Высокая электро и теплопроводность металлов обусловлена: Общие физические свойства металлов — урок. Химия, 9 класс.
alexxlab | 06.04.2023 | 0 | Разное
9 класс. Химия. Расположение металлов в Периодической системе химических элементов и их свойства – Презентации по теме
Комментарии преподавателя1. Положение металлов в Периодически системе и строение их атомов.
Слайд 2 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. Элементы, расположенные вблизи
Слайд 3 – 5 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.
2. Строение кристаллов металлов
Слайд 6 – 8 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.
3. Физические свойства металлов
Слайд 9 Внутренне строение металлов определяет их характерные физические свойства.
Твердость. Все металлы, кроме ртути, при обычных условиях – твердые вещества. Однако это свойство различно у различных металлов.
Электро- и теплопроводность. 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.
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.
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 М§, теряют блеск и имеют черный или темно-серый цвет. Самые блестящие металлы — ртуть, серебро, палладий.
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.
Слайд 10 Учащиеся дома, работают с заданием этого слайда, на следующем уроке проверяем (Слайд 11)
4. Химические свойства металлов
Слайд12 Химические свойства металлов можно охарактеризовать одним словом – восстановители. Атомы металлов только отдают свои электроны, образуя при этом положительные ионы — катионы.
А какие вещества будут выступать при этом в роли окислителей? (неметаллы).
Химические свойства рассматривают в контексте презентации (Слайды13 – 25)
- Простые вещества
- Сложные вещества
Домашнее задание см. презентацию.
Источники
конспект http://festival.1september.ru/articles/649680/
http://prezentacii.com/po_himii/2248-polozhenie-metallov-v-periodicheskoy-sisteme-di-mendeleeva-osobennosti-stroeniya-atomov-svoystva.html
http://nsportal.ru/shkola/khimiya/library/2015/02/24/prezentatsiya-polozhenie-metallov-v-periodicheskoy-sisteme
Чем обусловлены различия в физических свойствах металлов?
Статьи › Чем отличается › Чем физические свойства неметаллов отличаются от физических свойств металлов охарактеризуйте?
6. Несмотря на одинаковый вид связи, различные металлы обладают характерными для каждого из них свойствами: температурой плавления, плотностью, твердостью. Эти свойства обусловлены строением атомов, зарядностью, размерами ион-атомов в кристаллической решетке, а также плотностью их упаковки.
- Чем обусловлены основные физические свойства металлов?
- Почему металлы отличаются физическими свойствами?
- Чем обусловлены общие свойства металлов?
- Какие физические свойства характерны для металлов?
- Чем физические свойства не металлов отличаются от физических свойств металлов?
- Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?
- Какое свойство характерно именно для металлов?
- Какие свойства характеризуют металлы?
- Какие общие свойства характерны для металлов?
- В чем разница между металлами и сплавами?
- Чем обусловлены химические свойства металлов?
- Какая особенность строения металлов определяют их общие физические свойства?
- Какие особые свойства металлов обусловлены?
- Что относится к физическим свойствам материала?
- Какой самый прочный металл в мире?
- Чем обусловлена пластичность металла?
- Чем обусловлена ковкость металла?
- Что характерно для неметаллов?
- Какие общие физические свойства присущи простым веществам?
- Каковы общие физические свойства щелочноземельных металлов?
- Каковы общие физические свойства металлов объясните эти свойства основываясь на представлениях о металлической?
- Какие химические свойства характерны для металлов?
- Что характеризует электрохимический ряд напряжения металлов?
- Чем обусловлены общие химические свойства металлов?
- Каковы общие химические свойства металлов?
Чем обусловлены основные физические свойства металлов?
За счёт наличия в кристаллах свободно движущихся электронов для большинства металлов характерны общие физические свойства: особый металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность, ковкость и другие.
Почему металлы отличаются физическими свойствами?
Физические свойства металлов определяются их строением — наличием свободных электронов, или электронного газа, которое и определяет высокие электро- и теплопроводность.
Чем обусловлены общие свойства металлов?
Общность химических свойств металлов обусловлена особенностями строения их атомов: сравнительно большими размерами атомов, значительной удаленностью внешних электронов от ядра и слабой связью с ним.
Какие физические свойства характерны для металлов?
Физические свойства металлов:
- Твёрдость
- Температура плавления
- Плотность
- Пластичность
- Электропроводность
- Теплопроводность
- Цвет
Чем физические свойства не металлов отличаются от физических свойств металлов?
Металлы можно ковать, прокатывать в листы, вытягивать в проволоку. Неметаллы не имеют общих физических свойств и не похожи на металлы. У них отсутствует металлический блеск. У большинства неметаллов низкие электропроводность и теплопроводность.
Каковы характерные свойства металлов и чем они определяются?
Металлами называют соединения с закономерным расположением атомов в узлах пространственной кристаллической решётки, которая обладает характерным блеском, способностью проводить тепло и электрический ток, а также отражать световые лучи.
Какое свойство характерно именно для металлов?
Металлы в отличие от неметаллов обладают определенными сходными свойствами: металлический блеск, высокая ковкость, хорошая электропроводность и теплопроводность. Эти свойства определяются металлической связью.
Какие свойства характеризуют металлы?
Металлы и сплавы характеризуются комплексом физических, механических, химических и технологических свойств. Физические свойства металлов и сплавов: блеск, плотность, температура плавления, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность, магнитные свойства, расширяемость при нагревании и фазовых превращениях.
Какие общие свойства характерны для металлов?
Металлы Металлы, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность), пластичностью.
В чем разница между металлами и сплавами?
Отличить металлы от сплавов можно не только по внешним признакам, зернистости, гладкости, но также и по физическим свойствам. Это тепло- и электропроводность, высокая температура плавления и намагничивание (присуще железным сплавам).
Чем обусловлены химические свойства металлов?
Химические свойства металлов обусловлены строением их атомов. Так, на внешнем энергетическом уровне металлов, расположены обычно от одного до трех электронов. Следовательно, атому металла, вступающему в химическую реакцию, легче отдать собственные валентные электроны, нежели принять чужие.
Какая особенность строения металлов определяют их общие физические свойства?
Общие свойства металлов обусловлены металлической связью и строением их кристаллических решёток.
Какие особые свойства металлов обусловлены?
Несмотря на одинаковый вид связи, различные металлы обладают характерными для каждого из них свойствами: температурой плавления, плотностью, твердостью. Эти свойства обусловлены строением атомов, зарядностью, размерами ион-атомов в кристаллической решетке, а также плотностью их упаковки.
Что относится к физическим свойствам материала?
К физическим свойствам материалов относится плотность, температура плавления, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, коэффициент температурного расширения и др.
Какой самый прочный металл в мире?
Элементы: Титан — самый прочный металл:
- Металл, который в итоге назвали «титан», открыли в конце 18 века независимо друг от друга Уильям Грегор (Англия) и Мартин Клапрот (Германия).
- Относительно чистый титан из-за сложности очистки был получен только в 1825 году шведским химиком Якобом Берцелиусом.
Чем обусловлена пластичность металла?
В металлах
Пластичность кристалла чистого металла в первую очередь обусловлена двумя режимами деформации кристаллической решетки: скольжением и двойникованием. Скольжение — это деформация сдвига, которая перемещает атомы относительно их начального положения на расстояния существенно большие чем межатомные расстояния.
Чем обусловлена ковкость металла?
Ковкость в основном рассматривается как свойство металлов. Это обусловлено металлической связью, при котором атомы металла могут смещаться из своих положений в кристаллической решетке, преодолевая меньшее сопротивление.
Что характерно для неметаллов?
Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал. Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов, их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов.
Какие общие физические свойства присущи простым веществам?
Общие физические и химические свойства металлов:
- Пластичность — способность легко менять форму, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы.
- Металлический блеск и непрозрачность.
- Электропроводность.
- Теплопроводность.
- Твердость.
- Плотность.
- Температуры плавления и кипения.
Каковы общие физические свойства щелочноземельных металлов?
Это обусловливает общие физические свойства простых веществ металлов: металлический блеск, ковкость, пластичность, высокую тепло- и электропроводность.
Каковы общие физические свойства металлов объясните эти свойства основываясь на представлениях о металлической?
Металлы твердые, пластичные, блестящие электропроводные вещества. Их физические свойства объясняются характером металлической связи. Узлы решетки могут перемещаться относительно «электронного газа» — это объясняет пластичность. Электроны между узлами очень подвижны — поэтому металлы проводят электричество.
Какие химические свойства характерны для металлов?
Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства. В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями.
Что характеризует электрохимический ряд напряжения металлов?
Ряд напряжений характеризует сравнительную активность металлов в окислительно-восстановительных реакциях в водных растворах.
Чем обусловлены общие химические свойства металлов?
Объясняется направленным движением свободных электронов от отрицательного полюса к положительному под влиянием небольшой разности потенциалов.
Каковы общие химические свойства металлов?
Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства. В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями.
Теплопроводность и закон Видемана-Франца
Теплопередача путем теплопроводности включает передачу энергии внутри материала без какого-либо движения материала в целом. Скорость теплопередачи зависит от градиента температуры и теплопроводности материала. Теплопроводность — это довольно простое понятие, когда вы обсуждаете потери тепла через стены вашего дома, и вы можете найти таблицы, характеризующие строительные материалы и позволяющие сделать разумные расчеты.
Более фундаментальные вопросы возникают, когда вы исследуете причины больших изменений теплопроводности. Газы передают тепло за счет прямых столкновений между молекулами, и, как и следовало ожидать, их теплопроводность низка по сравнению с большинством твердых тел, поскольку они являются разбавленными средами. Неметаллические твердые тела передают тепло за счет колебаний решетки, так что нет чистого движения среды при распространении энергии. Такой теплообмен часто описывают в терминах «фононов», квантов колебаний решетки. Металлы являются гораздо лучшими теплопроводниками, чем неметаллы, потому что те же самые подвижные электроны, которые участвуют в электропроводности, принимают участие и в передаче тепла.
Концептуально теплопроводность можно рассматривать как контейнер для свойств, зависящих от среды, которые связывают скорость потери тепла на единицу площади со скоростью изменения температуры.
|
Для идеального газа скорость теплопередачи пропорциональна средней молекулярной скорости, длине свободного пробега и молярной теплоемкости газа.
Для неметаллических твердых тел теплопередача рассматривается как передача через колебания решетки, поскольку атомы, вибрирующие более энергично в одной части твердого тела, передают эту энергию соседним атомам с меньшей энергией. Это может быть усилено кооперативным движением в виде распространяющихся волн решетки, которые в квантовом пределе квантуются как фононы. На практике для неметаллических твердых тел существует такая большая изменчивость, что мы обычно просто характеризуем вещество с помощью измеренной теплопроводности при выполнении обычных расчетов.
Для металлов теплопроводность довольно высока, и те металлы, которые являются лучшими проводниками электричества, также являются лучшими проводниками тепла. При заданной температуре тепло- и электропроводность металлов пропорциональны, но повышение температуры увеличивает теплопроводность при уменьшении электропроводности. Это поведение количественно определяется законом Видемана-Франца:
, где константа пропорциональности L называется числом Лоренца. Качественно это соотношение основано на том факте, что перенос тепла и электричества связан со свободными электронами в металле. Теплопроводность увеличивается со средней скоростью частиц, поскольку это увеличивает прямой перенос энергии. Однако электрическая проводимость уменьшается с увеличением скорости частиц, потому что столкновения отклоняют электроны от прямого переноса заряда. Это означает, что отношение теплопроводности к электропроводности зависит от квадрата средней скорости, которая пропорциональна кинетической температуре.
Таблица теплопроводности |
Свойства металлов: проводимость
их из других неметаллических элементов. Электропроводность представляет собой набор основных характеристик, которые лежат в основе того, что определяет металл. В этой статье мы спросим: какие факторы влияют на проводимость металлов? Какие металлы являются наиболее тепло- и электропроводными, и почему проводимость важна для производителей?
Все материалы обладают некоторой степенью проводимости. Одной из основных характеристик металлов является их способность проводить тепло и электричество, поэтому все металлы обладают относительной проводимостью по сравнению с неметаллами. Однако даже в металлах вы найдете широкий диапазон уровней проводимости. Хорошее знание того, где в спектре находятся различные металлы, помогает производителям выбирать правильный сплав для каждого продукта.
Итак, что такое определение проводимости?
Физика определяет пять различных типов проводимости: ионную, гидравлическую, акустическую, тепловую и электрическую. Большинство производителей в первую очередь заботятся о последних двух: электропроводности и теплопроводности.
Электропроводность — это мера того, насколько эффективно материал переносит единицу электрического потенциала (также известную как заряд). Вы можете думать об этом как о том, насколько легко материал позволяет электрическому заряду проходить через него, не замедляя его. Пока этот заряд проходит через материал, мы можем наблюдать отдельные аспекты этого электрического действия и измерять их независимо. Это позволяет нам получить более полное представление о проводимости заготовки.
- Разница в потенциальной энергии между двумя конкретными точками измеряется в вольтах (В)
- Фактическое количество энергии, переносимой за данный интервал времени, измеряется в кулонах (Кл)
- И насколько эффективно конкретный кусок материала (с массой, длиной и шириной) проводит электрический ток, измеряется в сименсах (S)
Теплопроводность , с другой стороны, является мерой скорости, с которой тепло передается через материал. Теплопроводность регулируется правилами второго закона термодинамики, а именно, что тепло будет течь от горячей точки к холодной до тех пор, пока разница температур между ними не сравняется. Теплопроводность измеряется в Вт (Вт).
Существует много общего между теплопроводностью и электропроводностью, потому что атомарные строительные блоки, которые делают металлы такими особенными, являются теми же блоками, которые закладывают основу для их потрясающей проводимости.
Электропроводность и удельное сопротивление
Удельное сопротивление является обратной величиной проводимости, то есть это две стороны одной медали. Если ваш материал не проводит, он сопротивляется. Если не сопротивляется, то проводит. Независимо от того, измеряете ли вы удельное сопротивление или проводимость, это вопрос приложения. Если вы строите изоляторы, вы измеряете удельное сопротивление. Если вы прессуете медную проволоку, вам нужно знать ее проводимость.
Понимание электропроводности на молекулярном уровне
Даже если вы давно не посещали уроки химии, вы, вероятно, помните два наиболее распространенных типа химических связей: ионную и ковалентную. На самом деле существует более двух типов химических связей, и металлы имеют свой собственный способ сборки атомов. Определяющим свойством металлов является то, что некоторые из их электронов очень слабо связаны с ядром. Они известны как валентных электронов и занимают самую внешнюю орбиту атома.
Справа: схема молекулы алюминия с валентными электронами, выделенными красным цветом.
Когда атомы металла начинают сближаться, эти валентные электроны настолько слабо связаны со своим «домашним» атомом, что начинают свободно плавать и перемещаться по всему металлу. Они становятся так называемыми «делокализованными» электронами. И их так много, так много, что становится невозможно узнать, какие электроны принадлежат каким атомам. Результат примерно такой, как на рисунке ниже — обратите внимание, как электроны отделяются от своего родного ядра, плавая в том, что ученые называют «электронным морем»:
Что позволяет валентным электронам в металлах так легко отрываться? Когда валентные электроны возбуждаются, они могут перепрыгнуть с орбиты своего атома в зону свободного полета общей структуры металла. На научном жаргоне мы говорим, что валентный электрон «превращается» в электрон проводимости. Это происходит очень легко в металлических элементах просто потому, что энергия, необходимая для продвижения атома, очень мала по сравнению с неметаллическими элементами. Термин для этого типа энергии называется энергией ионизации.
Теперь, когда электроны оторвались от своего родного атома, комбинация отрицательно заряженных делокализованных электронов и теперь положительно заряженных ядер создает электростатическую силу . И именно эта сила удерживает атомы вместе. Фактически электростатическая сила делает возможным металлическое соединение.
Итак, что происходит, когда мы посылаем заряд через металл? Делокализованные электроны становятся кинетическими и несут заряд с поразительной скоростью. А поскольку они могут путешествовать куда угодно, а их число исчисляется миллиардами или даже триллионами, недостатка в доступных электронах для передачи электрического сообщения нет.
Понимание теплопроводности на молекулярном уровне
Теплопроводность и электропроводность тесно связаны, но действуют по-разному. Чтобы помочь вам визуализировать эту разницу, представьте, что вы стоите, держа руку на одном конце 20-футового медного провода диаметром около дюйма. Ваш друг на другом конце посылает через него электрический ток (будем надеяться, что он небольшой). Поток достигает вас почти мгновенно. Во втором раунде этого эксперимента ваш друг нагревает проволоку. Даже если тепло значительное, у вас, вероятно, есть несколько секунд, прежде чем ваша сторона металла нагреется выше допустимого уровня. Несмотря на разницу в скорости, за обоими типами проводимости стоят делокализованные электроны.
Помните, что при электропроводности атомы движутся вверх и вниз по металлу с поразительной скоростью. Однако когда металл нагревается, валентные электроны не двигаются; они трясутся и вибрируют. И как только они начинают вибрировать с достаточной интенсивностью, они начинают сталкиваться с другими электронами вокруг себя, передавая часть своей тепловой энергии своим соседям. Это приводит к более медленной передаче энергии по сравнению с электрической проводимостью.
Вам может быть интересно: теплопроводность и электропроводность в металлах дополняют друг друга или могут противоречить друг другу? Может ли металл иметь высокую электропроводность и низкую теплопроводность? Вы задаете правильные вопросы, но не всегда есть простые ответы. Среди металлов теплопроводность и электропроводность очень сильно коррелированы (см. таблицу ниже). Но в любом данном металле, если вы увеличите температуру и молекулы начнут достаточно вибрировать, их шаткое поведение ухудшит электропроводность. Почему? Потому что все вибрации создают множество случайных столкновений частиц, что ослабляет поступательный поток (ток) электронов.
Какие металлы обладают наибольшей электропроводностью и каковы их применения?
Металлы являются прекрасными проводниками из-за их атомной структуры, как мы только что исследовали. Металлы также широко доступны, что делает их экономичным сырьем для производства коммерчески полезных проводников. Когда дело доходит до коммерческого и промышленного применения, ключевой момент заключается в том, чтобы найти правильный материал по правильной цене, не ставя под угрозу производительность.
Хорошим примером применения теплопроводности является радиатор. Радиаторы — это маленькие вентиляторы внутри вашего компьютера, которые отводят тепло от электрических компонентов для их охлаждения, и они часто изготавливаются из алюминия. Несмотря на то, что теплопроводность алюминия намного ниже, чем у меди, его теплопроводность достаточна для этого применения, а рафинированный алюминий значительно дешевле, чем рафинированная медь.
Медь обладает электропроводностью. Морское дно проложено медными проводами для передачи данных с одного континента на другой. В вашем доме есть медная проводка, без которой у вас не было бы электричества. Но алюминий также широко используется для электрификации. Одним из примеров являются линии электропередач дальнего следования: поскольку алюминий легче, он предотвращает разрушение установок под собственным весом, как это было бы с медью.
Откуда мы знаем, какие металлы обладают наибольшей проводимостью? Это возвращает к концепции энергии ионизации, которую мы обсуждали выше: металлы, возглавляющие таблицы электропроводности, требуют наименьшего количества энергии ионизации. В иерархии большинства проводящих металлов серебро возглавляет заряд (каламбур). Но поскольку серебро экспоненциально дороже, чем медь и алюминий, оно используется только в очень специфических случаях, когда требуется экстремальная проводимость.
Наконец, вы можете спросить: является ли проводимость свойством только металлов? Нет, проводимость не ограничивается металлами или даже твердыми телами. Мы также можем измерять проводимость (или удельное сопротивление) жидкостей, газов и плазмы. Фактически, самые лучшие электрические проводники называются сверхпроводниками, и они обычно состоят из различных неметаллических элементов. И самым большим теплопроводником является алмаз. Интересно, однако, что алмазы имеют почти нулевую электропроводность! (рассказ на другой день). 98 Ом/м)
Теплопроводность
(Вт/м/К)

Как проводимость помогает производителям выбрать правильный сплав
Знание физических законов проводимости помогает профессионалам-производителям выбирать правильный материал для своей конечной продукции. Некоторые вопросы, которые следует иметь в виду:
- Сколько электроэнергии будет проходить через деталь?
- Является ли терморегуляция важным компонентом детали?
- Требуется ли быстрое охлаждение или нагрев детали?
- Будет ли деталь сварена?
Например, деталь можно использовать во влажной среде, где желательными свойствами являются коррозионная стойкость и низкая теплопроводность. Вам может потребоваться сильная проводимость, потому что ваша часть задействована в электрических установках. Если вы работаете в среде, где тепловая энергия часто колеблется, вам может понадобиться металл с высоким термическим сопротивлением. Детали, используемые для передачи тепла, такие как индукционные печи, имеют одни компоненты с высокой теплопроводностью, а другие — с низкой теплопроводностью.