Металлы. Строение, свойства, применение

МЕТАЛЛЫ. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ
«Металл суть светлое тело,
которое ковать можно».
Ломоносов М.В.

Содержание
Характеристика элемента-металла по положению в ПСХЭ
Изменение металлических свойств в ПСХЭ
Металлы – простые вещества
Химическая связь в металлах
5-6.Физические свойства
Металлы – рекордсмены
О применении металлов
Металлы древности на службе у человека
10-11. Из истории сплавов
12-18. Чугун-материал для создания шедевров мирового искусства
О роли металлов
Используемая литература
21. Авторская страница

Характеристика элемента – металла по положению в ПСХЭ Д.И.Менделеева
Li B 1. Металлы находятся в I-III группе главной
подгруппе (искл. H -1e, Hе-2e, B-3e),
а также в I-VIII группах побочной подгруппе.
Fr At 2. На внешнем энергетическом уровне у
металлов от 1 до 3-х электронов.
3. Ме0 - п е = Ме+п (окисление)
восстановитель
4. Степень окисления металла:
0, +1, +2, +3 (низшая)
+4, +5, +6, +7, +8 (высшая)

Понятие металлов. Положение в периодической системе.
Металлы – это химические элементы, атомы которых
способны только отдавать электроны, имеют низкие значения электроотрицательности (от 0,7 до 2,0), им соответствуют простые вещества, металлы.
М е т а л л ы
все s-элементы некоторые р-элементы
(кроме Н и Не) (III-VI групп) І-А, ІІ-А группа Аl, Sn, Bi…
все d- и f-элементы
Cu, Zn, Cr, Mn…
Чем отличается строение атомов металлов от атомов
неметаллов и как это отражается на их химических
свойствах?
Низшая степень окисления Ме = 0, высшая =№ группы (искл.Ι-Б и VΙΙ-Б).

Ряд стандартных электродных потенциалов металлов.
Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его способность к окислительно-восстановительным взаимодействиям в водных растворах при стандартных условиях.
Чем ближе металл к началу ряда, тем более сильные восстановительные свойства проявляет металл как простое вещество.
Чем дальше расположен металл в ряду напряжений, тем более сильными окислителями в водном растворе являются его ионы.

Изменение металлических свойств в ПСХЭ
В группах: металлические свойства усиливаются
причина: 1.увеличивается заряд ядра,
2.число электронов на внешнем э.у.
не изменяется
3.радиус атома увеличивается
В периодах:
металлические свойства уменьшаются
причина: 1. увеличивается заряд ядра
2. число электронов на внешнем э.у.
увеличивается
3. радиус атома уменьшается

Металлы –простые вещества
Типы кристаллических решёток металлов
Кубическая Объёмно-центрированная
кубическая
Гранецентрированная Гексагональная
кубическая плотноупакованная

Химическая связь в металлах
В узлах кристаллической решётки атом-ионы, между которыми свободно перемещаются свободные электроны («электронный газ»)
Металлическая связь – связь
между атом-ионами и относительно
свободными электронами за счёт
сил электростатического притяжения

Физические свойства металлов
теплопроводность
твёрдость плотность
Ме
металлический пластичность
блеск и ковкость
электропроводность

Общие физические свойства металлов.
Пластичность
Au, Ag, Cu, Sn, Pb, Zn, Fe (уменьшается) Au–0,003 мм
Электропроводность, теплопроводность
Ag, Cu, Au, Аl, Fe (уменьшается)
Классификация металлов:
а) по плотности (лёгкие и тяжелые); б) по температурам плавления (легкоплавкие и тугоплавкие); в) по твёрдости (мягкие и твердые); г) по отношению к магнитному полю (ферромагнетики и парамагнетики)

Физические свойства металлов
(продолжение)
Физические свойства металлов:
пластичность, металлический блеск,
теплопроводность и электропро-
водность обусловлены наличием в
кристаллической решётке металлов
свободных электронов - «электронный газ».

Металлы - «рекордсмены»
W - самый тугоплавкий
Ag - самый электропроводный
Li - самый лёгкий
AI - самый распространённый
Cs - самый легкоплавкий
Au - лучший катализатор
Cr - самый твёрдый
Os - самый тяжёлый

Металлы древности на службе
у человека
Семь металлов создал свет
по числу семи планет …
Алхимики
Золото (Au) – солнце
Серебро (Ag) – луна
Ртуть (Hg) – меркурий
Медь (Cu) – меркурий
Железо (Fe) – марс
Олово (Sn) – юпитер
Свинец (Pb) – сатурн

О применении металлов
Медь была первым металлом,
которым овладел человек. Она открыла эру металлургии и дала
миру первый сплав. Многие
тысячелетия медь была основой
материальной культуры и искусств
Трудно переоценить уникальную
роль меди в истории
человеческой цивилизации.

«Металлы отверзают недро земное к плодородию; металлы служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего; металлы облегчают купечество удобною к сему монетою…
И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может»
(М.В.Ломоносов)

САМЫЕ ДОРОГИЕ МЕТАЛЛЫ

Родий. Стоимость примерно за 1 гр 225 долларов. На Земле его всего несколько тонн.
Используется, в основном, как автомобильный катализатор
Добывают в ЮАР, встречается в Заполярье, Норильске, на Урале.

Платина – «белое золото»
Стоимость – примерно за 1 гр 70 долларов Золото
Стоимость – примерно за 1 гр 30 долларов

Иридий
(за 1 гр 17 долларов)
Открыт в 1803 году.
Внешне похож на олово, твердый. тяжелый.
Иридий идет на изготовление эталонов длины и веса, химических весов, хирургических инструментов.

Осмий
(стоимость за 1 гр 10 000 долларов)
Osme (запах) – греческое слово.
Оно дало название платиновому металлу осмию 200 лет назад. У него неприятный раздражающий запах, он похож на смесь хлорки и чеснока. В природе чистого осмия не найдено. Металл очень хрупкий, его просто растолочь в обычной ступке.
Используют в фармакологической отрасли в качестве катализатора во многих хим. процессах. Применяют для изготовления деталей измерительных приборов.

КАЛИФОРНИЙ-252
(стоимость за 1 гр – 6 млн.500 тыс. долларов)
В мире его всего несколько граммов (около 5). Его вырабатывают 2 реактора (США, Россия). Каждый производит около 20-40 мгр в год. 2 грамма металла в 1 секунду выделяет 2,4 биллиарда нейтронов, что соответствует нейтронному потоку обычного реактора (такой эффект можно получить с использованием 200 кг радия).
Калиформий-252 используется в медицине для обработки злокачественных опухолей.
Калифорний может заменить средний атомных реактор.

Активные металлы и металлы средней активности

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Металлы – восстановители
Металлы взаимодействуют с :
Кислородом
Неметаллами
Водой (активные)
Кислотами (только металлы, стоящие до Н в ряду активности металлов)
Солями (условие: металл в соли должен быть менее активным)

Из истории сплавов
Бронза была первым сплавом,
полученным человеком.
Распространение бронзы началось
с конца 4 тыс. до н.э. Древнейшие
бронзовые изделия найдены на
территории Ирана, Месопотамии, Турции. В конце 3 тыс. до н.э. бронза появилась в Индии, во 2 тыс. до н.э. – в Китае и Европе.
В Америке бронзовый век охва-
тывает период с VI по Х века н.э.

Из истории сплавов
(продолжение)
В железный век первыми пришли
народы Африки. Они перешагнули из каменного века в железный
минуя медный и бронзовый. Это
связано с тем, что в Африке железные
руды выходят на поверхность земли.
Африканцы изобрели плавку железа в 600-400
годах до новой эры.

Чугун –материал для создания шедевров мирового искусства
Санкт-Петербург –своеобразный музей, в котором
собрано бесчисленное множество произведений
изобразительного искусства, выполненных из чугуна.
Рассмотрит лишь некоторые
из них – чугунные ограды
дворцов и набережных рек
Санкт – Петербурга.

Чугун – материал для создания шедевров мирового искусства (продолжение)
Воронихинская решётка у Казанского
собора. Отлита в 1811 году.
(Архитектор Воронихин А.Н.)

Чугун –материал для создания шедевров мирового искусства (продолжение)
Решётка Летнего сада. 36 гранитных колонн, увенчанных вазами и урнами, и тончайшие ажурные звенья, украшенные позолоченными розетками, стали сокровищем мирового искусства.
(Архитекторы Фельтен Ю.М. и Егоров П.Е.)

Чугун – материал для создания шедевров мирового искусства (продолжение)
Ограда Русского музея
(Михайловского дворца),
1819-1825 г
(Архитектор Росси К.И.)
До 1917 года назывался
музеем Александра III.

Чугун – материал для создания шедевров мирового искусства (продолжение)
Ограда набережной реки Фонтанки. Сооружена в 1780-1789 г по проекту архитектора Квасова А.В.

Чугун –материал для создания шедевров мирового искусства (продолжение)
Ограда набережной
реки Мойки
(1798-1810 годы)