Чем отличается строение атомов металлов


Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов и как это отражается на их химических... решение задачи

Тема: Глава 5. Металлы. Задачи к §1-10
Условие задачи полностью выглядит так:
Чем отличается строение атомов металлов от строения атомов неметаллов и как это отражается на их химических свойствах?
Решение задачи:

Атомы большинства неметаллов имеют 4 и более электрона на внешней электронной оболочке, у атомов металлов же на внешней оболочке находится от одного до трех электронов. Поэтому атомы металлов в реакциях обычно теряют электроны и проявляют, таким образом, восстановительные свойства.
 


Задача из главы Глава 5. Металлы. Задачи к §1-10 по предмету Химия из задачника Химия 11, Рудзитис, Фельдман (11 класс)

Если к данной задачи нет решения - не переживайте. Наши администраторы стараются дополнять сайт решениями для тех задач и упражнения где это требуется и которые не даны в решебниках и сборниках с ГДЗ. Попробуйте зайти позже. Вероятно, вы найдете то, что искали :)

металлоконструкций

Точки плавления и кипения

Металлы имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения из-за прочности металлической связи. Прочность связи варьируется от металла к металлу и зависит от числа электронов, которые каждый атом делокализует в море электронов, и от упаковки.

Металлы группы 1, такие как натрий и калий, имеют относительно низкие температуры плавления и кипения, главным образом потому, что каждый атом имеет только один электрон, вносящий вклад в связь, но есть и другие проблемы:

  • Элементы группы 1 также неэффективно упакованы (с 8 координатами), поэтому они не образуют столько связей, сколько большинство металлов.

  • У них относительно большие атомы (это означает, что ядра находятся на некотором расстоянии от делокализованных электронов), что также ослабляет связь.

 

Электропроводность

Металлы проводят электричество. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по структуре в трехмерном пространстве. Они могут пересекать границы зерен. Несмотря на то, что узор может быть нарушен на границе, пока атомы соприкасаются друг с другом, металлическая связь все еще присутствует.

Жидкие металлы также проводят электричество, показывая, что, хотя атомы металла могут свободно перемещаться, делокализация остается в силе до тех пор, пока металл не закипит.

 

Теплопроводность

Металлы - хорошие проводники тепла. Тепловая энергия улавливается электронами в качестве дополнительной кинетической энергии (это заставляет их двигаться быстрее). Энергия передается по всему остальному металлу движущимися электронами.

 

Прочность и работоспособность

Ковкость и пластичность

Металлы описываются как ковкий (можно разбивать на листы) и пластичный (можно вытягивать на проволоку).Это происходит из-за способности атомов перемещаться друг по другу в новые позиции без разрыва металлической связи.

Если приложить небольшое напряжение к металлу, слои атомов начнут катиться друг по другу. Если напряжение снова будет снято, они вернутся в исходное положение. В этих условиях металл считается эластичным на единиц.

Если приложить большее напряжение, атомы перекатываются друг на друга в новое положение, и металл навсегда изменяется.

Твердость металлов

Этому катанию слоев атомов друг на друга препятствуют границы зерен, потому что ряды атомов не выстраиваются должным образом. Отсюда следует, что чем больше имеется границ зерен (чем меньше отдельные кристаллические зерна), тем тверже становится металл.

В противоположность этому, поскольку границы зерен - это области, где атомы не находятся в таком хорошем контакте друг с другом, металлы имеют тенденцию к разрушению на границах зерен.Увеличение количества границ зерен не только делает металл тверже, но и делает его более хрупким.

Контроль размера кристаллических зерен

Если у вас чистый кусок металла, вы можете контролировать размер зерен с помощью термической обработки или обработки металла.

Нагрев металла имеет тенденцию приводить атомы в более правильное расположение - уменьшая количество границ зерен и тем самым делая металл более мягким.Если стучать по металлу в холодном состоянии, образуется много мелких зерен. Поэтому холодная обработка делает металл более твердым. Чтобы восстановить его работоспособность, вам необходимо повторно нагреть его.

Вы также можете нарушить регулярное расположение атомов, вставив в структуру атомы немного другого размера. Сплавы , такие как латунь (смесь меди и цинка), тверже, чем исходные металлы, поскольку неоднородность структуры помогает предотвратить скольжение рядов атомов друг по другу.

.

Как устроен атом? - Исторические сооружения атома -

Как устроен атом? - Исторические сооружения атома -

Слово «атом» происходит от греческого слова «атом», что означает «неделимый». Греки пришли к выводу, что материю можно разбить на частицы, чтобы их можно было увидеть. Эти частицы получили название атомов

.

Материя имеет массу и занимает место.Атомы являются основными строительными блоками материи и не могут быть химически подразделены обычными способами.

Атомы состоят из трех типов частиц: протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны ответственны за большую часть атомной массы, например, в 150 фунтах. человек 149 фунтов, 15 унций - это протоны и нейтроны, а всего 1 унция. электроны. Масса электрона очень мала (9,108 х 10-28 грамм).

И протоны, и нейтроны находятся в ядре.Протоны имеют положительный (+) заряд, нейтроны не имеют заряда - они нейтральны. Электроны находятся на орбиталях вокруг ядра. У них отрицательный заряд (-).

Число протонов определяет атомный номер, например, H = 1. Число протонов в элементе постоянно (например, H = 1, Ur = 92), но число нейтронов может меняться, поэтому массовое число (протоны + нейтроны) могут отличаться.

Один и тот же элемент может содержать различное количество нейтронов; эти формы элемента называются изотопами.Химические свойства изотопов одинаковы, хотя физические свойства некоторых изотопов могут отличаться. Некоторые изотопы радиоактивны - это означает, что они «излучают» энергию, распадаясь до более стабильной формы, возможно, другого периода полураспада элемента: времени, необходимого для того, чтобы половина атомов элемента распалась в стабильную форму. Другой пример - кислород с атомным номером 8 может иметь 8, 9 или 10 нейтронов.

Исторические модели атома

ДЖОН ДАЛТОН -

Джон Дальтон в 1803 г. предложил современную теорию атома, основанную на следующих предположениях: материя состоит из атомов, которые неделимы и неразрушимы; все атомы элемента идентичны; атомы разных элементов имеют разный вес и разные химические свойства; атомы разных элементов объединяются в простые целые числа, образуя соединения; и атомы не могут быть созданы или уничтожены.

МОДЕЛЬ БОРА
Модель Бора показывает, что электроны вращаются вокруг ядра на разных уровнях или орбитах, так же как планеты вращаются вокруг Солнца. Электроны переходят из одного энергетического состояния в другое, но могут существовать только после определенных уровней энергии. Энергия, поглощаемая или выделяемая при изменении состояния электронов, находится в форме электромагнитного излучения.

ВОЛНОВАЯ МОДЕЛЬ И КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ
Модель Бора могла объяснить только самые простые атомы, такие как водород.Сегодняшняя современная теория основана на математике и свойствах волн. Волновая модель составляет основу квантовой теории. Эта теория дает вероятность размещения электронов в определенном месте, в отличие от предположения, что электроны вращаются вокруг ядра, как в модели Бора.

Как электроны организованы вокруг ядра?

Все атомы хотели бы получить электронные конфигурации, подобные благородным газам. То есть доделали внешние оболочки.Атомы могут образовывать стабильные электронные конфигурации, как благородные газы

по:

  1. потеря электронов
  2. делятся электронами
  3. набирает электроны.

Для стабильной конфигурации каждый атом должен заполнить свой внешний энергетический уровень. В случае благородных газов это означает восемь электронов в последней оболочке (за исключением He, который имеет два электрона).

Атомы, которые имеют 1, 2 или 3 электрона на своих внешних уровнях, будут иметь тенденцию терять их при взаимодействии с атомами, имеющими 5, 6 или 7 электронов на своих внешних уровнях.Атомы, которые имеют 5, 6 или 7 электронов на своих внешних уровнях, будут иметь тенденцию получать электроны от атомов с 1, 2 или 3 электронами на своих внешних уровнях. Атомы, которые имеют 4 электрона на самом внешнем энергетическом уровне, не будут стремиться ни полностью потерять, ни полностью получить электроны во время взаимодействия.

Периодическая таблица элементов покажет вам электронную конфигурацию любого элемента, на который вы нажмете.


Изготовление модели атома для школы

Вам нужно сделать модель или рисунок атома для урока естествознания? У Jefferson Labs есть отличная страница, которая проведет вас через этот проект.


Визуализация атомных орбиталей

См. Атомные орбитали для получения трехмерных изображений атомных орбиталей в формате Jmol.

Атомные орбитали атома водорода можно визуализировать как облако вокруг ядра. Орбиталь представляет собой вероятность найти электрон в определенном месте. Более темные области означают большую вероятность. Ниже показаны единицы (нижняя орбиталь и две орбиты.

1 с

Атомные орбитали не всегда имеют форму сферы. Высшие орбитали имеют очень необычную форму.

2 пикселя

Эти орбитали были подготовлены доктором Юэ-Линг Вонг из Университета Флориды для получения дополнительных изображений


Как атомы образуют молекулы?

Хлорид натрия (NaCl) состоит из натрия (фиолетовый) и хлора (зеленые атомы).Чтобы просмотреть 3-D структуру кристалла соли , щелкните здесь.

Атомы углерода в графите - Эти вещества выглядят как единственная гигантская молекула, состоящая из почти бесконечного числа ковалентных связей. Чтобы просмотреть 3-D структуру графита , щелкните здесь.

Структура льда: атомы кислорода показаны красным цветом, а атомы водорода - белым.Чтобы просмотреть структуру льда 3-D , щелкните здесь.
Металлические твердые тела - это повторяющиеся единицы, состоящие из атомов металлов.

.

Первичные металлические кристаллические структуры

Первичные металлические кристаллические структуры
(BCC, FCC, HCP)

Как указывалось на предыдущей странице, в природе существует 14 различных типов структур кристаллических элементарных ячеек или решеток. Однако большинство металлов и многие другие твердые тела имеют структуры элементарных ячеек, описываемые как кубический центр тела (ОЦК), гранецентрированный кубический (ГЦК) или гексагональный плотноупакованный (ГПУ). Поскольку эти конструкции наиболее распространены, о них будет рассказано более подробно.

Объемно-центрированная кубическая (ОЦК) структура
Объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка имеет атомы в каждом из восьми углов куба (как и кубическая элементарная ячейка) плюс один атом в центре куба (левое изображение ниже). Каждый из угловых атомов является углом другого куба, поэтому угловые атомы разделяются между восемью элементарными ячейками. Считается, что она имеет координационное число 8. Элементарная ОЦК-ячейка состоит всего из двух атомов; один в центре и восемь восьмых от углов атомов, как показано на среднем изображении ниже (среднее изображение ниже).На изображении ниже выделена элементарная ячейка в большей части решетки.

Расположение ОЦК не позволяет атомам упаковываться вместе так же тесно, как расположение ГЦК или ГПУ. ОЦК-структура часто представляет собой высокотемпературную форму металлов, которые плотно упакованы при более низких температурах. Объем атомов в ячейке от общего объема ячейки называется коэффициентом упаковки . Элементарная ячейка с ОЦК имеет коэффициент упаковки 0,68.

Некоторые из материалов со структурой ОЦК включают литий, натрий, калий, хром, барий, ванадий, альфа-железо и вольфрам.Металлы с ОЦК-структурой обычно тверже и менее пластичны, чем плотноупакованные металлы, такие как золото. При деформации металла плоскости атомов должны скользить друг по другу, а это сложнее в ОЦК-структуре. Следует отметить, что существуют другие важные механизмы упрочнения материалов, такие как появление примесей или дефектов, затрудняющих скольжение. Эти механизмы упрочнения будут рассмотрены позже.

Гранецентрированная кубическая структура (FCC)
Гранецентрированная кубическая структура имеет атомы, расположенные в каждом из углов и в центре всех кубических граней (левое изображение ниже).Каждый из угловых атомов является углом другого куба, поэтому угловые атомы разделяются между восемью элементарными ячейками. Кроме того, каждый из его шести атомов с центрированной гранью является общим с соседним атомом. Поскольку 12 его атомов являются общими, считается, что оно имеет координационное число 12. Элементарная ячейка с ГЦК состоит всего из четырех атомов; восемь восьмых от угловых атомов и шесть половинок лицевых атомов, как показано на среднем изображении выше. На изображении ниже выделена элементарная ячейка в большей части решетки.



В структуре ГЦК (и структуре ГПУ) атомы могут упаковываться ближе друг к другу, чем в структуре ОЦК. Атомы из одного слоя гнездятся в пустом пространстве между атомами соседнего слоя. Чтобы изобразить упаковку, представьте коробку, заполненную слоем шариков, выровненных по столбцам и рядам. Когда несколько дополнительных шаров брошены в коробку, они не будут балансировать непосредственно поверх шаров в первом слое, а вместо этого остановятся в лунке, созданной между четырьмя шарами нижнего слоя.По мере добавления шаров они будут складываться вместе, чтобы заполнить все карманы. Фактор упаковки (объем атомов в ячейке от общего объема ячейки) составляет 0,74 для ГЦК кристаллов. Некоторые из металлов, имеющих структуру ГЦК, включают алюминий, медь, золото, иридий, свинец, никель, платину и серебро.

Гексагональная плотноупакованная структура (HCP)
Другой распространенной плотноупакованной структурой является шестиугольная плотноупакованная структура. Гексагональная структура чередующихся слоев смещена так, что ее атомы выровнены по зазорам предыдущего слоя.Атомы из одного слоя гнездятся в пустом пространстве между атомами соседнего слоя, как и в ГЦК-структуре. Однако вместо кубической структуры узор имеет шестиугольную форму. (См. Изображение ниже.) Разница между структурами HCP и FCC обсуждается позже в этом разделе.

ГПУ-структура состоит из трех слоев атомов. В каждом верхнем и нижнем слое есть шесть атомов, которые образуют форму шестиугольника, и седьмой атом, который находится в середине шестиугольника.В среднем слое расположены три атома, расположенные в треугольных «канавках» верхней и нижней плоскости. Обратите внимание, что существует шесть таких «канавок», окружающих каждый атом в гексагональной плоскости, но только три из них могут быть заполнены атомами.

Как показано на среднем изображении выше, в элементарной ячейке ГПУ шесть атомов. Каждый из 12 атомов в углах верхнего и нижнего слоев вносит 1/6 атома в элементарную ячейку, два атома в центре шестиугольника верхнего и нижнего слоев каждый вносят ½ атома и каждый из трех атомов в средний слой вносят 1 атом.Изображение справа выше пытается показать несколько элементарных ячеек ГПУ в большей решетке.

Координационное число атомов в этой структуре равно 12. В одном и том же плотноупакованном слое есть шесть ближайших соседей, три в слое выше и три в слое ниже. Фактор упаковки составляет 0,74, что соответствует элементарной ячейке с ГЦК-ячейкой. Структура ГПУ очень характерна для элементарных металлов, и некоторые примеры включают бериллий, кадмий, магний, титан, цинк и цирконий.

.

Разница между атомом и ионом в табличной форме