (исключая бром - жидкость). Они не имеют физических свойств, присущих металлам. Твердые неметаллы не обладают характерным для металлов блеском, они обычно хрупки, плохо проводят электрический ток и тепло (за исключением графита).

Общие химические свойства неметаллов.

Оксиды неметаллов относят к кислотным оксидам, которым соответствуют кислоты. С водородом неметаллы образуют газообразные соединения (например HCl, H2S, NH3). Водные растворы некоторых из них (например, галогеноводородов) – сильные кислоты. С металлами типичные неметаллы дают соединения с ионной связью (например, NaCl). Неметаллы могут при определенных условиях между собой реагировать, образуя соединения с ковалентной полярной (H2O, HCl) и неполярной связями (CO2).

С водородом неметаллы образуют летучие соединения, как, например, фтороводород HF, сероводород H2S, аммиак NH3, метан CH4. При растворении в воде водородные соединения галогенов, серы, селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородные соединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H2S, H2Se, H2Te.

При растворении в воде аммиака образуются аммиачная вода, обычно обозначаемая формулой NH4OH и называемая гидроксидом аммония. Ее также обозначают формулой NH3 • H2O и называют гидратом аммиака.

С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например, SO2, N2O5), а других – более низкую (например, SO2, N2O3). Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления. Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2, а серная кислотаH2SO4 сильнее сернистой H2SO3.

Строение и свойства простых веществ – неметаллов.

Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные – немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств. Наглядно это отражено в схеме №2.

С немолекулярным строением

С молекулярным строением

F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8

У этих неметаллов атомные кристаллические решетки, поэтому они обладают большой твердостью и очень высокими температурами плавления.

У этих неметаллов в твердом состоянии молекулярные кристаллические решетки. При обычных условиях это газы, жидкости или твердые вещества с низкими температурами плавления.

Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.

Бориды (соединения бора с некоторыми металлами, например с титаном: TiB, TiB2) необходимы при изготовлении деталей реактивных двигателей, лопаток газовых турбин.

Как видно из схемы №2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях – в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.

Все эти элементы образуют соединения с металлами – карбиды, силициды и бориды (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для получения ацетилена.

Если сравнить расположение электронов по орбиталям в атомах фтора, хлора и других галогенов, то можно судить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I и степень окисления – 1. В атомах других галогенов, например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя разными путями.

В первом случае хлор может проявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли – хлориты, например хлорит калия KClO2.

Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К таким соединениям относятся хлорнова тая кислота HClO3 и ее соли – хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).

Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их свойств.

Характеристики кислородных соединений неметалов:

1. Свойства высших оксидов (т.е. оксидов, в состав которых входит элемент данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются от основных к кислотным.

Свойства элементов, проявляющих в своих соединениях только положительные степени окисления. Свободные электроны в металлах. Кристаллическая структура сплавов. Соотношение характеристик молекулярного строения неметаллических и металлических веществ.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	20.11.2014
Размер файла	119,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Украины

Металлы и неметаллы

Одесса, 2014 год

Металлы - это элементы, проявляющие в своих соединениях только положительные степени окисления, и в простых веществах которые имеют металлические связи. Металлическая кристаллическая решетка - решетка, образованная нейтральными атомами и ионами металлов, связанными между собой свободными электронами. У металлов в узлах кристаллической решетки находятся атомы и положительные ионы.

Электроны, отданные атомами, находятся в общем владении атомов и положительных ионов. Такая связь называется металлической. Для металлов наиболее характерны следующие физические свойства: металлический блеск, твердость, пластичность, ковкость и хорошая проводимость тепла и электричества. Теплопроводность и электропроводность уменьшается в ряду металлов: Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg.

Многие металлы широко распространены в природе. Так, содержание некоторых металлов в земной коре следующее:

С внешней стороны металлы, как известно, характеризуются прежде всего особым “металлическим” блеском, который обусловливается их способностью сильно отражать лучи света.

Однако этот блеск наблюдается обыкновенно только в том случае, когда металл образует сплошную компактную массу.

Правда, магний и алюминий сохраняют свой блеск, даже будучи превращенными в порошок, но большинство металлов в мелкораздробленном виде имеет черный или темно-серый цвет. Затем типичные металлы обладают высокой тепло- и электропроводностью, причем по способности проводить тепло и ток располагаются в одном и том же порядке: лучшие проводники - серебро и медь, худшие - свинец и ртуть. С повышением температуры электропроводность падает, при понижении температуры, наоборот, увеличивается.

Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость. Металлы пластичны, они хорошо куются, вытягиваются в проволоку, прокатываются в листы и т. п.

Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т. е., возникает электрический ток.

Наличием свободных электронов обусловливается и высокая теплопроводность металлов. 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. По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см. куб., и тяжелые металлы - все остальные. Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

Наиболее активные металлы главных подгрупп являются сильными восстановителями, поэтому восстанавливают водород до степени окисления -1 и образуют гидриды.

Понятие о сплавах.

Характерной особенностью металлов является их способность образовывать друг с другом или с неметаллами сплавы.

Чтобы получить сплав, смесь металлов обычно подвергают плавлению, а затем охлаждают с различной скоростью, которая определяется природой компонентов и изменением характера их взаимодействия в зависимости от температуры.

Иногда сплавы получают спеканием тонких порошков металлов, не прибегая к плавлению (порошковая металлургия). Итак сплавы - это продукты химического взаимодействия металлов.

Кристаллическая структура сплавов во многом подобна чистым металлам, которые, взаимодействуя друг с другом при плавлении и последующей кристаллизации, образуют:

а) химические соединения, называемые интерметаллидами;

б) твердые растворы;

в) механическую смесь кристаллов компонентов.

Тот или иной тип взаимодействия определяется соотношением энергии взаимодействия разнородных и однородных частиц системы, то есть соотношением энергий взаимодействия атомов в чистых металлах и сплавах.

Современная техника использует огромное число сплавов, причем в подавляющем большинстве случаев они состоят не из двух, а из трех, четырех и большего числа металлов. Интересно, что свойства сплавов часто резко отличаются от свойств индивидуальных металлов, которыми они образованы. Так, сплав, содержащий 50% висмута, 25% свинца, 12,5% олова и 12,5% кадмия, плавится всего при 60,5 градусах Цельсия, в то время как компоненты сплава имеют соответственно температуры плавления 271, 327, 232 и 321 градус Цельсия. Твердость оловянной бронзы (90% меди и 10% олова) втрое больше, чем у чистой меди, а коэффициент линейного расширения сплавов железа и никеля в 10 раз меньше, чем у чистых компонентов. Однако некоторые примеси ухудшают качество металлов и сплавов. Известно, например, что чугун (сплав железа и углерода) не обладает той прочностью и твердостью, которые характерны для стали. Помимо углерода, на свойства стали влияют добавки серы и фосфора, увеличивающие ее хрупкость.

Среди свойств сплавов наиболее важными для практического применения являются жаропрочность, коррозионная стойкость, механическая прочность и др.

Для авиации большое значение имеют легкие сплавы на основе магния, титана или алюминия, для металлообрабатывающей промышленности - специальные сплавы, содержащие вольфрам, кобальт, никель. В электронной технике применяют сплавы, основным компонентом которых является медь. Сверхмощные магниты удалось получить, используя продукты взаимодействия кобальта, самария и других редкоземельных элементов, а сверхпроводящие при низких температурах сплавы - на основе интерметаллидов, образуемых ниобием с оловом и др.

Химический элемент - вил атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Последний равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. В настоящее время известно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы были синтезированы учеными-физиками в Объединенном институте ядерных исследований в городе Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми элементами. Все элементы делятся на металлы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. К неметаллам относят следующие элементы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, фтор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сера, селен, теллур, азот, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, водород. Однако это деление условное. При определенных условиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические свойства, а некоторые неметаллы - металлические свойства.

Неметаллических элементов по сравнению к металлическими элементами относительно немного.

Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства. Причем эти свойства постепенно возрастают от кислорода к кремнию: O, Cl, N, I, S, C, P, H, B, Si. Так, например, хлор непосредственно с кислородом не соединяется, но косвенным путем можно получить его оксиды (Cl2 O, ClO2, Cl2O2), в которых хлор проявляет положительную степень окисления. Азот при высокой температуре непосредственно соединяется с кислородом и, следовательно, проявляет восстановительные свойства. Еще легче с кислородом реагирует сера: она проявляет и окислительные свойства.

Неметаллы образуют как одноатомные, так и двухатомные молекулы.

Некоторые неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H2, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII группы Периодической системы), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекул состоит газ озон (O3).

Оксиды неметаллов относят к кислотным оксидам, которым соответствуют кислоты. С водородом неметаллы образуют газообразные соединения (например HCl, H2S, NH3). Водные растворы некоторых из них (например, галогеноводородов) - сильные кислоты. С металлами типичные неметаллы дают соединения с ионной связью (например, NaCl). Неметаллы могут при определенных условиях между собой реагировать, образуя соединения с ковалентной полярной (H2O, HCl) и неполярной связями (CO2).

При растворении в воде аммиака образуются аммиачная вода, обычно обозначаемая формулой NH4OH и называемая гидроксидом аммония. Ее также обозначают как NH3H2O и называют гидратом аммиака.

С кислородом неметаллы образуют кислотные оксиды. В одних оксидах они проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы (например, SO2, N2O5), а других - более низкую (например, SO2, N2O3). Кислотным оксидам соответствуют кислоты, причем из двух кислородных кислот одного неметалла сильнее та, в которой он проявляет более высокую степень окисления. Например, азотная кислота HNO3 сильнее азотистой HNO2, а серная кислотаH2SO4 сильнее сернистой H2SO3.

Самые типичные неметаллы имеют молекулярное строение, а менее типичные - немолекулярное. Этим и объясняется отличие их свойств.

Как видно из схемы №2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами. Как простые вещества они встречаются в двух видоизменениях - в кристаллическом и аморфном. Кристаллические видоизменения этих элементов очень твердые, с высокими температурами плавления. Кристаллический кремний обладает полупроводниковыми свойствами.

Все эти элементы образуют соединения с металлами - карбиды, силициды и бориды (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Некоторые из них обладают большей твердостью, например Fe3C, TiB. Карбид кальция используется для получения ацетилена. Если сравнить расположение электронов по орбиталям ф атомах фтора, хлора и других галогенов, то можно судить и об их отличительных свойствах. У атома фтора свободных орбиталей нет. Поэтому атомы фтора могут проявить только валентность I и степень окисления - 1. В атомах других галогенов, например в атоме хлора, на том же энергетическом уровне имеются свободные d-орбитали. Благодаря этому распаривание электронов может произойти тремя разными путями.

В первом случае хлор может проявить степень окисления +3 и образовать хлористую кислоту HClO2, которой соответствуют соли - хлориты, например хлорит калия KClO2.

Во втором случае хлор может образовать соединения, в которых степень окисления хлора +5. К таким соединениям относятся хлороноватая кислота HClO3 и ее соли - хлораты, например хлорат калия КClO3 (бертолетова соль).

Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их свойств.

Характеристики кислородных соединений неметалов:

1. Свойства высших оксидов (т. е., оксидов, в состав которых входит элемент данной группы с высшей степенью окисления) в периодах слева направо постепенно изменяются от основных к кислотным;

2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам;

3. Возрастание кислотных свойств высших оксидов соответствующих элементов в периодах слева направо объясняется постепенным возрастанием положительного заряда ионов этих элементов;

4. В главных подгруппах периодической системы химических элементов в направлении сверху вниз кислотные свойства высших оксидов неметаллов уменьшаются.

С металлами водород образует (за некоторым исключением) нелетучие соединения, которые являются твердыми веществами немолекулярного строения. Поэтому их температуры плавления сравнительно высоки.

С неметаллами водород образует летучие соединения молекулярного строения. В обычных условиях это газы или летучие жидкости.

В периодах слева направо кислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворах усиливается. Это объясняется тем, что ионы кислорода имеют свободные электронные пары, а ионы водорода - свободную орбиталь, то происходит процесс, котроый выглядит следующим образом:

H2O + HF > H3O + F

Фтороводород в водном растворе отщепляет положительные ионы водорода, т. е., проявляет кислотные свойства. Этому процессу способствует и другое обстоятельство: ион кислорода имеет неподеленную электронную пару, а ион водорода - свободную орбиталь, благодаря чему образуется донорно-акцепторная связь.

При растворении аммиака в воде происходит противоположный процесс. А так как ионы азота имеют неподеленную электронную пару, а ионы водорода - свободную орбиталь, возникает дополнительная связь и образуются ионы аммония NH4+ и гидроксид-ионы ОН-. В результате раствор приобретает основные свойства. Этот процесс можно выразить формулой:

окисление металл молекулярный

H2O + NH3 > NH4 + OH

Молекулы аммиака в водном растворе присоединяют положительные ионы водорода, т. е., аммиак проявляет основные свойства.

Теперь рассмотрим, почему водородное соединение фтора - фтороводород HF - в водном растворе является кислотой, но более слабой, чем хлороводородная. Это объясняется тем, что радиусы ионов фтора значительно меньше, чем ионов хлора.

Поэтому ионы фтора гораздо сильнее притягивают к себе ионы водорода, чем ионы хлора. В связи с этим степень диссоциации фтороводородной кислоты значительно меньше, чем соляной кислоты, т. е., фтороводородная кислота слабее соляной кислоты.

Подобные документы

Физические свойства металлов и сплавов. Химические свойства металлов и сплавов. Сплавы. Требования к сплавам и виды сплавов. Методы испытания полиграфических сплавов. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии.

реферат [14,1 K], добавлен 06.09.2006

Основные характеристики атомов. Связь кислотно-основных свойств оксида с электроотрицательностью. Разделение элементов на металлы и неметаллы. Типы химической связи. Схемы образования молекул простых веществ, углекислого газа. Общее понятие о валентности.

лекция [235,5 K], добавлен 22.04.2013

Кристаллическая структура ниобия, золота и их сплавов; количество и положение междоузлий. Диаграмма состояния системы Nb-V; график зависимости периода кристаллической решетки от состава сплава; стереографические проекции; кристаллографические расчеты.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.05.2013

Понятие степени окисления элементов в неорганической химии. Получение пленок SiO2 методом термического окисления. Анализ влияния технологических параметров на процесс окисления кремния. Факторы, влияющие на скорость получения и качество пленок SiO2.

реферат [147,2 K], добавлен 03.12.2014

Общие сведения о свойствах d-элементов. Степени окисления. Комплексообразование, металлопорфирины. Общие сведения о биологической роли d-элементов: железа, меди, кобальта, марганца, молибдена. Колебательные реакции. Методика реакции Бриггса-Раушера.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛОВ

Выполнил студент группы

Педагогическое образование (с двумя профильными подготовками)

1.1. Строение атомов металлов. Положение металлов в

2.1. Положение неметаллических элементов в периодической системе химических элементов.

Нахождение в природе. Общие химический и

Химический элемент – вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. (Последний равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.)

В настоящее время известно 107 элементов. Около 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций. 104-107 элементы были синтезированы учеными - физиками в Объединенном институте ядерных исследований в городе Дубне. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми элементами.

Все элементы делятся на металлы и неметаллы. Из 107 элементов 85 относятся к металлам. Однако это деление условное. При определенных условиях некоторые металлы могут проявлять неметаллические свойства, а некоторые неметаллы – металлические свойства.

1.1. Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической

системе. Группы металлов.

Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенного комплекса свойств: Плотная кристаллическая структура, характерный металлический блеск, высокая теплопроводность и электрическая проводимость, уменьшение электрической проводимости с ростом температуры, низкие значения потенциала ионизации, т.е. способность легко отдавать электроны, ковкость и тягучесть, способность к образованию сплавов.

Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску.

Это деление на черные и цветные металлы условно.

1. 2. Физические свойства металлов.

По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см 3 , и тяжелые металлы - все остальные.

Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью.

1.3.Химические свойства металлов.

Основным химическим свойством металлов является способность их атомов легко отдавать свои валентные электроны и переходить в положительно заряженные ионы. Типичные металлы никогда не присоединяют электронов; их ионы всегда заряжены положительно.

Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, типичные металлы являются энергичными восстановителями.

Проведем опыт - опустим кусочек цинка в раствор какой - нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец.

Реакция выражается уравнением: Zn + Pb(NO₃)₂ = Pb + Zn(NO₃)₂

Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:

1. Чем меньше электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность.

2. Каждый металл способен вытеснять (восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него.

3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартный электродный потенциал, то есть находящиеся в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот.

Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их солей только в водных растворах и при комнатной температуре.

1.4. Коррозия металлов.

Почти все металлы, приходя в соприкосновение с окружающей их газообразной или жидкой средой, более или менее быстро подвергаются с поверхности разрушению. Всякий процесс химического разрушения металлов под действием окружающей среды называют коррозией.

Проще всего протекает коррозия при соприкосновении металлов с газами. Иначе обстоит дело при соприкосновении металла с жидкой средой - водой и растворенными в ней веществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, благодаря чему коррозия распространяется дальше вглубь металла.

Чистые металлы в большинстве случаев почти не подвергаются коррозии. Даже такой металл, как железо, в совершенно чистом виде почти не ржавеет.

Убытки, причиняемые коррозией металлов, огромны. Вычислено, например, что вследствие коррозии ежегодно гибнет такое количество стали, которое равно приблизительно четверти всей мировой добычи его за год. Поэтому изучению процессов коррозии и отысканию наилучших средств ее предотвращения уделяется очень много внимания.

2.1. Положение неметаллических элементов в периодической системе химических элементов. Нахождение в природе. Общие химический и

физические свойства.

расположены в правой верхней части периодической системы. В связи с этим у неметаллов преобладают окислительные свойства. Особенно сильные окислительные свойства, т.е. способность присоединять электроны, проявляют неметаллы, находящиеся во 2-ом и 3-м периодах VI-VII групп. Самым сильным окислителем является фтор. В соответствии с численными значениями относительных электроотрицательностей окислительные способности неметаллов увеличивается в следующем порядке:

Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.

Фтор - самый типичный неметалл, которому нехарактерны восстановительные свойства, т.е. способность отдавать электроны в химических реакциях.

Все остальные неметаллы проявляют восстановительные свойства.

К одноатомным неметаллам относятся инертные газы, практически не реагирующие даже с самыми активными веществами.

Некоторые неметаллы образуют двухатомные молекулы. Это H3, F2, Cl2, Br2, I2 (элементы VII группы Периодической системы), а также кислород O2 и азот N2. Из трехатомных молекул состоит газ озон (O3).

2.2. Общие химические свойства неметаллов.

С водородом неметаллы образуют летучие соединения, как, например, фтороводород HF, сероводород H3S, аммиак NH4, метан CH5. При растворении в воде водородные соединения галогенов, серы, селена и теллура образуют кислоты той же формулы, что и сами водородные соединения: HF, HCl, HCl, HBr, HI, H3S, H3Se, H3Te.

2.3. Строение и свойства простых веществ - неметаллов.

Наглядно это отражено в схеме №2.

Простые вещества

С немолекулярным строением

С молекулярным строением

F2, O2, Cl2, Br2, N2, I2, S8

Кристаллический бор В (как и кристаллический кремний) обладает

очень высокой температурой плавления (2075°С) и большой твердостью. Электрическая проводимость бора с повышением температуры сильно увеличивается, что дает возможность широко применять его в полупроводниковой технике. Добавка бора к стали и к сплавам алюминия, меди, никеля и др. улучшает их механические свойства.

Как видно из схемы №2, углерод С, кремний Si, бор В имеют сходное строение и обладают некоторыми общими свойствами.

2.4. Кислородные и водородные соединения неметаллов. Краткая характеристика их свойств.

Характеристики кислородных соединений неметаллов:

2. В группах сверху вниз кислотные свойства высших оксидов постепенно ослабевают. Об этом можно судить по свойствам кислот, соответствующих этим оксидам.

В настоящее время известно 107 химических элементов, большинство из них - металлы. Последние весьма распространены в природе и встречаются в виде различных соединений в недрах земли, водах рек, озер, морей, океанов, составе тел животных, растений и даже в атмосфере.

Работа содержит 1 файл

металлы.doc

Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов.

Причисляя тот или иной элемент к разряду металлов, мы имеем в виду наличие у него определенного комплекса свойств:

1. Плотная кристаллическая структура.

2. Характерный металлический блеск.

3. Высокая теплопроводность и электрическая проводимость.

4. Уменьшение электрической проводимости с ростом температуры.

5. Низкие значения потенциала ионизации, т.е. способность легко отдавать электроны.

6. Ковкость и тягучесть.

7. Способность к образованию сплавов.

Все металлы и сплавы, применяемые в настоящее время в технике, можно разделить на две основные группы. К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими сплавами являются чугуны и стали. В технике часто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кобальт, титан и другие металлы. Иногда в легированные стали входят 5-6 различных металлов. Методом легирования получают различные ценные стали, обладающие в одних случаях повышенной прочностью, в других - высокой сопротивляемостью к истиранию, в третьих - коррозионной устойчивостью, т.е. способностью не разрушаться под действием внешней среды.

Ко второй группе относят цветные металлы и их сплавы. Они получили такое название потому, что имеют различную окраску. Например, медь светло-красная, никель, олово, серебро - белые, свинец - голубовато-белый, золото -желтое. Из сплавов в практике нашли большое применение: бронза - сплав меди с оловом и другими металлами, латунь - сплав меди с цинком, баббит - сплав олова с сурьмой и медью и др.

Это деление на черные и цветные металлы условно.

Наряду с черными и цветными металлами выделяют еще группу благородных металлов: серебро, золото, платину, рутений и некоторые другие. Они названы так потому, что практически не окисляются на воздухе даже при повышенной температуре и не разрушаются при действии на них растворов кислот и щелочей.

Физические свойства металлов.

Характерные физические свойства металлов находятся в связи с особенностями их внутренней структуры. Согласно современным воззрениям, кристаллы металлов состоят из положительно заряженных ионов и свободных электронов, отщепившихся от соответствующих атомов. Весь кристалл можно себе представить в виде пространственной решетки, узлы которой заняты ионами, а в промежутках между ионами находятся легкоподвижные электроны. Эти электроны постоянно переходят от одних атомов к другим и вращаются вокруг ядра то одного, то другого атома. Так как электроны не связаны с определенными ионами, то уже под влиянием небольшой разности потенциалов они начинают перемещаться в определенном направлении, т.е. возникает электрический ток.

По плотности металлы условно подразделяются на две большие группы: легкие металлы, плотность которых не больше 5 г/см 3 , и тяжелые металлы - все остальные. Плотность, а также температуры плавления некоторых металлов приведены в таблице №1.

Плотность и температура плавления некоторых металлов.

Частицы металлов, находящихся в твердом и жидком состоянии, связаны особым типом химической связи - так называемой металлической связью. Она определяется одновременным наличием обычных ковалентных связей между нейтральными атомами и кулоновским притяжением между ионами и свободными электронами. Таким образом, металлическая связь является свойством не отдельных частиц, а их агрегатов.

Химические свойства металлов.

Способность к отдаче электронов проявляется у отдельных металлов далеко не в одинаковой степени. Чем легче металл отдает свои электроны, тем он активнее, тем энергичнее вступает во взаимодействие с другими веществами.

Опустим кусочек цинка в раствор какой- нибудь свинцовой соли. Цинк начинает растворяться, а из раствора выделяется свинец. Реакция выражается уравнением:

Из уравнения следует, что эта реакция является типичной реакцией окисления-восстановления. Сущность ее сводится к тому, что атомы цинка отдают свои валентные электроны ионам двухвалентного свинца, тем самым превращаясь в ионы цинка, а ионы свинца восстанавливаются и выделяются в виде металлического свинца. Если поступить наоборот, то есть погрузить кусочек свинца в раствор цинковой соли, то никакой реакции не произойдет. Это показывает, что цинк более активен, чем свинец, что его атомы легче отдают, а ионы труднее присоединяют электроны, чем атомы и ионы свинца.

Деление элементов на металлы и неметаллы достаточно условно. Неметаллы располагаются в правом верхнем углу периодической системы в главных подгруппах. Из 107 элементов 85 металлы. К металлам относят:

1. все s-элементы главных подгрупп, исключая водород и гелий;
2. все dи f-элементы (т.е. элементы побочных подгрупп);
3. р-элементы 3А группы, за исключением бора;
4. некоторые элементы 4А и 5А групп с большим порядковым номером (олово, свинец, сурьма и висмут).

Физические свойства металлов Отличия между металлами и неметаллами.

1. Все металлы, исключая ртуть, имеют твердое агрегатное состояние, тогда как неметаллы существуют как в твердом, так и в газообразном или жидком состоянии. Металлы имеют характерные физические свойства хорошую электрои теплопроводность, металлический блеск, ковкость. Некоторые металлы имеют магнитные свойства.
2. Атомы металлов на внешнем уровне имеют небольшое число электронов и слабее их удерживают, чем неметаллы. Нейтральные атомы металлов легко отдают электроны, превращаясь в катионы. Отрицательно заряженных ионов металлы не образуют. Неметаллы способны как присоединять, так и отдавать электроны.
3. Металлы в нейтральном состоянии проявляют только восстановительные свойства, тогда как неметаллы в нейтральном состоянии проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства в зависимости от партнера по реакции.
4. Неметаллы более склонны к образованию ковалентных связей. Металлы в нейтральном состоянии связаны металлической связью, а в соединениях они образуют ионные или полярные ковалентные связи.
5. Для металлов характерна непрозрачность, поскольку подвижные электроны металла гасят световое излучение, превращая световую энергию в тепловую. В определенных условиях падающий на металл луч может выбивать электроны (фотоэффект).

Кислород. Его свойства и применение

. всего эти свойства проявляются у кислорода и серы. Селен и теллур занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами. По химическим свойствам они стоят ближе к неметаллам. У полония, наиболее тяжелого элемента подгруппы, радиоактивного и сравнительно .

Неметаллы, как правило, плавятся при низких температурах.

Таким образом, можно заключить, что к металлам относят элементы, обладающие следующим набором свойств: пластичностью, высокой теплои электропроводностью, металлическим блеском, твердостью, высокой плотностью.

Особенности свойств переходных металлов (dи f-элементов)

1. Заполнение электронных оболочек переходных металлов имеет особенности: последний уровень остается неизменным и имеет конфигурацию s2, а новые электроны поступают на предшествующие dили fподуровни. У некоторых элементов (Cr, Cu, Ru, Ro, Pd, Ag и др.) последний s-подуровень содержит не 2 электрона, а только один (проскок электрона).

Внутреннее строение металлов

В узлах кристаллической решетки расположены положительно заряженные ионы, а между ними перемещаются свободные электроны электронный газ. Переходя от одного положительно заряженного иона к другому, электроны осуществляют связь между всеми ионами, превращая кристалл в единое целое. В кристаллической решетке каждый ион чаще окружен 812 другими ионами. Основные типы кристаллических решеток у металлов: объемноцентрированная, гранецентрированная, гексагональная.

Металлы реферат 4 класс

. 4) Теплопроводность. Закономерность та же. Обусловлена высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание температуры по массе металла. Наибольшая . примесями легкоплавкие соединения - шлаки. Такие вещества называются флюсами. Если примесь состоит из известняка, то в качестве флюса употребляют песок, образующий с известняком .

Химические свойства металлов

Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры и слабо связанные с ядром внешние электроны. Поэтому металлы характеризуются низкой энергией ионизации и легко отдают электроны. Характерным химическим свойством металлов в нейтральном состоянии является восстановительная активность. В то же время ионы металлов могут присоединять электроны и проявляют окислительные свойства. По восстановительной способности металлы располагаются в ряд напряжений Бекетова, который в настоящее время известен как ряд стандартных электродных потенциалов.

Li, Cs, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Sb, Bi, Cu, Ag, Hg, Os, Au.

1. Чем левее в электрохимическом ряду находится металл, тем больше его восстановительные свойства, тем легче он окисляется. Чем правее находится металл, тем меньше его восстановительные свойства, тем труднее он окисляется.
2. Активные металлы вытесняют менее активные из водных растворов или расплавов их солей. В случае водных растворов надо принимать во внимание, что активные металлы (от Li до Zn) взаимодействуют с водой.

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

3. Все металлы с отрицательным значением электродного потенциала окисляются ионами водорода, образующимися в результате диссоциации кислот-неокислителей (HCl, H2SO4разб, H2S, H2SO3, H3PO4, HCOOH, CH3COOH) и вытесняют водород из этих кислот. Некоторые металлы пассивируются кислотами из-за образования на их поверхности прочных пленок оксидов или солей. Так, Pb пассивируется разбавленной серной кислотой.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2.

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
4. Наиболее активные металлы (Li, Cs, Rb, K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn) на холоду или при нагревании окисляются ионами водорода, которые появляются в результате диссоциации воды (H2O H+ + OH).

Они разлагают воду с выделением водорода.

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.

6. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду после водорода (Sb, Bi, Cu, Ag, Hg, Os, Au) ни водой, ни кислотами-неокислителями не окисляются.
7. Большинство металлов окисляются кислотами-окислителями (HNO3, HClO, H2SO4конц), исключая Au, Pt и металлы, которые пассивируются этими кислотами. Так, холодная H2SO4конц пассивирует железо и алюминий, а HNO3конц. железо, алюминий, хром.

Cu + 2H2SO4конц = CuSO4 + SO2 + 2H2O.

8. Амфотерные металлы — окисляются также щелочами.
2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2Na[Al (OH)4];

Zn + 2KOH + 2H2О = H2 + K2[Zn (OH)4];

— Sn + 2NaOH + 2H2O = H2 + Na2[Sn (OH)4].

9. Другие свойства металлов
а) Почти все металлы (кроме золота и платиновых металлов) образуют оксиды, а наиболее активные не только оксиды, но и пероксиды.
б) Активные металлы образуют ионные или ковалентные гидриды (типа NaH, Al2H6), менее активные соединения включения (твердые растворы)
в) Все металлы образуют соединения с фтором, хлором.
г) Почти все металлы, кроме золота и платиновых металлов, образуют соединения с серой (сульфиды), фосфором (фосфиды), углеродом (карбиды), кремнием (силициды).

Анализ свариваемости сплавов на основе меди (М1)

. и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы. Сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и . прокатывается в тонкие листы, но сравнительно мало активна. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает .

Щелочные и щелочно-земельные металлы образуют соединения с азотом (нитриды).

В самородном виде встречаются лишь немногие металлы (золото, серебро, платина, ртуть, олово).

Большинство металлов находятся в виде минералов (руд), из которых эти металлы необходимо извлечь. Руды с малым содержанием металлов, как правило, предварительно обогащают.

А) Пирометаллургия. В её основе лежит восстановление металлов из руд при высоких температурах (pyros — огонь) с помощью восстановителей.
1. Восстановлением углем (коксом) или монооксидом углерода. Применяют для получения чугуна и железа, хрома, цинка, меди и других металлов.
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.

FeO + CO = Fe + CO2.

CuO + C = 2Cu + CO.

Fe (CrO2)2 + 4CO = Fe + 2Cr + 4CO2.

CuO + H2 = Cu + H2O;

ZnO + H2 = Zn + H2O;
MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O.
- 3.
Восстановление с помощью алюминия (алюмотермия) и других активных металлов.

Сr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3.

TiO2 + 2Mg = 2MgO + Ti.

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO.

Б) Гидрометаллургия. Базируется на переводе нерастворимых руд металлов в растворимые соединения. Так, нерастворимый оксид меди обрабатывают серной кислотой, а из сульфата меди получают чистую медь, вытесняя ее железом.

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

B) Электрометаллургия. Это получение металлов с помощью электролиза. Так получают алюминий, щелочные и щелочноземельные металлы, очищают металлы от примесей.

Сплавы это гомогенные (однородные) смеси расплавленных металлов или продуктов их затвердения. Известно более 800 сплавов. Различают:

черные сплавы (чугун, стали),.

цветные сплавы (бронза, латунь),.

легкие сплавы (дюралюминий, магналий),.

К собственно сплавам относят твердые растворы и интерметаллические соединения, хотя имеется несколько вариантов взаимодействия металлов друг с другом.
Эти металлы смешиваются в любом соотношении в расплавленном состоянии и в любых соотношениях кристаллизуются. В твердых растворах атомы обоих металлов имеют общую кристаллическую решетку.

Совершенствование технологии обогащения медно-колчеданных руд .
- 1. Чугун сплав железа с углеродом (более 2%) и другими добавками.
- 2. Сталь сплав железа с углеродом (менее 2%) и другими добавками.
- 3. Латунь сплав меди с цинком (1050%)
- 4. Бронза сплав меди с оловом (до 20%)
- 5. Константан сплав меди (60%), никеля (38%), марганца (12%)
- 6. Мельхиор сплав меди (80%) и никеля (20%)
- 7. Нихром сплав никеля (60%), железа (1418%), хрома (18%)
- 8. Баббиты сплав свинца (65%), олова (1517%) сурьмы (1517%), меди (2%)
- 9. Дюралюминий сплав алюминия (90%), меди (35%), магния (4%)
- 10. Силумин сплав алюминия (8688%) и кремния (1214%)
- 11. Магналий сплав алюминия (8097%) с магнием (320%)
Примеры похожих учебных работ

Цветные металлы и сплавы

. т.д. сплав прочность алюминий медь К группе широко применяемых цветных металлов относятся алюминий, титан, магний, медь, свинец, олово. Цветные металлы обладают целым рядом весьма ценных свойств. Например, высокой .

По химии. Свойства меди и его соединений

. воде содержится примерно 1·10–8 % меди. Получение меди методом электролиза Электролиз широко применяют для очистки (рафинирования) меди. Для очистки меди из черновой меди отливают аноды – толстые пластины. Их .

Цветные металлы и сплавы, применяемые в строительстве

. добавляются к некоторым железным сплавам, для повышения стойкости производимой из них продукции. Цветные металлы, в свою очередь, делятся на легкие и тяжелые. При этом производство тяжелых .

Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии

. при температуре +28,5° С. Это легкоплавкий металл. Самым тугоплавким металлом является вольфрам W. Его температура плавления + . надежно определить характеристики механических свойств. Выполнены работы по обеспечению принципа подобия при реализации .

Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её классификация, прогрессивные .

. газе, диффузная и другие. Фундаментальные исследования по разработке новых процессов и технологии сварки проводятся в ряде научно-исследовательских организациях, ВУЗах и крупных предприятиях судостроительной, авиационной, нефтехимической, .

Технологические испытания металлов и сплавов

. (рис. 1,г). Напряжения, определяемые при механических испытаниях образцов на специальных маш . этом температура быстро выравнивается по всей массе металла. Чем больше теплопроводность металла, тем быстрее теплота при нагревании распространяется по всему .

Читайте также: