Страница 35 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

МОИ ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Домашний эксперимент.

«помощник»

Какие металлы есть у вас дома?

Пользуясь собственными наблюдениями, а также словарями и справочниками (включая электронные, размещённые в Интернете), опишите их физические свойства.

Какие металлы есть у вас дома?

В каждом доме можно найти множество предметов, сделанных из металлов или их сплавов. Проведя небольшое исследование у себя дома, я обнаружил следующие металлы:

• Алюминий (Al): из него сделана пищевая фольга, одноразовые формы для выпечки, алюминиевые банки для напитков и некоторые детали бытовой техники.
• Медь (Cu): содержится в электрических проводах и кабелях. Также можно найти медные трубки в системе охлаждения холодильника или кондиционера.
• Железо (Fe): это самый распространенный металл. В основном он встречается в виде сплавов — стали и чугуна. Из стали сделаны столовые приборы (ножи, вилки, ложки), гвозди, корпуса бытовой техники. Из чугуна — тяжелые сковороды и батареи отопления.
• Золото (Au) и Серебро (Ag): эти благородные металлы присутствуют в виде ювелирных украшений (кольца, серьги, цепочки).
• Цинк (Zn): используется в качестве антикоррозийного покрытия на стальных изделиях, например, на оцинкованных ведрах или крепежных элементах.
• Вольфрам (W): тонкую вольфрамовую нить можно найти в старых лампах накаливания.

Ответ: Дома можно найти алюминий, медь, железо (в виде стали и чугуна), золото, серебро, цинк и вольфрам.

Пользуясь собственными наблюдениями, а также словарями и справочниками (включая электронные, размещённые в Интернете), опишите их физические свойства.

Рассмотрим физические свойства некоторых из найденных металлов.

Алюминий (Al)

Собственные наблюдения: Алюминиевая фольга очень легкая, имеет серебристо-белый цвет и легко мнется, что говорит о высокой пластичности. Алюминиевая посуда быстро и равномерно нагревается, следовательно, алюминий обладает высокой теплопроводностью.

Справочные данные:

• Агрегатное состояние: твердое (при нормальных условиях).
• Цвет: серебристо-белый.
• Блеск: металлический, на воздухе быстро покрывается тонкой и прочной оксидной плёнкой, которая придает ему матовость.
• Плотность: низкая, $\rho = 2,7 \text{ г/см}^3$.
• Пластичность: очень пластичный, легко поддается формовке, прокатывается в тонкую фольгу.
• Тепло- и электропроводность: высокая.
• Температура плавления: $T_{пл} = 660,3^\circ \text{C}$.

Медь (Cu)

Собственные наблюдения: Медные провода имеют характерный розовато-красный цвет и металлический блеск. Они гибкие, что позволяет использовать их в электротехнике.

Справочные данные:

• Агрегатное состояние: твердое.
• Цвет: розовато-красный (в компактной массе), на изломе розовый.
• Блеск: сильный металлический.
• Плотность: $\rho = 8,96 \text{ г/см}^3$.
• Пластичность: высокая, легко вытягивается в проволоку.
• Тепло- и электропроводность: очень высокая, уступает по электропроводности только серебру.
• Температура плавления: $T_{пл} = 1084,6^\circ \text{C}$.

Железо (Fe)

Собственные наблюдения: Стальные предметы (гвозди, столовые приборы) твердые, прочные, серого цвета. На влажном воздухе железо ржавеет, покрываясь рыхлым налетом коричневого цвета. Чугунные сковороды очень тяжелые и прочные. Важное свойство — железо и его сплавы притягиваются магнитом.

Справочные данные:

• Агрегатное состояние: твердое.
• Цвет: серебристо-белый с сероватым оттенком.
• Блеск: металлический.
• Плотность: $\rho = 7,87 \text{ г/см}^3$.
• Пластичность: ковкий и пластичный металл.
• Тепло- и электропроводность: средняя.
• Температура плавления: $T_{пл} = 1538^\circ \text{C}$.
• Особые свойства: является ферромагнетиком, то есть обладает способностью сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле.

Золото (Au)

Собственные наблюдения: Ювелирные украшения из золота имеют яркий желтый цвет и сильный блеск. Они не тускнеют со временем. По сравнению с другими предметами такого же размера, они кажутся очень тяжелыми.

Справочные данные:

• Агрегатное состояние: твердое.
• Цвет: желтый.
• Блеск: сильный металлический.
• Плотность: очень высокая, $\rho = 19,3 \text{ г/см}^3$.
• Пластичность: самый пластичный и ковкий из всех металлов. Из 1 грамма золота можно вытянуть проволоку длиной более 2 км.
• Тепло- и электропроводность: высокая.
• Температура плавления: $T_{пл} = 1064,18^\circ \text{C}$.
• Химическая стойкость: очень инертный металл, не окисляется на воздухе и в воде, устойчив к действию большинства кислот.

Ответ: Физические свойства металлов, найденных дома, разнообразны. Алюминий — легкий, пластичный, с высокой теплопроводностью. Медь — пластичный металл розовато-красного цвета с очень высокой электропроводностью. Железо — прочный, ковкий металл серебристо-белого цвета, обладающий магнитными свойствами. Золото — очень плотный, инертный и самый пластичный металл желтого цвета с сильным блеском.

Как классифицируются простые вещества?

Простые вещества — это вещества, которые состоят из атомов только одного химического элемента. Основная классификация простых веществ базируется на их физических и химических свойствах, которые, в свою очередь, определяются строением атомов соответствующих химических элементов. Согласно этой классификации, все простые вещества делят на три большие группы.

Металлы

Это самая многочисленная группа простых веществ, включающая более 80% всех известных химических элементов. Для металлов характерен ряд общих физических свойств:

• Металлический блеск.
• Высокая электропроводность и теплопроводность.
• Пластичность и ковкость (способность изменять форму под давлением без разрушения).
• Твердое агрегатное состояние при нормальных условиях (исключением является ртуть ($Hg$), которая находится в жидком состоянии).

В химических реакциях атомы металлов обычно проявляют восстановительные свойства, то есть склонны отдавать свои валентные электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (катионы). Примеры простых веществ-металлов: железо ($Fe$), медь ($Cu$), алюминий ($Al$), натрий ($Na$), золото ($Au$).

Неметаллы

К неметаллам относится около 22 химических элементов. Их свойства во многом противоположны свойствам металлов.

• Как правило, не имеют металлического блеска (исключения: иод, графит).
• Являются плохими проводниками электрического тока (исключение: графит) и тепла, то есть являются диэлектриками или полупроводниками.
• В твердом состоянии они обычно хрупкие.
• При нормальных условиях могут быть газообразными (например, кислород $O_2$, азот $N_2$, хлор $Cl_2$), жидкими (бром $Br_2$) или твердыми (сера $S$, углерод $C$, фосфор $P$).

В химических реакциях с металлами неметаллы проявляют окислительные свойства, то есть принимают электроны. В реакциях с другими, более электроотрицательными неметаллами, они могут выступать в роли восстановителей. Примеры: кислород ($O_2$), сера ($S_8$), углерод (в виде алмаза или графита), хлор ($Cl_2$), гелий ($He$).

Полуметаллы (металлоиды)

Эта группа элементов занимает промежуточное положение по своим свойствам между металлами и неметаллами. Внешне они могут быть похожи на металлы (например, иметь блеск), но по химическим свойствам и типу проводимости они ближе к неметаллам. Важнейшей характеристикой многих полуметаллов является их способность быть полупроводниками (их электропроводность растет с повышением температуры). К полуметаллам относят, например, бор ($B$), кремний ($Si$), германий ($Ge$), мышьяк ($As$), сурьму ($Sb$) и теллур ($Te$).

Также стоит упомянуть важное явление для простых веществ — аллотропию. Это способность атомов одного и того же химического элемента образовывать несколько различных простых веществ, которые называются аллотропными модификациями. Они отличаются друг от друга строением (например, числом атомов в молекуле или строением кристаллической решетки) и, как следствие, свойствами. Например, элемент кислород ($O$) образует две модификации: кислород ($O_2$) и озон ($O_3$). Элемент углерод ($C$) существует в виде алмаза, графита, фуллеренов и других форм.

Ответ:
Простые вещества классифицируются на основе их физических и химических свойств на три основные группы: металлы, неметаллы и промежуточную группу — полуметаллы (металлоиды).

Какими физическими свойствами обладают металлы?

Металлы обладают рядом характерных общих физических свойств, которые обусловлены особенностями их внутреннего строения — наличием металлической кристаллической решётки и свободных электронов, образующих так называемый "электронный газ".

• Металлический блеск

  Это способность металлов хорошо отражать световые лучи. Свободные электроны в поверхностном слое металла взаимодействуют со светом, переизлучая его. Поэтому в твёрдом и жидком состоянии металлы непрозрачны и имеют характерный блеск.

• Пластичность

  Способность металла изменять свою форму под действием внешней силы (например, при ударе, прокатке, давлении) и сохранять её после прекращения воздействия. Это свойство объясняется тем, что слои атомов в кристаллической решётке могут смещаться друг относительно друга без разрыва связей, так как "электронный газ" продолжает удерживать их вместе. Благодаря пластичности металлы можно ковать, прокатывать в листы и вытягивать в проволоку.

• Высокая электропроводность

  Металлы являются лучшими проводниками электрического тока. Наличие свободных, хаотично движущихся электронов позволяет им при создании в проводнике электрического поля (при подключении к источнику тока) начать упорядоченное движение в одном направлении, создавая тем самым электрический ток. Лучшими проводниками являются серебро, медь и золото. С повышением температуры электропроводность металлов уменьшается.

• Высокая теплопроводность

  Это свойство также объясняется наличием свободных электронов. Они обладают большой подвижностью и, сталкиваясь друг с другом и с ионами решётки, быстро передают энергию от более нагретых участков металла к менее нагретым. Ряд теплопроводности металлов в целом совпадает с рядом их электропроводности.

• Твердость

  Большинство металлов — твёрдые вещества. Однако твердость у разных металлов сильно различается: от очень мягких щелочных металлов (натрий, калий), которые можно разрезать ножом, до очень твёрдых (хром, вольфрам, титан).

• Прочие свойства

  К физическим свойствам также относятся плотность (которая может быть как очень низкой, у лития, так и очень высокой, у осмия), температура плавления (от низкой у ртути и галлия до очень высокой у вольфрама) и агрегатное состояние (при стандартных условиях все металлы, кроме ртути, являются твёрдыми телами).

Ответ:

К основным физическим свойствам металлов относятся: металлический блеск, пластичность (ковкость, тягучесть), высокая электропроводность и теплопроводность, твердость. Большинство металлов при обычных условиях находятся в твёрдом агрегатном состоянии, имеют высокую плотность и температуру плавления.

Объясните, в чём заключается отличие физических свойств не-металлов от физических свойств металлов.

Отличие физических свойств неметаллов от металлов обусловлено фундаментальными различиями в строении их атомов и типе химической связи, которая образуется между атомами в простом веществе. Для металлов характерна металлическая связь и металлическая кристаллическая решётка, а для неметаллов — ковалентная связь и молекулярная или атомная кристаллическая решётка. Это приводит к следующим ключевым различиям в физических свойствах.

Агрегатное состояние

При нормальных условиях (комнатная температура, нормальное давление) почти все металлы являются твёрдыми веществами. Единственное исключение — ртуть ($Hg$), которая представляет собой жидкость. Неметаллы же демонстрируют всё разнообразие агрегатных состояний: они могут быть газами (например, водород $H_2$, кислород $O_2$, азот $N_2$), жидкостью (бром $Br_2$) и твёрдыми веществами (например, углерод $C$, сера $S_8$, фосфор $P_4$).

Внешний вид и блеск

Характерной чертой металлов является «металлический блеск» — способность хорошо отражать световые лучи. Они непрозрачны и в основном имеют серебристо-белый или серый цвет. Исключения составляют медь (красновато-розовый цвет) и золото (жёлтый цвет). Неметаллы, в отличие от металлов, не обладают металлическим блеском (за исключением графита и кристаллического иода). Они имеют разнообразную окраску: сера — жёлтая, фосфор — красный или белый, бром — бурый, хлор — жёлто-зелёный.

Пластичность (ковкость и тягучесть)

Металлы в большинстве своём пластичны. Их можно ковать, прокатывать в тонкие листы (ковкость) и вытягивать в проволоку (тягучесть). Это свойство объясняется строением металлической решётки, в которой слои ионов могут смещаться друг относительно друга без разрыва связей. Твёрдые неметаллы, наоборот, очень хрупкие. При механическом воздействии они не деформируются, а разрушаются (раскалываются), так как ковалентные связи в их структуре прочны и имеют строго определённую направленность.

Электропроводность и теплопроводность

Металлы являются отличными проводниками электрического тока и тепла. Это обусловлено наличием в их кристаллической решётке свободных, или обобществлённых, электронов («электронный газ»), которые могут упорядоченно двигаться, перенося заряд и тепловую энергию. Неметаллы в подавляющем большинстве являются диэлектриками (изоляторами) или полупроводниками, так как электроны в их атомах прочно связаны и свободных носителей заряда нет. Важным исключением является графит (аллотропная модификация углерода), который хорошо проводит электрический ток.

Температуры плавления и плотность

Как правило, металлы обладают высокими температурами плавления и высокой плотностью (например, вольфрам, осмий). Однако есть и легкоплавкие металлы (например, галлий, цезий) и лёгкие металлы (например, литий, натрий). Неметаллы с атомной кристаллической решёткой (алмаз, графит, кремний) имеют очень высокие температуры плавления, в то время как неметаллы с молекулярной решёткой (иод, сера, большинство газов) плавятся и кипят при низких температурах. Плотность неметаллов также варьируется в широких пределах, но в целом она ниже, чем у большинства металлов.

Ответ:

Основное отличие физических свойств неметаллов от металлов заключается в том, что металлы, как правило, обладают металлическим блеском, пластичностью, высокой электро- и теплопроводностью, в то время как неметаллы в основном хрупкие, не имеют металлического блеска и являются плохими проводниками тепла и электричества. Эти различия обусловлены типом химической связи и строением кристаллической решётки: металлической для металлов и ковалентной (в атомных или молекулярных решётках) для неметаллов.