Общие сведения о металлах

Тема "Общие сведения о металлах" в курсе химии средней школы является введением в изучение хотя и небольшого, но важного раздела курса - химии металлов. В соответствии с этим одна из задач преподавания этой темы состоит в том, чтобы дать учащимся общие представления о положении металлов в периодической системе элементов, об особенностях строения их атомов, об общих физических и химических свойствах, характерных для металлов. В этой же теме учащиеся получают краткие сведения о сплавах.

Вследствие того что в курсе химии средней школы изучается сравнительно мало металлов, у учащихся складывается неправильное представление о содержании химии вообще. Они знают ее как химию неметаллов. Задача преподавания по теме "Общие сведения о металлах" состоит в том, чтобы исправить это ложное мнение. Учащиеся должны понять, что металлов больше, чем неметаллов, что металлы играют важную роль в природе и в жизни человека.

Учитывая характер этой темы как вводной, необходимо стремиться к возможно краткому изложению ее, ведь приобретаемые учащимися знания будут углублены при последующем изучении отдельных металлов. Так как изучение металлов следует после ознакомления учащихся со строением атомов и с теорией электролитической диссоциации, то второй задачей преподавания является закрепление знаний этой теории путем применения ее при изучении нового раздела химии.

Физические свойства металлов. Чтобы выявить связь между свойствами металлов и строением их атомов, необходимо начать изложение темы с краткого обзора положения металлов в периодической системе и выяснения структурных особенностей их атомов. При этом следует отметить, что типичные металлы находятся в начале периодов, число валентных электронов у них невелико, атомные радиусы их, как правило, больше, чем у неметаллов, находящихся с ними в одном ряду периодической системы.

Большое значение для характеристики металлов имеет представление об особенностях строения их кристаллов. Не углубляясь в рассмотрение различных типов кристаллических решеток металлов, можно ограничиться кратким ознакомлением учащихся с характером так называемой "металлической" связи между атомами в кристалле металла. В свете этих представлений можно рассмотреть важнейшие физические свойства: блеск, упругость, пластичность, электропроводность, термоэлектронную эмиссию. Таким образом можно выявить связь между физическими свойствами и структурой металлов.

Для ознакомления с кристаллическим строением металлов можно приготовить цинковые палочки, выливая расплавленный цинк в подогретые пробирки. Если сломать такую палочку после охлаждения, то в изломе будут хорошо видны кристаллы цинка.

Говоря о температурах плавления и кипения металлов, следует указать на колебания этих величин в широких пределах. Эти сведения будут затем использованы учителем в беседе о применении металлов.

Химические свойства металлов. Используя уже приобретенные учащимися знания о металлах, учитель напоминает о строении атомов металлов и о реакциях соединения металлов с галогенами, с кислородом, с серой, а затем показывает соответствующие опыты. После анализа окислительно-восстановительных реакций учащиеся должны сделать следующий вывод: атомы металлов сравнительно легко отдают электроны атомам неметаллов. Следует рассмотреть реакции замещения, происходящие между металлами и кислотами, металлами и растворами солей, на основе теории электролитической диссоциации.

Отмечая переход электронов от атомов растворяющегося металла к ионам водорода или к ионам других металлов, находящихся в растворах, учитель может теперь рассматривать эти реакции как окислительно-восстановительные, в которых окислителями являются ионы водорода и металлов, а восстановителями - атомы металлов. Следует сравнить процессы взаимодействия цинка с хлором и цинка с соляной кислотой:

И в том и в другом случае атом цинка теряет два электрона. В первом случае электроны присоединяются к атомам хлора, во втором случае - к ионам водорода. Таким образом устанавливается общность между реакциями, которые относятся (с точки зрения атомно-молекулярной теории) к двум различным типам: соединения и замещения.

В связи с рассмотрением реакций замещения уместно уточнить понятие о электрохимическом ряде напряжений металлов на основе теории электролитической диссоциации. Для этого учащимся предлагают проделать следующие опыты: вытеснение железом меди, медью - серебра, цинком - свинца.

При использовании электрохимического ряда напряжений металлов следует обратить внимание учащихся на то, что применять его можно только для водных растворов. В случае расплавов окислов, хлоридов и других веществ наблюдаются другие закономерности.

В результате повторного изучения реакции замещения на основе ионной теории учащиеся должны сделать вывод: атомы металлов могут отдавать электроны ионам водорода и ионам других металлов.