«Урок по химии на тему » Положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева»


Тема 1 9 класс
Урок 1 .
Тема урока: Век медный, бронзовый, железный. Положение металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева и строение их атомов.
Физические свойства металлов.
Цели урока: 
Образовательные:  повторить с учащимися положение металлов в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева, особенности строения их и атомов и кристаллов - металлическую химическую связь и кристаллическую металлическую решетку; обобщить и расширить сведения учащихся о физических свойствах металлов и их классификации.
Развивающие: продолжать развивать понятие - химический элемент и простое вещество на основании уже имеющихся знаний о строении атома химического элемента и зависимости свойств химического элемента от положения его в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева,
развивать самостоятельность учащихся в работе с учебником, с научно-популярной литературой, художественными произведениями, продолжить формирование умений наблюдать, сравнивать, делать выводы на основе результатов своих собственных исследований, развивать познавательную активность учащихся в работе.
Воспитательные: воспитание и развитие навыков индивидуальной работы, развитие коммуникативных способностей учащихся, формирование умений работать с Периодической системой химических элементов Д.И.Менделеева, воспитание бережливости и аккуратности.
Учащиеся должны знать: особенности строения атомов металлов и характерное свойство металлов – восстановительная способность, характеристику металлов, как химического элемента и простого вещества, их практическое значение и практическую направленность.
Учащиеся должны уметь: доказывать особенности строения атомов металлов и характерное свойство металлов – восстановительная способность , объяснять деление элементов на металлы и неметаллы, сравнивать и анализировать учебный материал, пользоваться Периодической системой химических элементов Д.И.Менделеева.
Методы: словесный – беседа, рассказ,
наглядно - иллюстративные – демонстрация таблиц, моделей кристаллических решёток углерода,
практический – лабораторный опыт,решение задач.

Тип урока: изучение нового материала.
Форма урока: урок с использованием элементов исследовательской деятельности, проблемной ситуации, компьютерной презентации.
Формы работы: парная и индивидуальная.
Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, модели кристаллических решёток железа, меди,  ряд активности металлов, коллекция «Металлы и сплавы», образцы  металлов - Na, Ca, Fe, Zn, Cu.

Ход урока: 1. Организационная часть урока.
2. Проверка знаний учащихся.
Вопросы и задания опроса:
3. Изучение программного материала.
1. Положение металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева и строение их атомов. Физические свойства металлов.

Если провести диагональ от элемента бериллия (Ве) до элемента астата (Аt) в Периодической системе, то слева от этой диагонали все элементы будут металлами, а справа элементы побочных подгрупп будут элементами металлами.
По положения металлов в ПС можно определить и особенности строения их атомов:
а) небольшое - 1 - 3 е - число электронов на внешнем уровне;
б) сравнительно большой радиус атома, по сравнению с неметаллами данного периода
в) металлы в реакциях отдают электроны внешнего уровня и проявляют положительную С.О.
Начальные элементы образуют главную подгруппу I группы и называются щелочными металлами. Свое название они получили от названия соответствующих им гидроксидов, хорошо растворимых в воде, — щелочей. Атомы щелочных металлов содержат на внешнем энергетическом уровне только один электрон, который они легко отдают при химических взаимодействиях, поэтому являются сильнейшими восстановителями. Понятно, что в соответствии с ростом радиуса атома восстановительные свойства щелочных металлов усиливаются от лития к францию. Следующие за щелочными металлами элементы, составляющие главную подгруппу II группы, также являются типичными металлами, обладающими сильной восстановительной способностью (их атомы содержат на внешнем уровне два электрона). Из этих металлов кальций, стронций, барий и радий называют щелочноземельными металлами. Такое название эти металлы получили потому, что их оксиды, которые алхимики называли «землями», при растворении в воде образуют щелочи. К металлам относятся и элементы главной подгруппы III группы, исключая бор.
Из элементов главных подгрупп следующих групп к металлам относят: в IV группе германий, олово, свинец (первые два элемента — углерод и кремний — неметаллы),
в V группе сурьма и висмут (первые три элемента — неметаллы),
в VI группе только последний элемент — полоний — явно выраженный металл.
В главных подгруппах VII и VIII групп все элементы — типичные неметаллы. Что касается элементов побочных подгрупп, то все они металлы. Выводы: Условная граница между элементами-металлами и элементами-неметаллами проходит по диагонали В (бор) — (кремний) — Si (мышьяк) — Те (теллур) — Аs (астат) Атомы металлов имеют сравнительно большие размеры (радиусы), поэтому и их внешние электроны значительно удалены от ядра и слабо с ним связаны. И вторая особенность, которая присуща атомам наиболее активных металлов, — это наличие на внешнем энергетическом уровне 1—3 электронов.
 Строение атомов химических элементов

Название
химического
элемента Схема строения атома Электронное строение последнего энергетического уровня Формула высшего оксида
1. Натрий Na+11 )2 )8 )1 …3s1 Na2+1O

2. Алюминий Al+13)2 )8 )3 …3s23p1 Al2+3O3

Как видно из схем строения атомов, на внешнем энергетическом уровне этих элементов
находится от 1 до 3 электронов, поэтому, металлы проявляют степень окисления +1 и +3.
Изменение свойств в подгруппе.
Изменение атомных радиусов на примере элементов 2-го периода и 1-й группы Периодической таблицы. Атомные радиусы даны в ангстремах (1 А = 10-8 см).

2. Строение кристаллов металлов.
Веществам с металлической связью присущи металлические кристаллические решетки. В узлах находятся катионы и атомы металлов. Обобществленные электроны электростатически притягивают катионы металлов, расположенные в узлах кристаллической решетки, обеспечивая ее стабильность и прочность.
Следовательно, металлическая связь - это связь в металлах, и сплавах между атом-ионами металлов, расположенными в узлах кристаллической решетки, осуществляема обобществленными внешними электронами.
Строение кристалла металлического Na. Из рисунка видно, что атом Na в центре куба имеет 8 ближайших соседей. Но это же можно сказать и о любом другом атоме в кристалле, поскольку все они одинаковы. Кристалл состоит из "бесконечно" повторяющихся фрагментов, изображенных на этом рисунке.
2. Физические свойства металлов.

Внутренне строение металлов определяет их характерные физические свойства.
В узлах металлических кристаллических решеток располагаются атомы и положительные ионы металлов, связанные посредством обобществленных внешних электронов, которые принадлежат всему кристаллу. Эти электроны компенсируют силы электростатического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывают их, обеспечивая устойчивость металлической решетки.Металлическая связь обусловливает все важнейшие физические свойства металлов: электро- и теплопроводность, металлический блеск, пластичность, характерную для многих металлов, и т. д.
Лабораторный опыт: « Рассмотрение образцов металлов».
Цель: рассмотреть образцы металлов и описать физические свойства металлов и сплавов.
Оборудование: коллекция « Металлы и сплавы».
Ход работы: 1.Описать свойства металлов.
Вывод по работе:
1. Твердость. Все металлы, кроме ртути, при обычных условиях - твердые вещества. Однако это свойство различно у различных металлов.
2. Электро- и теплопроводность. Высокая электрическая проводимость металлов обусловлена присутствием в их кристаллических решетках подвижных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического поля. При нагревании колебательные движения ионов в кристалле усиливаются, что затрудняет направленное передвижение электронов и ведет к снижению электрической проводимости. Но при охлаждении электропроводность металлов растет и вблизи абсолютного нуля переходит в сверхпроводимость. Лучшими проводниками электричества являются серебро и медь, худшими — марганец, свинец и ртуть.Так же изменяется и теплопроводность металлов, которая тоже вызвана высокой подвижностью свободных электронов: сталкиваясь с колеблющимися в узлах решетки ионами, электроны обмениваются с ними энергией. С повышением температуры колебания ионов при посредстве электронов передаются другим ионам, и температура всего металла быстро выравнивается. Высокая электро- и теплопроводность металлов обусловлена их строением. Хаотически движущиеся электроны в металле под воздействием приложенного электрического напряжения приобретают направленное движение, то есть проводят электрический ток.
(При повышении температуры металла возрастают амплитуды колебаний находящихся в узлах кристаллической решетки атомов и ионов. Это затрудняет перемещение электронов, их электрическая проводимость падает. При низких температурах колебательное движение, наоборот, сильно уменьшается и электрическая проводимость металлов резко возрастает. Вблизи абсолютного нуля сопротивление у металлов практически отсутствуе у большинства металлов появляется сверхпроводимость)Чаще всего в той же последовательности, как и электропроводность, изменяется и теплопроводность металлов.
Она обусловлена большой подвижностью свободных электронов, которые сталкиваясь с колеблющимися ионами и атомами, обмениваются с ними энергией. Поэтому происходит быстрое выравнивание температуры по всему куску металла.
3.Металлический блеск. Электроны, заполняющие межатомное пространство, отражают световые лучи (а не пропускают, как стекло), причем для большинства металлов в равной степени рассеиваются все лучи видимой части спектра. Поэтому большинство металлов имеют серебристо-белый или серый цвет. Только золото и медь в большей степени поглощают короткие волны (близкие к фиолетовому цвету) и отражают длинные волны светового спектра, поэтому имеют желтый и медный цвета.
В порошке все металлы, кроме А1 и Мg, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет. Самые блестящие металлы — ртуть, серебро, палладий.
Для гладкой поверхности металлов характерен металлический блеск — результат отражения световых лучей. В порошкообразном состоянии большинство металлов теряют блеск, приобретая черную или серую окраску, и только алюминий и магний сохраняют блеск в порошке.
Из алюминия, серебра и палладия, обладающих наиболее высокой отражательной способностью, изготовляют зеркала, в том числе и применяемые в прожекторах. Отраженный поверхностью металлов свет определяет их цвет. Белый и серый цвета большинства металлов говорят о том, что металлы рассеивают в равной степени все лучи видимой части спектра. А вот золото и медь в большей степени поглощают лучи с короткой длиной волны (близкие к фиолетовым лучам) и отражают длинноволновые лучи, поэтому окрашены соответственно в желтый и желто-красный цвета. 4. Пластичность. Механическое воздействие на кристалл с металлической решеткой вызывает только смещение слоев атомов, а не сопровождается разрывом связи, поэтому металлы характеризуются высокой пластичностью. Аналогичное воздействие на твердое вещество с ковалентными связями (атомной кристаллической решеткой) приводит к разрыву ковалентной связи. Разрыв связи с ионной решеткой приводит к отталкиванию одноименно заряженных ионов. Поэтому вещества с атомными и ионными кристаллическими решетками хрупкие.
Пластичность — это свойство вещества изменять форму под внешним воздействием и сохранять принятую форму после прекращения этого воздействия. Способность расплющиваться от удара или вытягиваться в проволоку под действием силы составляет важнейшее механическое свойство металлов. Оно лежит в основе такой уважаемой большинством народов мира профессии, как профессия кузнеца. Недаром среди богов разных верований почти единственным рабочим-богом был бог огня, покровитель кузнечного дела: у греков — Гефест, у римлян — Вулкан, у славян — Сварог. Пластичность металлов обусловлена тем, что под внешним воздействием одни слои ион-атомов в кристаллах легко смещаются, как бы скользят, по отношению к другим без разрыва связей между ними. Наиболее пластичны золото, серебро и медь. Например, из золота можно изготовить «золотую фольгу» толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. 5.Из других физических свойств металлов наибольший практический интерес представляют плотность, температура плавления и твердость. Для всех металлов (кроме ртути) при обычных условиях характерно твердое агрегатное состояние. Однако твердость их различна, как и тугоплавкость. Наиболее твердые — металлы, соответствующие побочной подгруппе VI группы. Так, хром по твердости приближается к алмазу.
Самые мягкие — щелочные металлы. Например, калий, рубидий и цезий легко режутся ножом.

По плотности металлы делятся на легкие (плотность меньше 5 г/см3) и тяжелые (плотность больше 5 г/см3).
К легким относят щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.
Из переходных металлов сюда включают скандий, иттрий и титан. Эти металлы, благодаря легкости и тугоплавкости, все шире применяются в различных областях техники.
Самый легкий металл — это литий (р = 0,53 г/см3). Самый тяжелый — осмий (р = 22,6 г/см3). Легкие металлы обычно легкоплавки, цезий и галлий могут плавиться уже на ладони руки, а тяжелые металлы — тугоплавкие. Наибольшей тугоплавкостью обладает вольфрам, его температура плавления равна 3380 °С. Это свойство вольфрама используется для изготовления ламп накаливания. Кроме него в конструкцию лампы входят еще семь металлов. В технике, как вы уже знаете, металлы делят на черные (железо и его сплавы) и цветные — все остальные (более подробно о них будет рассказано в следующем параграфе). 
Золото, серебро, платину и некоторые другие металлы относят к драгоценным металлам.
4. Закрепление материала:
Вопросы опроса:
1.Назовите самый легкоплавкий металл.2. Какие физические свойства металлов используют в технике?3. Фотоэффект, т. е. свойство металлов испускать электроны под действием лучей света, характерен для щелочных металлов, например для цезия. Почему? Где это свойство находит применение?4. Какие физические свойства вольфрама лежат в основе его применения в лампах накаливания?5. Какие свойства металлов заключены в образных литературных выражениях: «серебряный иней», «золотая заря», «свинцовые тучи» ? 5. Задание на дом: п.4,5, упр.1-3, п.6.
Приложение.
Век медный, бронзовый, железный.
Уже в глубокой древности человеку были известны семьметаллов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть. Эти металлы можно назвать «доисторическими», так как они применялись человеком еще до изобретения письменности.Очевидно, что из семи металлов человек вначале познакомился с теми, которые в природе встречаются в самородном виде. Это золото, серебро и медь. Остальные четыре металла вошли в жизнь человека после того, как он научился добывать их из руд с помощью огня.Часы истории человечества стали отсчитывать время быстрее, когда в его жизнь вошли металлы и, что важнее всего, их сплавы. Век каменный сменился веком медным, потом — бронзовым, а затем веком железным:История цивилизаций Древнего Египта, Древней Греции, Вавилона и других государств неразрывно связана с историей металлов и их сплавов. Установлено, что египтяне за несколько тысячелетий до н. э. уже умели изготавливать изделия из золота, серебра, олова, меди. В египетских гробницах, сооруженных за 1500 лет до н. э., найдена ртуть, а самые древние предметы из железа имеют возраст, исчисляемый 3,5 тыс. лет.Из серебра, золота и меди чеканили монеты — человечество издавна отвело этим металлам роль мерила стоимости товара, мировых денег.Древние римляне начали чеканить серебряные монеты с 269 г. до н. э. — на полстолетия раньше, чем золотые. Родиной золотых монет стала Лидия, расположенная в западной части Малой Азии и торговавшая с Грецией и другими странами посредством таких монет.Рассмотрим кратко смену эпох в ранней истории человечества.В поэме древнегреческого поэта Лукреция Кара «О природе вещей» установлен следующий порядок вхождения металлов в быт человека: «...Все-таки в употребление вошла раньше медь, чем железо, так как была она мягче, причем изобильней гораздо...»Самородная медь нередко встречается в природе, она легко обрабатывается, поэтому предметы из меди пришли на смену каменным орудиям. И даже там, где еще господствовал камень, медь играла немалую роль. Например, одно из чудес света — пирамида Хеопса, сложенная из 2 миллионов 300 тысяч каменных глыб массой по 2,5 тонны каждая, была сооружена с помощью инструмента, изготовленного из камня и меди.При выплавке меди человек однажды использовал не чистую медную руду, а содержавшую одновременно и медь, и олово. В результате была получена бронза — сплав меди и олова, который гораздо тверже своих компонентов. Наступил бронзовый век.
В Египте уже в IV тысячелетии до н. э. умели примитивным способом получать бронзу. Из нее изготавливали оружие и различные декоративные изделия. У египтян, ассирийцев, финикийцев, этрусков литье из бронзы достигло значительного развития. В VII в. до н. э., когда были разработаны способы отливки статуй из бронзы, наступает расцвет художественного применения бронзы.Гигантская бронзовая статуя Колосса Родосского (32 метра) — еще одно чудо света — возвышалась над входом во внутреннюю гавань древнего порта Родоса, и даже самые крупные суда свободно проходили под ней (рис. 2). Потом были уникальные бронзовые творения: конная статуя Марка Аврелия, «Дискобол», «Спящий Сатир» и многие другие.

А великолепные бронзовые скульптуры «Медный всадник» и четыре группы «Укротитель коней» на Аничковом мосту в Санкт-Петербурге — красноречивое свидетельство того, что бронза продолжает оставаться одним из основных материалов скульпторов.Знаменитые царь-колокол и царь-пушка в Московском Кремле — еще два примера художественной ценности меди и ее важнейшего сплава — бронзы.

Слово «бронза» произошло от названия небольшого итальянского городка Бриндизи на берегу Адриатического моря, который славился своими бронзовыми изделиями.Бронзовый век сменился железным только тогда, когда человечество смогло поднять температуру пламени в металлургических печах до 1540 °С, т. е. до температуры плавления железа. Было освоено производство железных изделий. Однако первые изделия из железа имели низкую механическую прочность. И только когда древние металлурги открыли способ изготовления из железных руд сплавов — чугуна и стали — более прочных материалов, чем само железо, началось широкое распространение этого металла и его сплавов, стимулировавшее развитие человеческой цивилизации.Наступил железный век, который, очевидно, длится и по сей день, так как примерно 9/10 всех используемых человеком металлов и сплавов — это сплавы на основе железа.Изменилась и стоимость железа. В IX—VII вв. до н. э., когда начался железный век, этот металл ценился дороже золота. Именно с железом, а не с золотом сравнивали сердца выдающихся людей. Так, герои «Илиады» Гомера облачались в «меднокованые доспехи» и имели «сердца твердые, как железо», а героев его «Одиссеи», победителей игр, награждали куском золота и куском железа.С развитием металлургии стоимость железа неуклонно снижалась, но все более возрастала его роль в жизни человеческого общества. Железные сплавы — чугун и сталь — не только основа развития техники, но и важнейший материал искусства. Так, из чугуна отлит узор «кружев чугунных» Санкт-Пе-тербурга, ограды его мостов и решетка Летнего сада. Великолепные произведения искусства из чугуна созданы мастерами Каслинского чугунолитейного завода. Вспомните хотя бы замечательную «Чугунную бабушку» П. Бажова.Знаменитый булат, из которого оружейники Дамаска, а затем и нашего Златоуста делали лучшие в мире клинки, — это сталь. Из стали тульские оружейники создавали непревзойденное по качествам оружие.






Приложенные файлы


Добавить комментарий