Цели урока:
Образовательная - рассмотреть положение металлов в системе элементов Д.И. Менделеева, познакомить учащихся 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 учащихся и их умение прогнозировать физические свойства металлов на основе их строения.
Воспитательная - способствовать развитию познавательного интереса учащихся к изучению химии,
Задачи урока:
- Учащиеся 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
(учитель знакомит учащихся с темой урока, записанной на доске, планом проведения урока).
II. Новый материал
Учитель задает вопросы учащимся:
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?
Учащиеся 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.
Учитель демонстрирует таблицу "Виды химической связи", задает вопрос учащимся: в чем сходство и различия между металлической связью и ковалентной? Между металлической и ионной? (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". С ионной связью металлическая сходна наличием ионов, но в металлической положительные ионы удерживаются "электронным газом", а в ионной - положительными ионами).но нтные электроны находятся в общем пользовани,еми положительными ю ко всем свободным
Учитель 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).
Учитель: 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?
Учащиеся называют: электропроводность, теплопроводность, металлический блеск, твердость, пластичность.
Учитель: Как можно объяснить наличие общих физических свойств у такого большого числа разнообразных простых веществ?
-Учащиеся делают вывод: причина в особенностях металлической связи, структуре кристаллов металлического типа.
Учитель демонстрирует таблицу "Общие физические свойства металлов"
Учитель: 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).
Учитель: 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 учащихся, 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.
(Общие физические свойства металлов обобщены в таблице, которая должна быть на доске или спроецирована через проектор. Можно распечатать и раздать таблицу каждому ребенку до начала урока, чтобы он воспользовался ею при изучении нового материала - это позволит сэкономить время при объяснении, при выполнении заданий и при подготовке к следующему уроку).
Учитель: Так как разные металлы имеют сходные металлические связи, а в ряде случаев образуют сходные металлические кристаллы, то многие из них при переходе в расплавленное состояние могут смешиваться друг с другом и образовывать сплавы. Сплавы могут образовывать и атомы металлов с неметаллами. Сплавы обладают другими, более разнообразными свойствами, по сравнению с металлами в них входящими. Так, медь, олово и цинк - мягкие металлы, сплав же на их основе - бронза - очень твердый. Третник - сплав олова со свинцом используют при паянии, т.к. он имеет низкую температуру плавления. Наиболее распространенные сплавы металла и неметалла - чугун и сталь.
Исключительное значение имеют сплавы золота. Ведь чистое золото мягкое, его прочность невелика, оно легко истирается; например, монета из чистого золота при обращении теряет каждое столетие пятую часть своего веса. Добавка меди в золото делает его твердым и упругим. О количестве золота в ювелирном изделии расскажет его проба. Проба 583 указывает, что сплав содержит 58,3% золота, или 583 г в 1000г сплава.
Самостоятельная работа учащихся с учебником: Найдите в тексте учебника ответ на вопрос, почему отличаются свойства металлов, входящих в сплав и свойства сплава?
После выполнения - обсуждение: причина в различии размеров ионов у металлов, входящих в сплав, из-за чего изменяется структура металла, ионы раздвигаются или сжимаются.
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. 21.2 (учебник Л.С. Гузея до темы "Коррозия")
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?
(При подготовке использовать таблицу "Общие физические свойства металлов")
Используемая литература
1. "Контрольные и проверочные работы по химии 8-9 классы" М.В. Зуева, Н.Н. Гара - М., "Дрофа" 2000.
2. "Энциклопедия школьника. Неорганическая химия" гл.ред. И.П.Алимарин - М., "Советская энциклопедия" 1975.
3. "Химия. Справочные материалы" под ред. Ю.Д. Третьякова - М.,"Просвещение", 1989.
4. "Химия в таблицах" - М.,1998.