Урок химии :Особенности строения атомов металлов.Физические свойства металлов.

Урок химии :Особенности строения атомов металлов. Физические свойства металлов.
Цели урока:
Образовательная - рассмотреть положение металлов в системе элементов Д.И. Менделеева, познакомить обучающихся с основными физическими свойствами металлов, выяснить, чем они обусловлены; выявить закономерности проявления металлами физических свойств; ввести понятие о сплавах и их свойствах.
Развивающая - развивать теоретическое мышление обучающихся и их умение прогнозировать физические свойства металлов на основе их строения атома.
Воспитательная - способствовать развитию познавательного интереса обучающихся к изучению химии
Задачи урока:
Обучающиеся должны изучить положение металлов в Периодической системе элементов,
Выяснить особенности строения их атомов и кристаллов; физические свойства металлов; отличие свойств металлов от свойств их сплавов.
Уметь применять полученные знания при выполнении заданий, упражнений по данной теме.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Оборудование:
коллекция металлов и сплавов; таблицы "Виды химической связи", "Типы кристаллических решеток" и "Общие физические свойства металлов",
две стеклянные пластинки и вода для проведения опыта.
Ход урока
I. Организационный момент
(преподаватель знакомит обучающихся с темой урока, записанной на доске, планом проведения урока).
II. Новый материал
Преподаватель задает вопросы обучающимся :
1. Как изменяются в периодах периодической системы свойства химических элементов?
2. Как изменяются свойства химических элементов в главных подгруппах?
3. Где располагаются металлы в периодической системе?
Обучающиеся делают выводы:
- Металлами называют химические элементы и простые вещества.
- Металлы занимают левую нижнюю часть периодической системы. А, следовательно, их атомы имеют большие радиусы и, как правило, небольшое количество валентных электронов. Для их ионизации требуется относительно небольшая энергия. Возникающие положительные ионы металла удерживаются все вместе за счет притяжения ко всем свободно движущимся в металле электронам.
Преподаватель демонстрирует таблицу "Виды химической связи", задает вопрос : в чем сходство и различия между металлической связью и ковалентной? ?(сходство с ковалентной: валентные электроны находятся в общем пользовании, но в случае ковалентной в общем пользовании только двух атомов, а в случае металлической связи эти электроны связывают все атомы куска металла, создают "электронный газ".)
В чем сходство и различия между металлической и ионной связью? ( с ионной связью металлическая сходна наличием ионов, но в металлической положительные ионы удерживаются "электронным газом", а в ионной - положительными ионами)
Преподаватель демонстрирует таблицу "Типы кристаллических решеток":
Благодаря притяжению всех свободных электронов всеми положительными ионами металлическая связь очень прочна, поэтому для металлов характерны кристаллические решетки с плотной упаковкой ионов: гексагональная (цинк, магний), кубическая гранецентрированная (медь, серебро, алюминий) и менее плотная - кубическая объемноцентрированная (железо, натрий, барий).
Преподаватель: И так, металл - это вид атомов, способных легко отдавать при химических реакциях электроны, входить в состав химических соединений в виде положительно заряженных ионов, а также образовывать простые вещества с характерными для металлов физическими свойствами.
Рассмотрите образцы металлов и назовите, какими общими физическими свойствами они обладают?
Обучающиеся называют: электропроводность, теплопроводность, металлический блеск, твердость, пластичность.
Преподаватель: Как можно объяснить наличие общих физических свойств у такого большого числа разнообразных простых веществ?
Обучающиеся делают вывод: причина в особенностях металлической связи, структуре кристаллов металлического типа.
Преподаватель: демонстрирует таблицу "Общие физические свойства металлов"
Преподаватель: Действительно, электрическая проводимость металлов объясняется движением свободных электронов. Почему при нагревании электрическая проводимость металлов уменьшается? Чем обусловлена теплопроводность, и как она изменяется при нагревании? (отвечать на вопросы помогает таблица).
Пластичность - способность изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы, вытягиваться в проволоку.
В чем причина пластичности металлов?
В этом нам поможет разобраться следующий опыт: две стеклянные пластинки смачиваем водой и прижимаем друг к другу. Они легко скользят друг по другу, но их трудно разъединить. Прослойка воды имитирует свободные электроны, а значит причина пластичности - также особое строение кристаллической решетки.
Металлический блеск также обусловлен особым строением металлов (благодаря свободным электронам металлы хорошо отражают световые лучи).
Преподаватель: Да, металлы обладают общими физическими свойствами, которые обусловлены их особым строением, но у разных металлов степень проявления каждого свойства различна. Так, лучшей электропроводностью обладает серебро, на втором месте - медь, а на третьем - золото.
Такие различия в проявлении физических свойств связаны с тем, как плотно упакованы ионы в кристаллической решетке металла, каковы их размеры и сколько валентных электронов у каждого атома обобществляется. Например, чем большее число атомов металла находиться в единице объема металла, тем большей плотностью он будет обладать. Наиболее плотная упаковка ионов в кристаллах гексагонального вида. Однако плотность вещества зависит не только от вида кристаллической решетки, но и от массы составляющих его ионов и от их радиусов. Поэтому наименьшей плотностью обладают щелочные металлы. Самый тяжелый из всех металлов - осмий.
Если металлы образуют кристаллы одного вида (например, щелочные металлы), то возрастание плотности по ряду от лития до цезия объясняется увеличением их атомных масс и масс образуемых ионов, т.к. массы возрастают в большей степени, чем атомные радиусы. Если металлы образуют кристаллы разного вида, то закономерность более сложная, и ее описанием занимается больше физика, чем химия.
В зависимости от плотности металлы принято делить на легкие (их плотность менее 5 г/см3) и тяжелые (их плотность более 5 г/см3). Так у алюминия плотность - 2, 7 г/см3- металл легкий.
Пластичность металлов также зависит от вида кристалла и от количества связывающих электронов, от размеров ионов.
Самый пластичный - золото. Кусочек золота величиной со спичечную головку можно расплющить в просвечивающий голубовато-зеленым светом лист площадью 50 квадратных метров. Образец золота весом 1г можно протянуть в проволоку длиной 2 км. Исстари на Руси выделывали "сусальное золото": сначала его прокатывали в вальцах до толщины листа писчей бумаги, затем укладывали между тонкими пленками, снятыми со слепой кишки коровы и прокатывали на наковальне деревянными молоточками. Повторяя эту операцию неоднократно, получали листочки золота толщиной всего в десятую долю микрона, т.е. 500 атомов. "Сусальное золото" шло на покрытие деревянных предметов, кожи и т.п.
Самые хрупкие металлы V, VI, VII групп. У них от 5 до 7 валентных электронов, следовательно, очень крепкая связь ионов между собой, что препятствует их скольжению друг относительно друга, снижает пластичность. Этим же объясняется их тугоплавкость и твердость.
Чем меньше количество свободных электронов, чем больше размеры ионов, чем слабее связи ионов, тем мягче металлы. Самые мягкие - щелочные металлы, самый твердый - хром.
Температуры плавления металлов изменяются в очень широких пределах: от минус 39°С до 3410 у вольфрама. Ртуть единственный жидкий при обычных условиях металл.
Следует еще раз обратить внимание , что степень проявления физических свойств у разных металлов зависит не только от количества валентных электронов, но и от вида кристаллической решетки, размеров атомов и ионов, т.е. причины проявления металлами физических свойств многообразны.
Самостоятельная работа обучающихся:
1.Заполните таблицу: «Физические свойства металлов»
используя таблицу приложения: «Справочные данные о физических свойствах металлов»
Свойство металла Примеры металлов, у которых свойство наиболее выражено Область применения
Пластичность    
Электропроводность    
Теплопроводность    
Металлический блеск    
Твёрдость    
Ковкость    
2. Запишите признаки, по которым можно различить пластины, изготовленные:
а) из алюминия и медиб) из свинца и алюминия в) из серебра и графита
III. Закрепление нового материла
1. Где в Периодической системе Д.И. Менделеева располагаются металлы?
2. В чем существенное отличие в строении атомов металлов от неметаллов?
3. Перечислите общие физические свойства металлов.
4. Почему металлы обладают сходными физическими свойствами?
5. Назовите самый пластичный металл, самый электропроводный, самый твердый.
6. От чего зависит степень проявления каждого из физических свойств у разных металлов?
7. Почему возможно образование сплавов?
8. Почему сплавы отличаются по свойствам от исходных металлов? Приведите примеры.
IV. Домашнее задание п 7.1 стр113 №1,2.4 учебник О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов
Ответить на вопросы:
В чем различие между металлической, ковалентной и ионной химическими связями?
Почему соединения с ковалентной связью не проводят электрического тока, а соединения с металлической связью ток проводят?
Приложение
«Справочные данные о физических свойствах металлов»
Название
металла Удельный
вес, г 1см3 Температура плавления, °С Коэффициент линейного расширения, α 10-6 Удельная теплоемкость С, кал/г-град Теплопроводность λ,
Кал/см сек-град Удельное электросопротивление при 20°,Ом мм/м
Алюминий 2,7 660 23,9 0,21 0,48 0,029
Ванадий 6,0 1720 12,3 0,11 - -
Вольфрам 19,3 3377 45,0 0,34 0,38 0,053
Железо 7,86 1539 11,9 0,11 0,14 0,10
Кобальт 8,9 1480 12,7 0,10 0,16 0,097
Магний 1,74 651 26,0 0,25 0,37 0,044
Марганец 7,2 1260 23,0 0,12   0,05
Медь 8,92 1083 26,7 0,09 0,92 0,044
Молибден 10,2 2622 5,2 0,065 0,35 0,054
Никель 8,9 1455 13,7 0,11 0,14 0,070
Олово 7,31 232 22,4 0,055 0,16 0,113
Свинец 11,3 327 29,3 0,031 0,084 0,208
Титан 4,5 1660 7,14 0,11   0,048
Хром 7,1 1800 8,4 0,111   0,131
Цинк 7,14 420 32,6 0,91 0,27 0,061
Используемая литература
Габриелян О. С., Остроумов И. Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
Габриелян О. С., Остроумов И. Г., Сладков С. А., Дорофеева Н. М. Практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
Габриелян О. С., Остроумов И. Г., Сладков С. А. Химия: пособие для подготовки к ЕГЭ:учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
Габриелян О. С., Лысова Г. Г. Химия. Тесты, задачи и упражнения: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
Ерохин Ю. М. Химия: Задачи и упражнения: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.