Решебник по химии 8 класс Габриелян §37

Химическая связь, удерживающая атомы металла в металлическом изделии или сплаве, называется металлической связью. Она образуется за счёт электростатического взаимодействия положительно заряженных ионов металла (металлических катионов) с «электронным газом» — обобществлёнными электронами, свободно перемещающимися в кристаллической решётке.

Металлическая связь обладает особыми свойствами, определяющими характеристики металлов:

— высокая электропроводность за счёт свободного движения электронов;

— хорошая теплопроводность благодаря быстрому переносу энергии;

— пластичность и ковкость, так как ионы металла могут смещаться относительно друг друга без разрушения структуры;

— металлический блеск из-за способности отражать световые волны.

Таким образом, металлическая связь объясняет основные физические свойства металлов и делает их уникальными среди других классов веществ.

Создайте модель, иллюстрирующую особенности металлической связи. Для этого на одно небольшое зеркало (или стеклянную пластину) поместите 2–3 капли воды. На это зеркало положите сверху другое зеркало и подвигайте их относительно друг друга. Тонкий слой воды играет роль обобществлённых электронов и позволяет иллюстрировать такое свойство металлов, как пластичность (зеркала легко смещаются, но оторвать их друг от друга непросто).

Этот опыт демонстрирует модель металлической связи. В данной модели тонкий слой воды между зеркалами играет роль электронного газа, который свободно перемещается между положительно заряженными ионами металла. Это объясняет такие свойства металлов, как пластичность и ковкость.

Пластичность металлов проявляется в том, что их слои могут легко смещаться относительно друг друга под действием силы, не разрушая саму структуру. Это свойство объясняет способность металлов изменять форму (ковка, прокатка) без разрыва химических связей. Аналогично в данном опыте зеркала скользят друг по другу благодаря тонкому слою воды, но разделить их, оторвав друг от друга, значительно сложнее — так же, как и разрушить металлическую кристаллическую решётку.

Таким образом, данная модель наглядно демонстрирует принцип действия металлической связи, основанный на взаимодействии положительных ионов металла и обобществлённых электронов, благодаря которым металлы обладают высокой пластичностью, ковкостью и прочностью.

Ковалентная и металлическая связи имеют общее свойство – обе связаны с использованием электронов для связывания атомов. В обоих случаях электроны играют ключевую роль в удержании атомов вместе, но их распределение отличается.

Ковалентная связь образуется между атомами неметаллов за счет образования общих электронных пар, которые принадлежат обоим атомам. В зависимости от разницы электроотрицательностей между атомами связь может быть полярной или неполярной.

Металлическая связь, в отличие от ковалентной, характеризуется образованием так называемого «электронного газа» – обобществленных электронов, свободно перемещающихся между положительно заряженными ионами металла в кристаллической решетке. Это делает металлы хорошими проводниками электричества и тепла, а также придает им пластичность и ковкость.

Ионная и металлическая связи схожи тем, что обе включают взаимодействие между заряженными частицами: в ионной связи это положительные и отрицательные ионы, а в металлической – катионы металла и обобществленные электроны. Оба типа связи связаны с электростатическим притяжением.

Однако в ионной связи электроны полностью передаются от одного атома к другому, образуя отдельные ионы с разными зарядами, что приводит к сильным электростатическим силам притяжения. В металлической связи электроны делокализованы, образуя «электронный газ», который свободно движется среди ионов металла.

а) Са – металлическая связь, так как это простое вещество-металл.

б) CaCl₂ – ионная связь, так как происходит передача электронов от кальция к хлору с образованием ионов Ca²⁺ и Cl⁻.

в) Cl₂ – ковалентная неполярная связь, так как молекула состоит из двух одинаковых атомов неметалла, разделяющих электронную пару.

г) HCl – ковалентная полярная связь, так как атомы водорода и хлора имеют разную электроотрицательность, и электронная плотность смещается к хлору.

Все химические связи, несмотря на различия, имеют единую физическую природу, так как основаны на электростатическом взаимодействии частиц – атомов, ионов или электронов. Ковалентная, ионная и металлическая связи обусловлены силами притяжения между положительно и отрицательно заряженными частицами. Различие между ними заключается в способе распределения электронов: в ковалентной связи электроны разделяются между атомами, в ионной – передаются от одного атома к другому, а в металлической – образуют «электронный газ». Таким образом, все виды химической связи являются проявлениями единого принципа – взаимодействия заряженных частиц.

а) Поваренная соль (NaCl) – ионная связь. В кристаллической решётке NaCl положительно заряженные ионы натрия (Na⁺) и отрицательно заряженные ионы хлора (Cl⁻) удерживаются за счёт электростатического притяжения.

б) Серебро (Ag) – металлическая связь. В кристалле серебра атомы образуют металлическую решётку, где положительно заряженные ионы Ag⁺ удерживаются «электронным газом» обобществлённых электронов.

в) Магний (Mg) – металлическая связь. Как и серебро, магний образует металлическую решётку, в которой катионы Mg²⁺ окружены свободными электронами, связывающими их между собой.

г) Углекислый газ (CO₂) – ковалентная полярная связь. Между атомами углерода и кислорода происходит перераспределение электронной плотности из-за различной электроотрицательности элементов.

д) Вода (H₂O) – ковалентная полярная связь. Атом кислорода притягивает к себе общие электронные пары сильнее, чем атомы водорода, образуя полярную молекулу.

е) Азот (N₂) – ковалентная неполярная связь. Два атома азота связываются тройной ковалентной связью (N≡N), равномерно распределяя электронную плотность.

Ионная связь (NaCl):

(Na → Na⁺ + e⁻)

(Cl + e⁻ → Cl⁻)

(Na⁺ + Cl⁻ → NaCl)

Ковалентная полярная связь (H₂O):

H∙ + ∙O∙ + ∙H → H–O–H

Ковалентная неполярная связь (N₂):

N∙ + ∙N → N≡N

Металлическая связь (Mg):

Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻

Молярная масса меди (Cu) – 63,5 г/моль.

Масса дана в килограммах, переводим в граммы: 96 кг = 96000 г.

Количество вещества n определяется по формуле:

(n = m/M),

где m – масса, M – молярная масса.

(n = 96000 г / 63,5 г/моль ≈ 1512 моль).

Ответ: 1512 моль меди.

Строение металлов напрямую определяет их физические свойства. В металлической кристаллической решётке положительно заряженные ионы металла (катионы) располагаются в определённом порядке, а между ними движутся обобществлённые электроны, образуя так называемый «электронный газ». Это объясняет основные свойства металлов:

1. Электропроводность – свободные электроны могут перемещаться под действием электрического поля, что позволяет металлам хорошо проводить электрический ток.

2. Теплопроводность – свободные электроны эффективно передают тепловую энергию по всему объёму металла.

3. Металлический блеск – свободные электроны отражают световые волны, придавая металлам характерный блеск.

4. Ковкость и пластичность – металлические слои могут смещаться относительно друг друга без разрушения решётки, что позволяет металлам хорошо поддаваться механической обработке.

5. Высокая плотность – большинство металлов имеют плотную упаковку атомов, что делает их тяжёлыми по сравнению с неметаллами.

Области применения металлов, основанные на их физических свойствах:

• Электротехника и электроника (медь, алюминий) – из-за высокой электропроводности.

• Строительство и машиностроение (железо, сталь, алюминий) – благодаря прочности и пластичности.

• Ювелирное дело (золото, серебро, платина) – из-за их блеска, устойчивости к коррозии и пластичности.

• Авиакосмическая отрасль (титан, алюминиевые сплавы) – благодаря сочетанию лёгкости и прочности.

• Теплотехника (медь, алюминий) – из-за высокой теплопроводности.

• Производство инструментов (вольфрам, хром, молибден) – благодаря твёрдости и жаропрочности.