Урок по химии на тему Физические свойства металлов. Сплавы

Савицкая М.Г.

Тема: Физические свойства металлов. Сплавы.

Цели:

1. Обобщить и расширить знания учащихся о физических св-вах Ме и их классификации. Дать понятие о сплавах. Познакомить уч-хся с важнейшими сплавами и их значением в жизни общества.

2. Развивать внимание, память, речь, аналитическое мышление, способность делать выводы.

3. Воспитывать любовь к предмету.

Тип урока: комбинированный

Метод: рассказ с элементами беседы

Ход урока:

I. Орг. момент.

II.Опрос:

1. Исторический очерк использования Ме человеком.

2. Назовите особенности строения атомов Ме.

3. Какие особенности строения атомов Ме определяют их восстановительные св-ва?

4. Охарактеризуйте положение Ме в ПСХЭ.

III. Изучение нового материала:

Простые вещества - металлы:

1. Металлическая хим. связь и металлическая кристаллическая решётка

Т.к. Ме легко отдают ē, то их атомы легко превращаются в «+» ионы. Оторвавшиеся ē легко перемещаются межу этими ионами. При этом ē компенсируют отталкивание «+» и «+» ионов, и, таким образом, связывают атомы, т.к. «цементируют» отдельные слои ионов, находящихся в узлах кристаллических решёток. Происходит обобществление валентных ē, которые принадлежат всем атомам. В связи с тем, что ē находятся в непрерывном движении, то при их столкновении с «+» ионами происходит превращение последних в нейтральные атомы. А затем вновь в ионы и т.д.

Кристаллические решетки, в узлах которых находятся «+» ионы и нейтральные атомы, между которыми передвигаются свободные ē, называют металлическими. А связь, осуществляемую свободными ē между ионами кристаллической решётки, называют металлической. Этот тип связи характерен для Ме в твёрдом и жидком состояниях. Пары Ме состоят из отдельных молекул. зн. связь ковалентная неполярная.

Особенности металлической связи:

• Сравнительно небольшое количество ē (это валентные s-электроны) одновременно связывает множество атомных ядер, связь делокализована;

• Валентные ē свободно перемещаются по всему куску Ме (или металлическому изделию), который в целом электронейтрален;

• Металлическая связь не обладает направленностью и насыщаемостью.

Металлическую связь образуют эл-ты, атомы которых на внешнем слое имеют мало валентных ē по сравнению с большим числом внешних энергетически близких друг другу орбиталей (3s, 3p, 3d). Их валентные ē слабо удерживаются в атоме.

Для n·металлов хар-но явление полиформизма (аллотропии) - существование в нескольких кристаллических модификациях.

2. Физические свойства металлов:

А) металлическая кристаллическая решётка.

Б) металлический блеск - Ме хорошо отражают от своей пов-ти световые лучи и радиоволны. Наиб. отражающей способностью обладают Ag, Al, Pd₊₄₆-палладий.

В) теплопроводность - ē сталкиваются с ионами и обмениваются энергией. При ↓t° теплопр-ть ↓.

Г) электропроводность - обусловлена наличием в кристаллич решётке свободно перемещающихся ē, которые в электрическом поле приобретают направленное движение. При ↑t° Ме возрастает амплитуда колебаний находящихся в узлах крист решётки атомов и ионов. Это затрудняет перемещение ē, электрическая проводимость ↓. При низких t° колебательные движения сильно ↓ и электропроводность ↑. Хорошо -Ag, Cu, Au,Al. Плохо - Mn, Pb, Hg.

Д) пластичность - ионы в металлической решётке друг с другом непосредственно не связаны и их отдельные слои могут свободно перемещаться один относительно другого. Поэтому Ме легко поддаются механической обработке (кроме Bi и Mn. Хрупкие). 1г Au можно вытянуть в проволоку длиной 3 км.

Е) ковкость, плотность ,t_плав у Ме очень различная. При чём с ↑ числа ē, связывающих ион-атомы, и ↓ межатомного расстояния в кристаллах показатели этих свойств ↑. И самыми большими они являются у Ме побоч. п/гр, V, VI, VII, VIII групп, т.к. для этих Ме хар-но образование очень прочных ковалентных связей между атомами за счёт неспаренных d-электронов ( кроме металлической за счёт s-электронов).

Классификации Ме:

1. По взаимодействию с магнитным полем.

Бывают ферромагнетики - способны сильно намагничиваться и долго сохранять состояние намагниченности (Fe, Co, Ni, Gd₊₆₄-гадолиний).

Парамагнетики - слабо намагничиваются и не сохраняют это состояние вне магнитного поля (щелочные и щелочноземельные Меб многие переходные Ме).

Диамагнетики - Ме, выталкиваемые магнитным полем ( Cu, Au, Ag, Bi).

2. По плотности:

Лёгкие - ρ ≤ 5 г/см³ Li, Na, K, Mg, Ca, Cs, Al, Ba. Самый лёгкий Liб его ρ = 0,534 г/см³

Тяжёлые - ρ > 5 г/см³ Zn, Cu, Fe, Sn, Pb, Ag, Au, Hg. Самый тяжёлый - осмий, ρ(Os) = 22,5 г/см³

3. По t _плав

Легкоплавкие - t_плав≤ 1539°С - Hg, Ga, Cs…

Тугоплавкие - t_плав> 1539°С- Cr, Mo, V, Ta, W

4. По твёрдости:

Мягкие - режутся ножом - щелочные Ме

Твёрдые - сравниваются с алмазом, твёрдость которого = 10 - VI гр. побоч. п/гр ( самый твердый - Cr - царапает стекло как алмаз).

5. По цвету:

Чёрные - Fe, Cr, Ti, V, Mn…Хар-ны ↑ρ, ↑t_плав, ↑твёрдость

Цветные - Cu, Sn, Co, Zn, W, Pb, Mo, Ni… Хар-ны красная, жёлтая, белая окраска, ↑пластичность, ↓твёрдость, ↓t_плав

Ме с низкой хим. активностью называют благородными (серебро, золото, платина и её аналоги - осмий, иридий, рутений, палладий, родий).

Сплавы

В чистом виде Ме используют сравнительно редко. Почему? Многие Ме наряду с ценными св-ми обладают св-ми, делающие их непригодными для использования во многих областях промышленности. Ca и Mg очень активны, Au, Al, Cu, Sn- очень мягкие Ме, Именно поэтому Ме в чистом виде используют крайне редко. Чаще используют их сплавы, обладающие более выгодными св-ми по сравнению с Ме.

Сплавы - это системы, состоящие из 2-х и более Ме, обладающие св-ми, характерными для металлического состояния.

В сплавах, также как и в Мех хим связь металлическая. В состав сплавов могут входить и неМе: С, Si, B…

Получение сплавов основано на способности Ме растворяться друг в друге. При охлаждении обр-ся сплавы с нужными св-ми (которых нет у чистых Ме): легкоплавкие, тугоплавкие, жаростойкие, нержавеющие, кислотостойкие…

В зависимости от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав, они делятся на:

1. Твердые растворы - в-ва, составляющие сплав взаимно растворяются друг в друге. В узлах кристаллических решеток сплава находятся атомы разных Ме. При охлаждении такого расплава образ-ся однородные кристаллы. → тв р-р явл-ся однофазным и состоит из одного вида кристаллов. Но тв р-р образ-ся не при строгом соотношении компонентов, а в интервале концентраций т.е. расплавленные Ме неограниченно растворяются друг в друге (смешиваются в любых отношениях). Такие сплавы хар-ся более ↑ прочностью, твердостью и хим стойкостью; они пластичны и хорошо проводят эл ток;

2. Механические смеси Ме - между простыми в-вами, образующими сплав, в тв состоянии нет взаимодействия и при охлаждении расплава выделяются кристаллики отдельных Ме, т.е. тв р-р не образуется;

3. Интерметаллические (химические) соединения - в-ва, составляющие сплав, вступают в хим взаимодействие.

Способность Ме в расплавленном состоянии не только механически смешиваться, но и образовывать между собой и неМе различные соединения - причина, объясняющая почему сплавы по физическим св-м так резко отличаются от св-в составляющих их Ме.

Кроме сплавления, некоторые сверхтвердые сплавы получают методом порошковой металлургии: смесь порошков Ме прессуется под большим давлением с последующим спеканием ее при ↑ t⁰. Этот вид металлургии используется для получения сверхтвердых изделий. Другие изделия из сплавов получают литьем, литьем с последующими ковкой, штамповкой, прокатом или резанием.

Примеры сплавов:

• Дюралюминий: 95% Al + 4% Cu + 0,5% Mn + 0,5% Mg;

• Мельхиор: 80% Cu + 20% Ni;

• Бронза: Cu + Sn или Al;

• Латунь: Cu + 45% Zn;

• Никелин: Cu + Ni + Mn;

• Электрон: Mg + Mn + Al + Zn;

• Чугун: Fe + C (> 1,7% C): литейный (для изготовления деталей методом литья и передельный - для переработки в сталь); стр 35

• Сталь: Fe + C (< 2,14% C) + Mn, Si, S, P; в сталь добавляют легирующие добавки: хром, никель, вольфрам, ванадий… стр 36-37

IV. Закрепление:

1. № 2, 4 стр. 38 письм

V. Д/з: § 6-7

3