Металічні елементи. Метали
- 15-11-2023, 06:01
- 168
11 клас , Хімія 11 клас Попель, Крикля (рівень стандарту)
§ 23. Металічні елементи. Метали
Матеріал параграфа допоможе вам:
- виокремити розміщення металічних елементів у періодичній системі;
- скласти уявлення про поширеність цих елементів у природі;
- пригадати особливості електронної будови атомів і йонів металічних елементів;
- отримати нову інформацію про фізичні властивості металів;
- з’ясувати склад і властивості деяких сплавів.
Металічні елементи, їх поширеність у природі. Металічних елементів існує значно більше, ніж неметалічних. До них належать усі d- і f-елементи, а також s-елементи (крім Гідрогену і Гелію) та кілька p-елементів. У довгому варіанті періодичної системи металічні елементи займають ліву і центральну частини1:
1 Германій, Стибій і Полоній, що розміщені біля діагональної ламаної лінії, за деякими характеристиками схожі на металічні елементи, а за іншими — на неметалічні.
Найбільше металічних елементів містить літосфера. Найпоширенішим серед них є Алюміній (мал. 56). Елементи, від яких походять активні метали, містяться переважно в хлоридних, карбонатних, сульфатних і силікатних мінералах, інші — в оксидних і сульфідних мінералах. Дуже рідко трапляються самородні мідь, срібло, золото, платина (мал. 57).
Мал. 56. Атомні частки найпоширеніших металічних елементів у літосфері
Мал. 57. Природні речовини, утворені металічними елементами
У гідросфері також багато металічних елементів, але у значно менших кількостях. У воді морів і океанів переважає Натрій, а у прісній воді — Кальцій.
Металічні елементи містяться і в живих організмах. Натрій і Калій входять до складу усіх клітин, Магній є у хлорофілі, а Ферум — у гемоглобіні. Сполуки Кальцію становлять неорганічну основу кісток, зубів, яєчної шкаралупи, черепашок.
Атоми і йони металічних елементів. В атомі будь-якого металічного елемента на зовнішньому енергетичному рівні перебуває невелика кількість електронів (як правило, від одного до трьох). Такий атом може віддавати ці електрони й перетворюватися на позитивно заряджений йон (катіон):
М - nе- = Мn+.
• Запишіть схему утворення йона Кальцію з атома, використавши електронні формули частинок.
Здатність атомів металічних елементів втрачати електрони зростає зі збільшенням радіусів атомів: у періоді — справа наліво, а в групі — згори донизу. Типові металічні елементи розміщені в лівому нижньому куті періодичної системи. Серед них — Цезій; його атом найлегше втрачає електрон.
Прості катіони металічних елементів містяться в основних і амфотерних оксидах, основах, солях. Значення зарядів таких йонів для елементів головних підгруп І—III груп збігаються з номерами груп періодичної системи: Na+, Mg2+, Аl3+. Подібної закономірності для елементів побічних підгруп немає. Наприклад, елемент І групи Купрум утворює катіони Сu+ і Сu2+, а елемент VIII групи Ферум — катіони Fe2+ і Fe3+.
Атоми деяких металічних елементів можуть утворювати ковалентні зв'язки з атомами неметалічних елементів. Результатом цього є існування складних аніонів (наприклад, MnO-4) або молекул (CrO3).
Метали. Металічні елементи утворюють прості речовини — метали. За звичайних умов вони перебувають у твердому стані (крім ртуті) і є кристалічними речовинами.
Фізичні властивості. Метали схожі за зовнішнім виглядом (мал. 58). Металевий блиск, електропровідність, пластичність — властивості металів, зумовлені металічним зв’язком і наявністю в них делокалізованих електронів (§ 7). Найвищу електро- і теплопровідність мають срібло, мідь, золото, алюміній. Найпластичнішим металом є золото.
Мал. 58. Найважливіші метали
Температури плавлення більшості металів перевищують 1000 °С. Метали, які плавляться за нижчої температури (наприклад, свинець, олово, цинк, алюміній), називають легкоплавкими. Найтугоплавкіший метал — вольфрам (т. пл. 3420 °С). Найнижчу температуру плавлення має ртуть (-38,9 °С).
Значення густини металів перебувають у широкому інтервалі — від 0,534 (літій) до 22,5 г/см3 (осмій).
Метали різняться й за твердістю. Найтвердішим є хром; ним можна різати скло. Найм’якші метали — натрій, калій, свинець.
Колір металів звичайно білий або сірий. Золото і цезій мають жовтий колір, а мідь — червоний.
Залізо, кобальт і нікель є феромагнетиками — речовинами, які здатні намагнічуватися в зовнішньому магнітному полі і зберігати такий стан.
Застосування. Найважливішими для практики металами є залізо, алюміній, мідь, цинк. Вони набули широкого використання завдяки стійкості до природних умов і поширеності природної сировини, з якої їх добувають. Золото, срібло, платина — дорогоцінні метали. З них виготовляють ювелірні вироби, прикраси, іноді карбують монети (мал. 59). Ці метали також застосовують у хімічній промисловості, приладобудуванні, електронній техніці.
Мал. 59. Срібна монета
Сплави металів. Значно частіше за метали використовують їх сплави (табл. 9). Кожний сплав є однорідною сумішшю (твердим розчином), яку виготовляють шляхом сумісного сплавляння металів із подальшим охолодженням.
Таблиця 9
Деякі металічні сплави
За фізичними властивостями сплави відрізняються від металів, що входять до їх складу. Вони мають, як правило, нижчі температури плавлення порівняно з відповідними металами, а також інші твердість і густину. Однак сплавам, як і чистим металам, властиві металевий блиск, висока електропровідність.
У хімічних реакціях сплави зазвичай поводяться як суміші металів.
Учені добувають і досліджують сплави з метою покращення властивостей металів. Так, звичайне залізо швидко ржавіє, а сплави цього металу із хромом і нікелем дуже стійкі у природних умовах. Для виготовлення ювелірних прикрас використовують не чисті дорогоцінні метали, а їх твердіші сплави з міддю і сріблом. За допомогою припою — сплаву олова зі свинцем — легше паяти (т. пл. припою 180 °С), ніж чистими металами — оловом (т. пл. 232 °С) чи свинцем (т. пл. 327 °С).
Сплави металів використовують у хімічній та харчовій промисловості, літако- і машинобудуванні, техніці, будівництві, монументальному мистецтві, побуті (мал. 60).
Мал. 60. Використання сплавів: а — обладнання з нержавіючої сталі; б — монумент із бронзи1; в — вироби з латуні; г — столовий набір із мельхіору
1 Композиція «Планета Альфреда Нобеля», м. Дніпро.
ВИСНОВКИ
До металічних елементів належать усі d- та f-елементи, s-елементи (крім Гідрогену і Гелію) та кілька р-елементів.
Металічні елементи поширені у природі.
Атоми металічних елементів можуть втрачати електрони й перетворюватися на катіони. Така їхня здатність зростає зі збільшенням радіусів атомів.
Металічні елементи утворюють прості речовини — метали. Завдяки наявності металічного зв’язку метали проводять електричний струм, мають характерний блиск, більшість із них є пластичними.
Метали та металічні сплави широко використовують у різних галузях.
- 174. Яких елементів — металічних чи неметалічних — більше у 3-му періоді, 4-му періоді?
- 175. Назвіть групу періодичної системи, в якій розміщені лише металічні елементи.
- 176. Запишіть електронні формули атома і йона Берилію.
- 177. Які фізичні властивості є типовими для металів? Поясніть, чому метали проводять електричний струм.
- 178. Чому найчастіше використовують не самі метали, а їх сплави?
- 179. За матеріалами з інтернету або інших джерел інформації підготуйте повідомлення про метал або сплав з особливими властивостями та його застосування.
- 180. Зразок спеціальної бронзи має такі масові частки металів (у відсотках): Сu — 85, Sn — 9, Zn — 6. Атомів якого елемента у бронзі найменша кількість? Скільки атомів Купруму припадає у сплаві на кожні 10 атомів цього елемента?
- 181. Порошок силуміну (сплав алюмінію із силіцієм) масою 5 г із масовою часткою силіцію 14 % спалили в надлишку кисню. Обчисліть масові частки оксидів у добутій суміші сполук.
Коментарі (0)