Общая характеристика

 Место металлов в периодической системе. В настоящее время в периодической системе 118 химических элементов - 22 неметалла и 96 металлов. Как они расположены в периодической системе? Мы уже знаем, что если провести диагональ от бора, В (№ 5), к астату, А! (№ 85), то над диагональю в главных подгруппах располагаются неметаллы, а все остальные элементы - металлы. Металлы главной подгрупы первой группы принято называть щелочными металлами, а Са, 5г, Ва - щелочно-земельными. Строение атомов металлов. Металлы побочных подгрупп имеют один (Си, Ад, Аи, Сг) или два (2п, Ге и др.) внешних электрона. Металлы главных подгрупп различаются числом внешних электронов (таблица 2.1). Таблица 2 .1 . Число внешних электронов у металлов главных подгрупп Номер группы Число внеш них электронов М ет аллы I 1 ^^, Ш , К, КЬ, Са, Рг II 2 Ве, Мд, Са, 8г, Ва, Ка III 3 А1, Са, Ы , Т1 IV 4 Се, 8п, РЬ V 5 8Ь, В* VI 6 Ро Металлы в нашей жизни 25 Таким образом, из всех металлов только чуть больше десяти имеют свыше двух электронов на внешнем слое, а остальные - два или один. Можно сделать вывод: большинство металлов имеют на внешнем электронном слое мало электронов (1-2). Этот факт определяет общность многих физических и химических свойств металлов. В химических реакциях металлы отдают внешние электроны и проявляют восстановительные свойства: Ме0 - пе ® Ме+п Причем в большинстве случаев степень окисления металлов в соединениях равна +1 (Ы, ^ , К, Си, Ад), +2 (Мд, Са, Ва, 2п, Си, Ге), +3 (А1, Ге и др.). Реже встречаются более высокие степени окисления: +4 (РЬ, 8п), +5 (ВЦ, +6 (Сг), +7 (Мп). Высшая степень окисления обычно равна номеру группы за некоторыми исключениями. Химическая связь в металлах и их строение. Поскольку в атомах металлов на внешнем слое мало электронов, эти атомы не могут связываться между собой ковалентными или ионными связями, так как не могут укомплектовать электронный октет. Внешние электроны легко отрываются от своих атомов и становятся общими, образуя так называемый “электронный газ”. Все металлы (кроме ртути) являются твердыми кристаллическими веществами. Кристалл металла представляет собой огромную молекулу, в которой обобществленные электроны свободно передвигаются между ионами и атомами металла (рис. 2.1 ). Связь между атомами и ионами металлов называется металлической связью. Металлическая связь - это связь между атомами и ионами металлов за счет обобществленных валентных электронов. Металлы образуют различные виды металлических кристаллических решеток (рис. 2.2). Нахождение металлов в природе. Обратимся к рис. 2.3. Самым распространенным металлом является алюминий, за ним идут железо, кальций, натрий, калий, магний. Металлы химически активны, поэтому большинство из них находится в природе в виде соединений (схема 2.1), и только благородные металлы: серебро, золото, платина - встречаются в свободном, самородном состоянии в виде вкраплений в другие минералы (кварц, пирит) или в виде целых кусков - самородков. Так, самые большие в мире самородки золота были найдены в 1869 г. в Австралии: сначала массой 71 кг, а через три года была обнаружена “плита Холтермана” весом 285 кг, в которой примерно 100 кг составляло золото. Железо метеоритного происхождения встречается также в самородном состоянии. Рис. 2.1. Внутреннее строение металлов Рис. 2.2. Кристаллические решетки металлов Металлы в нашей жизни 26 Примеры: Хлориды: ЫаС1, КС1, КС1 . ЫаС1, МдС12, КС1 . МдС12. 6Н20 Сульфаты: Ыа28 0 4 . 10Н20, Са804 . 2Н20, Мд804 . 7Н20 Нитраты: ЫаЫ03, КЫ03 Ортофосфаты: Саз(Р04)2 Карбонаты: СаС03, СаС03 . МдС03, ГеС03, Са(НС03)2 Силикаты: А120 3 . 28Ю2 . 2Н20, К20 . А120 3 . 68Ю2 Ге20 3 . пН20, Ге30 4, 8п02, Сг203, 2п8, РЪ8, Нд8 Ад, Аи, Ей, ЕЕ, РЕ, 08, 1г, Р^ Алюминий 7,3% Кислород 49,13% Железо 4,7%. ч Х 1 ^ 4 Кальций 3,25% х Х х \ Натрий 2 ,4 % ^ Калий 2 ,4 % ^ Магний 2,25% \ Водород 1,0% / Д р у ги е 1,87%' Кремний 25,7% Различные виды природного минерального сырья, пригодного для получения свободных металлов в промышленном масштабе, называются рудами. Промышленные железные руды содержат 60-70% Ге, а медная руда считается богатой, если содержит около 1% Си. Понятно, почему железо гораздо дешевле меди? А золото выгодно извлекать, если его содержание в породе всего лишь 10 г на 1 т. Рис. 2.3. Распространение металлов и неметаллов в земной коре Рис. 2.4. Какой металл содержится в листьях? Биологическая роль металлов. Наиболее важны для жизни человека, животных и растений следующие неметаллы: Н, О, С, N Р, 8, С1 и металлы: Ыа, К, Мд, Са, Ге, Со, Си, 2п, Мп, Мо. Их очень мало в живых организмах, но без них невозможна жизнь. Вот почему их называют “металлами жизни”. Натрий и калий находятся внутри и снаружи клеток и обеспечивают их упругость, а значит, и тканей. Железо, медь и натрий содержатся в крови. Благодаря железу кровь красного цвета. Магний находится в молекулах хлорофилла и обеспечивает фотосинтез. Очень важен правильный баланс металлов. Их избыток и недостаток вызывают различные заболевания. Так, недостаток железа приводит к малокровию, а избытком железа можно отравиться. Отсутствие лития в организме способно стать причиной расстройства нервной системы и, как следствие, может привести к шизофрении. Организм человека получает литий вместе с солью ЫаС1. Металлы в нашей жизни М27 На рис. 2.5 показано содержание элементов в организме человека. Из металлов больше всего кальция (2,08%). Содержание натрия, калия и магния в сумме составляет 0,34%. Р А Б О Т А В Г Р У П П Е Дайте характеристику следующим элементам: натрий; кальций; алюминий; железо по плану: а) положение в ПС (порядковый номер, период, группа, подгруппа; металл или неметалл); б) строение атома (заряд ядра, общее число электронов; число электронных слоев, распределение электронов по слоям; число электронов на внешнем слое); в) валентность и степени окисления (высшая, низшая, другие); г) окислитель или восстановитель; д) высший оксид и гидроксид, их характер; е) другие оксиды и гидроксиды. ЗАДАЧИ 1. Вычисли массу карбоната натрия и объем воды, которые требуются для приготовления раствора массой 200 г с массовой долей Nа2С03: а) 3%; б) 5%; в) 2%. 2. Вычисли массу серной кислоты, необходимой для полного превращения в сульфат: а) хлорида бария массой 41,6 г; б) хлорида бария, содержащегося в растворе массой 200 г с массовой долей ВаС12 5,2%. П ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ о 62° Р 1% С 21% Са 2,08% N8 0,08% Н 10% Мд 0,03% 3 0,16% С1 0, 1% N з% К 0,23% Остальные о,3 2 % Рис. 2.5. Содержание металлов и неметаллов в организме человека Горизонты • Без железа невозможна жизнь. Оно содержится в гемоглобине крови почти всех живых существ. • Ре2+ составляет 0,004% от веса человека. • Если в крови не хватает кальция,кровь не сворачивается на воздухе. 1. Охарактеризуй положение металлов в периодической системе. В каких подгруппах и каких периодах находятся металлы? 2. Назови по пять металлических элементов, у которых на внешнем уровне: а) один электрон; б) два электрона; в) три электрона; г) четыре электрона; д) пять электронов; е) шесть электронов? Какие из вопросов (а, б, в, г, д, е) неправильны? Исправь ошибку в каждом из этих вопросов и дай правильные ответы. 3. Объясни, как образуется химическая связь в металлах. 4. Какие металлы встречаются в природе в свободном виде: а) N8; б) Сщ в) Ад; г) Ре; д) Ащ е) К; ж) Р1? 5. Почему большинство металлов встречается в природе в виде соединений? 6. Какой металл самый распространенный на Земле: а) Ащ б) N8; в) Ре; г) А1; д) Са; е) К; ж) Мд? 7. Опиши биологическую роль металлов. Приведи примеры. 8. Из перечисленных ниже элементов выбери "металлы жизни": а) N б) Nа; в) 0; г) К; д) Нд; е) РЬ; ж) Са; з) Ре.