Мир металлов глазами химика. 9 класс. Разработка урока – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

авторы: Литвиненко Наталья Ивановна, учитель химии  МБОУ «СОШ №3» пос. Яйва,  г. Александровска, Пермский край

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Урок 2 «Мир металлов глазами химика» является начальным звеном изучения темы «Металлы» (24 часа) по программе О.С. Габриеляна.

В классе есть несколько учащихся, интересующихся химией, предмет привлекателен для них практической направленностью, разнообразием смены деятельности, наглядностью при изучении материала.

Тип урока: изучение нового материала

Вид урока: урок-исследование

Цели урока: изучить положение металлов в П.С.Х.Э., раскрыть причины общих физических свойств металлов.

Виды познавательной деятельности:

Постановка проблемы, наблюдение за экспериментом, умение выделять главное, сравнивать, обобщать, логически излагать мысли.

Способы управления познавательной деятельностью: Ознакомление с целями и задачами урока, видом контроля.

Формы организации учебной деятельности:индивидуальная и групповая деятельность, лабораторный опыт.

Методы организации учебной деятельности:беседа, демонстрационный эксперимент, метод проблемная ситуация.

Средства обучения:          

1. Учебники: О.С. Габриелян «Химия»9 кл.
2. Коллекции образцов металлов, алюминиевая фольга, железный гвоздь, спиртовка, елочная игрушка, зеркало, стеклянные пластинки, периодическая система.
3. Средства ТСО: компьютер, проектор, экран.
4. Программное обеспечение: Power Point.

1. Организациооный момент. Введение.

Интересные факты-загадки о металлах: (слайд№2)

1. Этот элемент особенно нужен растущему детскому организму. У взрослого человека без него ломаются кости, не свертывается кровь, сердце работает плохо. Моллюск без него дома не построит, черепаха без крыши останется, а курице и яйцо упаковать не во что будет. (Кальций)
2. Если вы разбили термометр, то не играйте блестящей капелькой. Ее пары ядовиты. (Ртуть)
3. Название данного химического элемента с древнеармянского языка переводится как «капнувший с неба», но на нас он уже с неба не капает, хотя наш организм в нем нуждается. (Железо)
4. Вещество, образованное данным химическим элементом, обладает бактерицидным действием. Известно, что в древности хранили воду в сосудах, изготовленных из этого вещества, поэтому она долго не портилась. (Серебро)
5. Вещество, образованное данным химическим элементом, чрезвычайно стойко химически и в тоже время совместимо с тканями человека. Поэтому он незаменим в восстановительной хирургии. (Тантал)

Вопрос учителя: К какой группе химических элементов относятся перечисленные на слайде? (металлы)

Сообщение темы и цели урока.

II. Подготовка к основному этапу усвоения учебного материала.

Алхимики считали, что» семь металлов создал свет по числу семи планет». Назовите эти элементы и соответствующие им планеты. (Учебник стр. 22)

Выслушав ответы, читаем отрывок из записок алхимика (перевод Н. Морозова):

Семь металлов создал свет
По числу семи планет:
Дал нам космос на добро медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец…
Сын мой. Сера их отец.
И спеши, мой сын, узнать:

Всем им ртуть — родная мать.

Вопрос учителя: Что означает слово Металл? Каков его смысл? (слово металл может означать химический элемент и простое вещество. )

Схема:

Учитель: Что такое химический элемент? (совокупность атомов) Совместно с учащимися выясняем особенности строения атомов металлов на основании их положения в ПСХЭ.

Учитель: Если провести диагональ от В к At через элементы главных подгрупп, то по этой диагонали (B-Si-As-Te-At) и над ней будут располагаться неметаллы, а под ней- металлы. В итоге из 110 элементов ПС к металлам относятся 88 элементов. Однако, деление элементов на металлы и неметаллы условно. Так, например, металл германий обладает многими неметаллическими свойствами. Хром, алюминий и цинк — типичные металлы, но образуют соединения, в которых проявляют неметаллические свойства: NaAlO

2, K₂ZnO₂, K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇. Из положения металлов в ПС можно определить и особенности строения их атомов: (слайд №3)

1. Небольшое число электронов на внешнем уровне.
2. Сравнительно большой атомный радиус
3. Способность отдавать внешние электроны и проявлять восстановительные свойства. (Проблема: почему бор, атомы которого имеют три электрона на внешнем уровне, но проявляют типичные неметаллические свойства?)

Вспомним, как соединяются атомы металлов между собой. Атомы металлов соединяются за счет металлической связи. Металлическая связь — это связь в металлах и сплавах между атом-ионами металлов, расположенных в узлах кристаллической решетки, осуществляемая обобществленными электронами.

(Демонстрация моделей кристаллических решеток металлов)

Схема связи: атом Ме —пЕ= ион Ме

Делаем общий вывод: что такое металл как химический элемент?

Под химическим элементом — металлом будем понимать вид атомов, способных легко отдавать электроны, а также образовывать простые вещества с характерными физическими свойствами.

III. Усвоение новых знаний и способов действия

Переходим к изучению физических свойств простых веществ-металлов.

Проводим лабораторный опыт «Изучение образцов металлов»

На каждом столе имеются 4 пластинки из различных металлов. Каждую пластинку учащиеся рассматривают, пытаясь распознать металлы, называют их отличительные признаки. Результаты наблюдений заносят в таблицу (Приложение №1)

Великий русский ученый М. В.Ломоносов так говорил о металлах: «Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое на огне плавить и холодное ковать можно». О каких физических свойствах металлов здесь идет речь? (Cлайд №4)

Ковкость (пластическая деформация) Под пластической деформацией металла следует понимать изменение внешней формы под воздействием механических факторов, не приводящих к разрушению его на части. Для того чтобы понять это явление, учащиеся проводят эксперимент. Две стеклянные пластинки накладывают друг на друга. Их легко разъединить. Затем на поверхность пластин наносят несколько капель воды. Пластины легко скользят одна относительно другой, но с трудом отрываются друг от друга.

В качестве подтверждения пластичности металлов приводим интересные сведения о золоте. (Сообщение учащегося).

Следующее свойство – твердость. Металлы бывают мягкие и твердые. Калий, натрий (демонстрация) можно резать ножом. Из вольфрама и хрома изготавливают режущие, бурильные инструменты. По внешним признакам определяем твердость пластин. Данные в таблицу.

Обратите внимание на внешний вид пластин, посмотрите в зеркало. Какое свойство металлов используют при изготовлении зеркал, елочных игрушек? Металлический блеск, непрозрачность. По металлическому блеску на первом месте стоит серебро. Сравнить блеск гранулы цинка и порошка цинка. Данные в таблицу.

Следующее свойство металлов — электропроводность и теплопроводность. Наиболее электропроводные металлы: серебро, медь, золото. Наиболее теплопроводные — серебро, медь, алюминий, железо.

Важное свойство металлов — их температура плавления. Учащиеся проводят эксперимент: нагревают железный гвоздь и алюминиевую фольгу. Почему фольга изменяет форму, а гвоздь нет? ( Температура пламени спиртовки не позволяет расплавить железо). Итак, металлы бывают легкоплавкие и тугоплавкие, (см. слайд №4).

Плотность металлов различна. Самым легким является литий, его плотность 0,54 г/см³, а самым тяжелым — осмий, плотность которого 22,6 г/см³. (Повторяем общие физические свойства металлов по слайду.)

Учитель: Чем обусловлены общие свойства металлов? (Особенностью строения кристаллической решетки) Например, пластичность определяется способностью слоев кристаллической решетки смещаться друг относительно друга без разрыва связи. (Скольжение) Металлический блеск объясняется способностью электронов кристаллической решетки отражать световые лучи, а не пропускать их, как стекло.

Электро-и теплопроводность металлов объясняется присутствием свободных электронов, которые направленно перемещаются под действием электрического тока. Большие различия в твердости, температурах плавления и кипения отдельных металлов свидетельствуют о значительной разнице в энергии металлической связи. В чем причина общих физических свойств металлов? Выслушиваем ответы учащихся. Используя полученные знания, школьники, называют металлы, которые они исследовали в ходе лабораторного опыта (железо, цинк, медь, алюминий).

IV. Первичная проверка степени усвоения материала

Проверяем полученные знания через тестовую работу, самоконтроль. (Слайд № 5,6)

В заключение, определяем значимость металлов в жизни человека. (Слайд № 7)

Люди каких профессий работают с металлами?

V. Рефлексия

Будет ли ваша жизнь или ваша будущая профессия, каким-то образом связана с металлами?

VI.

Подведение итогов

Итак, на сегодняшнем уроке мы убедились в огромном значении металлов для нашей жизни, выяснили особенности физических свойств металлов как простых веществ. Также необходимо отметить вашу продуктивную деятельность на уроке. Вы не только разобрались в вопросах темы, провели мини — исследование, но сумели его проанализировать, сделать выводы и оформили результаты.

Домашнее задание: п. 5–6, творческое задание о металлах (ребус).

Конспект урока по химии «Металлы» 9 класс

Урок химии по теме «Металлы. Положение в периодической системе, строение атомов. Физические свойства». 9 класс.

 

Цели урока: познакомить учащихся с основными понятиями темы, со значением металлов в практической жизни человека

Планируемые результаты обучения:

Знать:

• понятие металлической связи и металлической решетки;
• физические свойства металлов;
• роль металлов, нахождение металлов в природе и значимость металлов в жизни человека;

Уметь:

• Давать общую характеристику металлов как элемента по положению в периодической системе и строению атома;
• Объяснять физические свойства металлов исходя из строения металлической кристаллической решетки.

Оборудование: презентация, наборы металлов (цинк, медь, алюминий).

Технология: проблемное обучение.

Ход урока

(слайд 1) Сейчас я зачитаю вам слова М.В. Ломоносова, по окончании цитаты предположите какая тема сегодня будет на уроке «Металлы подают укрепление и красоту важнейшим вещам, в обществе потребным. Ими защищаемся от нападения неприятеля, ими утверждаются корабли и силою их связаны. Металлы отверзают недро земное к плодородию, служат нам в ловлении земных и морских животных для пропитания нашего… И кратко сказать, ни едино художество, ни едино ремесло простое употребление металлов миновать не может».

Итак, тема нашего урока? (слайд 2)

Сегодня мы приступаем к изучению раздела неорганической химии – химии металлов. В прошлом году вы уже знакомились с этой группой веществ.

I. Актуализация знаний

1. Что вы знаете о металлах?
2. Что вы хотите узнать? (какими свойствами физическими обладают и от чего они зависят? Как на практике используются металлы?)
3. Для чего вам это нужно знать? (слайд 3)

Ребята отвечают на вопросы учителя, формируются цели урока

Цели: (слайд 4)

• Рассмотреть нахождение металлов в периодической системе, границу по элементам, разделяющую металлы и неметаллы
• Повторить особенности строения металлов и химическую связь
• Вспомнить физические свойства металлов, от чего они зависят
• Повторить, как связаны физические свойства и использование металлов

Чтобы ответить на эти вопросы, вы должны сегодня активно и много работать. Готовы?

II. Изучение нового материала

Итак, начнем.

 (слайд 5) Металлы (от лат. Metallum  – шахта, рудник): группа элементов, обладающая характерными металлическими свойствами.

С греч. «металлон» — «земляные работы»

(слайд 6)

О каких металлах идет речь:

l  Был металл серебристо-белым, в соединении стал мелом. (кальций)

l  К восьмой группе отнесен, в честь России назван он. (рутений)

l  Из него солдатик твой, не болеет он «чумой». (олово)

(слайд 7)

·         К группе черных отношусь,
В тяжелой металлургии – главный.
Своею ролью я горжусь –
и в эритроцитах содержусь. (железо)

·         Единственный металл, он жидкий,

И в сплавах образует амальгам.

Его пары уж очень ядовиты,

И печень поражает в тот же час.

В термометрах его увидеть можно.

Однако, будьте осторожны! (Ртуть)

(слайд 8)

·         Царем металлов меня считают
И благородным называют,
Пленяю я блестящей желтизной,
Ничто не сравнится с моей красотой (золото)

·         Удельный вес его так мал,

Что стал крылатым тот металл.

Во все детали входит он,

Являясь важной составной. (Алюминий)

(слайд 9)

l  В старину ценилась дорого,
Цветом красная, как золото,
Постоянно с ним дружна,
В электротехнике очень нужна. (медь)

l  Ковал победу тот металл
Для танков на Урале.
Он стойкость сплаву придавал
И нити лампы при накале. (Вольфрам)

 (слайд 10)

Нахождение металлов в периодической системе

l  кальций (№20), рутений (№44), олово (№50)

l  золото (№79), алюминий (№13)

l  железо (№26), ртуть (№80)

l  медь (№29), вольфрам (№74)

В какой группе и подгруппе?

Есть ли металлы в главных подгруппа? А в побочных?

В побочной подгруппе находятся только металлы.

(слайд 11) Пользуясь ПСХЭ по цвету определите и ответьте на вопрос:

l  Каких элементов больше: металлов или неметаллов?

Записать вывод: Главные подгруппы каких групп состоят только из металлов.

(слайд 12) Как называются металлы 1а группы? (щелочные)

(слайд 13) Как называются металлы 2а группы, начиная с кальция? (щелочно-земельные)

 (слайд 14) Каковы особенности строения атомов металлов? Какое количество электронов на последнем слое у металлов? (1-3)

• На внешнем уровне 1–3 электрона – но почему полоний, висмут тоже металлы? Что происходит с радиусом атомов металлов сверху вниз по главной подгруппе?
• Большие атомные радиусы. Значит, какой способностью восстановительной или окислительной обладают атомы металлов?
• Легко отдают валентные электроны (восстановительная способность)

(слайд 15) Вы сейчас работали с цветной таблицей в учебнике, но на экзамене она черно-белая. Чтобы правильно определить свойства вещества, нужно знать металл это или неметалл. А для этого нужно знать, по каким элементам проходит диагональ, которая разделяет металлы и неметаллы главных подгрупп? От бора до астата.

(слайд 16) Свойства веществ зависят от вида химической связи. Какая она у металлов? Кристаллы?

(слайд 17) Благодаря металлической связи и металлической решетке, металлы обладают общими физическими свойствами. Какими?

(слайд 18) В каком агрегатном состоянии находятся металлы?

1.Твердые (исключение ртуть – жидкий металл при комнатной температуре)

(слайд 19) 2.Пластичность – способность изменять свою форму при ударе, прокатываться в тонкие листы, вытягиваться в проволоку. Стр.30

В чем причина пластичности металлов? В этом нам поможет разобраться следующий опыт: две стеклянные пластинки смачиваем водой и прижимаем друг к другу. Они легко скользят друг по другу, но их трудно разъединить. Прослойка воды имитирует свободные электроны, а значит причина пластичности – также особое строение кристаллической решетки.

Самый пластичный металл?

Какое свойство колокольчика я использовала в начале урока? (слайд 20) Ковкость и звон.

(слайд 21) Электропроводность

Учитель: электрическая проводимость металлов объясняется движением свободных электронов. Почему при нагревании электрическая проводимость металлов уменьшается? (стр. 30 учебника Габриеляна, 9 класс)

l  Высокая электропроводность уменьшается в ряду металлов:
Аg Сu Аu Аl Мg Zn Fе РЬ Hg

Щелчок При нагревании уменьшается, т.к. колебание ионов затрудняет движение электронов.

• В чем причина электропроводности металлов, какие металлы самые лучшие проводники тока, что такое сверхпроводимость? – отвечают на вопросы)

(слайд 22) Чем обусловлена теплопроводность, и как она изменяется при нагревании? (стр30).

(слайд 23) металлический блеск (из-за отражения света от их поверхности).  

l  Световые лучи падают на поверхность металла и отталкиваются от неё свободными электронами, создавая эффект металлического блеска.

(слайд 24) Зеркало состоит из гладкого стекла, на которое наносят очень тонкий слой металла. Часто зеркала покрывают серебром, потому что оно прекрасно отражает свет.

Как блеск может применяться на практике?

Высокая отражающая способность позволяет использовать металлы не только при производстве зеркал, но и оптических линз, кровельных изделий. Алюминий используется для создания помех в радиолокации, для производства теплостойкой защитной одежды для пожарных.

(слайд 25) Металлы классифицируют по цвету. Какие цветные металлы вы знаете?

Ближайшие к нам месторождения черных и цветных металлов находятся в горах, расположенных на западе от Тюменской области. Где? (На Урале известны многочисленные месторождения высококачественных железных руд (горы Магнитная, Высокая, Благодать, Качканар), медных руд (Медногорск, Карабаш, Сибай, Гай), редких цветных металлов, золота, серебра, платины, лучших в стране бокситов, каменных и калийных солей (Соликамск, Березники, Берёзовское, Важенское, Ильецкое) (слайд 8)

Но металлы есть не только на нашей планете. Так на Луне обнаружено большое количество самородного железа. 

 

Физкультминутка. Поднять руки над головой и хлопнуть в ладоши столько раз, сколько электронов на последнем слое у алюминия.

Наклоны вправо и влево столько раз, какая валентность у магния.

 

(слайд 26) Металлы различают также по плотности и температуре плавления.

плотность:

• лёгкие ρ < 5 г/см³ – Li, K, Ca, Al.
• тяжёлые ρ > 5 г/см³ – Sn, Pb, Hg, Fe, Os.

·         Как это свойство применяется на практике?

·         Многие лёгкие металлы используются для производства лёгких сплавов в машиностроении, авиа – и судостроении. Снижение массы машины даёт преимущества в скорости, дальности, высоте. Тяжёлые металлы для производства гирь, монет, решёток, цепей, тяжёлых машин.

температура плавления:

• легкоплавкие t < 350° С – Na, Cs, K.
• тугоплавкие t > 350°С – Fe, Cr, W.

Как это свойство применяется на практике?

Тугоплавкие металлы используются для изготовления нитей накаливания электроламп, при производстве жаропрочных сталей.

• Температура плавления олова 232, а алюминия 660 градусов. Как отличить обертку для конфет из олова от алюминиевой при помощи спиртовки?
• Олово очень быстро плавится, где используют? (для паяния)

Какие драгоценные металлы вы знаете? Посмотрите на слайд. Перед вами 10 самых дорогих металлов: (слайд 27) https://10factov.net/322-samye-dorogie-metally-v-mire.html

l  10Рутений

l  9Рений

l  8Скандий

l  7Иридий

l  6Палладий

l  5Золото

l  4Платина

l  3Родий

l  2Осмий-187

l  1Калифорний-252

(слайд 28) Открыт в 1844 году рутений был найден в составе уральской руды. В природе запасов насчитывают около 5000 тонн. Он относится к семейству платиновых металлов. Благодаря тугоплавкости и длительной изнашиваемости его применяют в соединении с платиной при производстве электрических контактов, а также в космической промышленности. Нашли применение рутению и в ювелирном производстве в качестве добавки к специальным ювелирным сплавам. Металл используют при изготовлении игл для компасов, покрывают им керамику, стекло. Его стоимость составляет примерно 1,5$ за 1 грамм.

l  (слайд 29) Самым дорогим металлом в мире является Калифорний (Cf) –  в этом Вам поможет убедиться Книга рекордов Гиннесса. Калифорний искусственно получили

l  1950 году в Калифорнийском Университете в Беркли – отсюда и название. Калифорний извлекают из продуктов длительного облучения плутония нейтронами в ядерном реакторе. Кстати этот металл вполне может заменить атомный реактор!

l  Мировое производство калифорния-252 составляет всего несколько десятков миллиграммов в год. Стоимость:  6 500 000 $ за 1 грамм

(слайд 30) Металлы по свойствам отличаются. Металлы-чемпионы. Самый

  легкий металл – Li (p= 0,53 г/см3 ) литий

  тяжелый  – Os (p= 22,5 г/см3 ) осмий

  легкоплавкий – Cs (tпл = 28,5°С) цезий

  тугоплавкий – W (tnл = 3390°С) вольфрам

  мягкий – Cs цезий

  твердый – Сг хром

  блестящий – Ag cеребро

  пластичный – Au золото

(слайд 31) Самый электро- и теплопроводный металл – Ag cеребро

 распространенный в земной коре – Al  алюминий

 обнаруженный в упавших метеоритах – Fe железо

обладающий бактерицидными свойствами — Ag серебро

 широко используемый в электротехнике — Сu медь

(слайд 32) Какие общие свойства металлов вы знаете?

·         Твердое агрегатное состояние

·         Пластичность, ковкость, тягучесть

·         Теплопроводность.

·         Электропроводность.

·         Металлический блеск.

·         Звон

·         Способность намагничиваться (железо)

(Кластер)

(слайд 33) Учитель: Итак, что такое металлы, посмотрите на кластер на доске. Металл – это вид атомов, способных легко отдавать при химических реакциях электроны, входить в состав химических соединений в виде положительно заряженных ионов, а также образовывать простые вещества с характерными для металлов физическими свойствами. 

Работа в группах. 1 группа: Рассмотрите образцы металлов, найдите медный сплав.

2 группа: Рассмотрите образцы металлов, найдите железо.

3 группа: Рассмотрите образцы металлов, найдите алюминиевый предмет.

Как вы можете их различили?  

 (слайд 34) Итог. Металлы играют большую роль в жизни человека. Стихотворение.

Металл  — это точность.

Металл – это прочность,

Скорость, высота,

Блеск и красота

Не сразу в дом пришел металл,

Не сразу ложкой, вилкой стал,

Не сразу стал он кружкой

И заводской игрушкой.

Был путь металла долог:

Сперва пришел геолог.

Нашел он гору – в ней руда.

И горняки пришли туда.

И машинист дает гудок-

К печам руду доставит в срок.

И металлический ручей

Течет из огненных печей.

Ещё работе не конец:

Придут и токарь, и кузнец,

Слесарь и штамповщик,

Сварщик, фрезеровщик.

И каждый вложит труд в металл,

Чтобы металл трудиться стал.

Он в проводах несёт нам свет,

Металл – коньки, велосипед,

Метро, трамвай, будильник,

Утюг и холодильник.

III. Закрепление

(слайд 35) – Поясните, почему металлы использованы именно таким образом, а не наоборот  

(слайд 36) Задание №1. Какие физические свойства меди обуславливают её использование в электротехнике?

(слайд 37) Задание №2

Заполните пропуски нужными словами

1.Радиус атомов металлов _ (больше или меньше) радиуса атомов неметаллов.

2. Во всех соединениях металлы имеют ____(+ или -) заряд.

3. При комнатной температуре Ме находятся в ____(твердом, жидком или газообразном) агрегатном состоянии, за исключением ____ .

4. Металлы обладают характерным ________ .
5. Они хорошо проводят ____ и ____.
6. Самый тяжелый металл ____ , самый лёгкий ___
7. Самый тугоплавкий _____, самый легкоплавкий ________.

 

(слайд 38) Самопроверка. Задание №2 Заполните пропуски нужными словами

1.Радиус атомов металлов больше радиуса атомов неметаллов.

2. Во всех соединениях металлы имеют + заряд.

3. При комнатной температуре Ме находятся в твердом агрегатном состоянии, за исключением ртути.

4. Металлы обладают характерным блеском.
5. Они хорошо проводят электрический ток и тепло.
6. Самый тяжелый металл осмий, самый лёгкий литий
7. Самый тугоплавкий вольфрам, самый легкоплавкий цезий

5-6 «3»

7-8 «4»

9-11 «5»

IV. Подведение итогов

(слайд 38) Достигли ли мы цели урока?

(слайд 40) Домашнее задание: §5-6 выучить особенности металлов.

Для сдающих ОГЭ, остальным по желанию подготовить сообщение про металл, который используется в быту, используя научную, справочную литературу по плану:

l  металл и предметы из него

l  происхождение названия

l  строение атома

l  физические свойства

l  интересные факты, связанные с этим металлом 

 

 

Свойства металлов Научный урок

Для большинства людей металл — это другое слово, обозначающее железо, сталь или подобное твердое блестящее вещество.

Но соответствует ли это определение истинным свойствам металлов?

Да… и нет.

Прежде чем мы объясним, вы должны знать, что большинство элементов в таблице Менделеева — это металлы.

Металлы находятся в центре и слева в таблице Менделеева. Их можно дополнительно классифицировать как щелочные металлы, щелочноземельные металлы, переходные металлы и основные металлы.

Урок науки о металлах

Свойства металлов

Элемент — это вещество, состоящее из одного вида атомов; его нельзя разделить на более простые части. Например, элемент гелий (вспомните воздушные шары) состоит исключительно из атомов гелия.

Элементы обычно классифицируются как металлы или неметаллы (хотя некоторые элементы имеют характеристики обоих; они называются металлоиды ).

Три свойства металлов:

• Блеск: Металлы блестят при резке, царапании или полировке.
• Пластичность: Металлы прочные, но податливые, что означает, что их можно легко согнуть или придать им форму. На протяжении веков кузнецы могли придавать металлическим предметам форму, нагревая металл и отбивая его молотком. Если бы они попытались сделать это с неметаллами, материал бы раскололся! Большинство металлов также пластичны , что означает, что их можно вытягивать для изготовления проволоки.
• Проводимость: Металлы являются отличными проводниками электричества и тепла. Поскольку они также пластичны, они идеально подходят для электропроводки. (Вы можете проверить это с помощью некоторых предметов домашнего обихода. Продолжайте читать, чтобы узнать, как!)

Дополнительные свойства металлов

Высокая температура плавления : Большинство металлов имеют высокие температуры плавления, и все, кроме ртути, твердые при комнатной температуре.

Звонкий : Металлы часто издают звенящий звук при ударе.

Реактивность : Некоторые металлы претерпевают химическое изменение (реакцию) сами по себе или с другими элементами и выделяют энергию. Эти металлы никогда не встречаются в чистом виде, и их трудно отделить от минералов, в которых они содержатся. Наиболее реакционноспособными металлами являются калий и натрий. Они бурно реагируют с воздухом и водой; калий воспламеняется при контакте с водой!

Другие металлы вообще не реагируют с другими металлами. Это означает, что их можно найти в чистом виде (например, золото и платина). Поскольку медь относительно недорога и имеет низкую реакционную способность, ее можно использовать для изготовления труб и электропроводки.

Пять групп металлов:

Благородные металлы встречаются в виде чистых металлов, потому что они нереакционноспособны и не соединяются с другими элементами с образованием соединений. Поскольку они настолько нереактивны, они не подвержены коррозии. Это делает их идеальными для ювелирных изделий и монет. Благородные металлы включают медь, палладий, серебро, платину и золото.

Щелочные металлы очень реакционноспособны. Они имеют низкую температуру плавления и достаточно мягкие, чтобы их можно было резать ножом. Калий и натрий — два щелочных металла.

Щелочноземельные металлы встречаются в соединениях со многими различными минералами. Они менее реакционноспособны, чем щелочные металлы, а также более твердые и имеют более высокие температуры плавления. В эту группу входят кальций, магний и барий.

Переходные металлы — это то, о чем мы обычно думаем, когда думаем о металлах. Они твердые и блестящие, прочные и легко поддаются формовке. Они используются во многих промышленных целях. В эту группу входят железо, золото, серебро, хром, никель и медь, некоторые из которых также являются благородными металлами.

Бедные металлы довольно мягкие, и большинство из них не используются сами по себе. Однако они становятся очень полезными при добавлении к другим веществам. К бедным металлам относятся алюминий, галлий, олово, таллий, сурьма и висмут.

Сплавы: сильные комбинации

Свойства этих различных металлов можно комбинировать, смешивая два или более из них вместе. Полученное вещество называется сплавом . Некоторые из наших самых полезных строительных материалов на самом деле являются сплавами. Сталь, например, представляет собой смесь железа и небольшого количества углерода и других элементов; комбинация, которая одновременно сильна и проста в использовании. (Добавьте хром, и вы получите нержавеющую сталь. Проверьте свои кухонные кастрюли и сковородки, чтобы узнать, сколько из них сделано из нержавеющей стали!)

Другие сплавы, такие как латунь (медь и цинк) и бронза (медь и олово), легко поддаются обработке и выглядят красиво. Бронза также часто используется в судостроении, потому что она устойчива к коррозии в морской воде.

Титан намного легче и менее плотный, чем сталь, но такой же прочный; и хотя он тяжелее алюминия, он вдвое прочнее. Он также очень устойчив к коррозии. Все эти факторы делают его отличным сплавом. Титановые сплавы используются в самолетах, кораблях и космических кораблях, а также в красках, велосипедах и даже портативных компьютерах!

Золото как чистый металл настолько мягкое, что его всегда смешивают с другим металлом (обычно серебром, медью или цинком), когда из него делают украшения. Чистота золота измеряется в карат. Самое чистое, что вы можете получить в ювелирных изделиях, составляет 24 карата, что составляет около 99,7% чистого золота. Золото также можно смешивать с другими металлами, чтобы изменить его цвет; белое золото, популярное в ювелирных изделиях, представляет собой сплав золота и платины или палладия.

Металл из руды

Руды – это горные породы или минералы, из которых можно извлечь ценное вещество – обычно металл. Некоторые распространенные руды включают галенит (свинцовая руда), борнит и малахит (медь), киноварь (ртуть) и бокситы (алюминий). Наиболее распространенными железными рудами являются магнетит и гематит (минерал ржавого цвета, образованный железом и кислородом), которые содержат около 70% железа.

Существует несколько процессов переработки железа из руды. Более старый процесс заключается в сжигании железной руды с использованием древесного угля (углерода) и кислорода, подаваемого с помощью мехов. Углерод и кислород, включая кислород в руде, соединяются и выходят из железа. Однако железо не нагревается настолько, чтобы полностью расплавиться, и содержит силикаты, оставшиеся от руды. Его можно нагреть и выковать, чтобы сформировать кованое железо .

В более современном процессе используется доменная печь для нагрева железной руды, известняка и кокса (угольный продукт, а не безалкогольный напиток). В результате реакции железо отделяется от кислорода в руде. Этот «чугун» необходимо дополнительно смешать для создания кованого железа. Его также можно использовать для другой важной цели: при нагревании с углеродом и другими элементами он становится более прочным металлом, называемым сталью .

Принимая во внимание процесс, неудивительно, что железо не использовалось примерно до 1500 г. до н.э. Но некоторые чистые металлы — золото, серебро и медь — использовались и раньше, а сплав бронзы, как полагают, был открыт шумерами около 3500 г. до н.э. Но алюминий, один из самых важных металлов в современном использовании, не был открыт до 1825 года нашей эры и не использовался до 20-го века!

Коррозия: обработка и предотвращение

Видели ли вы когда-нибудь кусок серебра, который потерял свой блеск, или железо с красноватой ржавчиной на нем или даже отверстия в нем, вызванные коррозией? Это происходит, когда кислород (обычно из воздуха) реагирует с металлом. Металлы с более высокой реакционной способностью (такие как магний, алюминий, железо, цинк и олово) гораздо более склонны к такому химическому разрушению или коррозии .

Когда кислород реагирует с металлом, он образует оксид на поверхности металла. Для некоторых металлов, таких как алюминий, это хорошо. Оксид обеспечивает защитный слой, который предотвращает дальнейшую коррозию металла.

Железо и сталь, с другой стороны, имеют серьезные проблемы, если они не обработаны для предотвращения коррозии. Красноватый оксидный слой, который образуется на железе или стали при взаимодействии с кислородом, называется ржавчиной . Слой ржавчины постоянно отслаивается, подвергая коррозию большую часть металла, пока металл не будет проеден насквозь.

Одним из распространенных способов защиты железа является покрытие его специальной краской, которая предотвращает реакцию кислорода с металлом под краской. Другим методом является гальванизация : в этом процессе сталь покрывается цинком. Кислород, молекулы воды и углекислый газ в воздухе реагируют с цинком, образуя слой карбоната цинка, защищающий от коррозии. Осмотрите свой дом, двор и гараж на предмет коррозии, а также оцинковки и других средств защиты металла от ржавчины.

Технология: фейерверк и химия

Если вы посмотрите фейерверк на Четвертое июля, вы увидите красивые сочетания цветов и искр.

Как работает этот удивительный пиротехнический дисплей? Короткий ответ: химия. Более длинный включает в себя повторение свойств металлов.

Одним из ключевых ингредиентов петард, наземных и воздушных фейерверков (которые взрываются в небе) является черный порох , изобретенный китайцами около 1000 лет назад. Это смесь нитрата калия (селитры), древесного угля и серы в соотношении 75:15:10. Черный порох используется для запуска антенн, а также вызывает взрывы, необходимые для создания специальных эффектов, таких как шум или цветной свет.

В бенгальских огнях черный порох смешивается с металлическим порошком и другими химическими соединениями в форме, которая будет медленно гореть сверху донизу. В простых ракетах для фейерверков черный порох находится в трубке вокруг взрывателя. Когда горит, порох создает силу, которая приводит к равной и противоположной реакции, отталкивая фейерверк от земли, а затем вызывая взрыв соединений внутри него в воздухе.

Более сложные снаряды для фейерверков запускаются из миномета, трубки с черным порохом, который при поджигании вызывает реакцию отрыва. Затем взрыватель снаряда фейерверка загорается, когда он поднимается в воздух, и в нужный момент взрыв внутри снаряда приводит к разрыву зарядов спецэффектов.

Яркая, красочная часть фейерверка вызвана «возбужденными» электронами в атомах различных соединений металлов и солей. Эти соединения находятся в маленьких шариках, называемых звездами , и сделаны из того же соединения, что и бенгальский огонь.

Металлы как красители

Различные металлы горят разными цветами; например, если зажечь соединение меди, его пламя будет сине-зеленого цвета. Кальций горит красным, а калий — фиолетовым. В фейерверках металлы объединяются для создания разных цветов.

Когда звездные соединения внутри фейерверка нагреваются, возбужденные атомы выделяют световую энергию. Этот свет делится на две категории: накаливания и люминесценции. Лампа накаливания — это свет, создаваемый теплом: в фейерверках химически активные металлы, такие как алюминий и магний, вызывают вспышку очень яркого света, когда они нагреваются — иногда при температуре более 5000 ° F!

Менее реакционноспособные соединения не так сильно нагреваются, что приводит к более тусклым искрам. Люминесценция , с другой стороны, производится из других источников и может возникать даже при низких температурах. Электроны в соединении поглощают энергию, делая их «возбужденными». Однако электроны не могут поддерживать этот высокий уровень, поэтому они прыгают обратно на более низкий уровень, высвобождая при этом световую энергию (фотоны).

Хлорид бария — химическое соединение, придающее фейерверкам люминесцентный зеленый цвет, а хлорид меди — синий. Для любого типа света важно использовать чистые ингредиенты, так как следы других соединений затемняют цвет.

---

Дополнительная литература о металлах:

•  Скульптура с вращающейся проволокой
•  Проекты Ярмарки химических наук
•  Проекты Ярмарки научных наук по физике
•  Проекты

Урок 9 Обзор | FSC 432: Переработка нефти

Печать

Обзор

Видео: FSC 432 Урок 9 (7:46)

Щелкните здесь для расшифровки Урока 9 Обзор.

Итак, в старые добрые времена сырая пеннская нефть — это просто сейчас я держу в руке сырую пенсильванскую нефть. Вы можете узнать, насколько это жидкость или низкая вязкость. Вы можете действительно видеть, что это почти пригодно для питья. У меня есть соблазн сделать глоток из этого сейчас, но это, вероятно, противоречит правилам здесь, в музее.

Теперь для этого вам не потребуется никакой гидроочистки, потому что в нем практически нет серы. Но нынешняя сырая нефть, которая была бы гораздо более вязкой, чем эта, гораздо более ароматной, по существу, парафиновой нефтью, тогда действительно нуждалась бы в гидроочистке для удаления серы, азота или металлов, связанных с ней. Это вымершая сырая нефть. Это ранняя пенсильванская нефть.

Здесь мы видим несколько образцов сырой нефти Пенсильвании, первой группы, которая была пробурена и добыта в Соединенных Штатах. А нефть Penn, или нефть Pennsylvania, — это особая нефть. Это самое сладкое. Под сладким в данном случае подразумевается не очень много сахара, а очень низкое содержание серы.

Итак, вы видите светлый цвет сырой нефти. Это на самом деле, как он пришел из подполья без какой-либо обработки. Сейчас это большая редкость, а сырая нефть Penn в наши дни практически исчезла. Это было так мило, что некоторые предприниматели могли продавать это как лекарство.

Был один человек, которого звали Сэмюэл Киер, в Питтсбурге, я думаю, он был на Канал-стрит. Он разливал нефть Penn в литровые бутылки и продавал их как лекарство от различных недугов, таких как боли в животе, головные боли или отращивание усов у мальчиков, которые хотели иметь усы, чтобы похвастаться.

Очевидно, что сегодня мы имеем высокосернистую нефть. Это означает сырую нефть с высоким содержанием серы, которая потребует значительной гидроочистки для удаления серы, в отличие от малосернистой нефти сорта Penn.

Поговорив о процессах сепарации и конверсионных установках, теперь мы готовы поговорить о процессах отделки — это третий вид процессов, использующих переработку нефти. Теперь окончательная обработка проводится, в основном, для того, чтобы убедиться, что продукт, выходящий с завода, соответствует требуемым характеристикам, таким как октановое число для бензина или цетановое число для дизельного топлива. А также экологические нормы, такие как содержание серы, азота или металлов в этих видах топлива, которые покидают нефтеперерабатывающий завод для продажи на рынке.

Таким образом, завершающими процессами являются гидроочистка и смешивание. Мы разделили их на эти две основные категории. Суть гидроочистки заключается в удалении гетероатома, будь то сера, азот или металл, с помощью катализатора и водорода. Таким образом, цель состоит в том, чтобы использовать минимальное количество водорода и внести минимальное количество изменений в углеводородную структуру исходных материалов для удаления серы, азота или металла.

Минимизация содержания водорода важна, поскольку водород является очень дорогим химическим материалом. И, конечно же, гидроочистка или финишная обработка не предназначены для внесения желаемых химических изменений в углеводородный скелет или структуру углеводорода. Процессы преобразования делают это.

Итак, при гидроочистке нам потребуются катализаторы. Обычно это катализаторы на носителе. Носителем является оксид алюминия, кремнезем, в некоторых случаях смешанные оксиды. И металлы, как правило, молибден, кобальт или никель, которые наносятся на эти подставки.

Нам нужны эти металлы для диссоциации молекулярного водорода, чтобы он мог реагировать с этими видами гетероатомов. При гидрообессеривании мы удаляем серу в виде H 2 S, который является кислым газом, азот в виде аммиака, который является основанием. Таким образом, цель водорода состоит в том, чтобы действительно найти и найти этот гетероатом и извлечь его из структуры углеводорода в виде H 2 S для серы и аммиака из азотсодержащих частиц.

Металлы, обычно ванадий и никель, разделяются в виде сульфидов на поверхности катализатора — довольно интересная химия, которую мы обсудим на уроке. Таким образом, гидроочистка даст нам желаемое содержание гетероатомов или регулируемое содержание гетероатомов в продуктах.

При смешивании нам необходимо изучить все спецификации, необходимые для данного продукта. Например, для дизельного топлива может иметь значение вязкость или температура застывания. И, как правило, на нефтеперерабатывающем заводе для производства таких продуктов, как бензин или дизельное топливо, вы будете смешивать большое количество потоков. Помните, что существует довольно много различных потоков, поступающих из различных процессов конверсии или процессов разделения, которые необходимо смешивать для получения этих конечных продуктов.

Для бензина это октановое число. Итак, мы рассмотрим некоторые процедуры, которые мы можем использовать для расчета физических свойств, таких как температура застывания или вязкость этих смесей, чтобы убедиться, что они действительно соответствуют спецификациям, необходимым для этих продуктов.

Вы увидите, что многие из этих вычислений нелинейны. Если вы возьмете, скажем, образец A и образец B, смешаете их вместе, вязкость этой смеси не будет равна среднему значению двух, используя, по существу, линейную формулу смешивания. Таким образом, существуют корреляции, которые были разработаны для учета этих нелинейностей при расчете и определении конечных свойств смесей из нескольких потоков для получения конечного продукта на нефтеперерабатывающем заводе.

Предоставлено: Институт Даттона © Penn State имеет лицензию CC BY-NC-SA 4.0

Обзор

После обсуждения процессов разделения и конверсии в этом уроке будет рассмотрен третий тип процессов рафинирования — процессы окончательной обработки. Процессы окончательной обработки включают гидрирование для стабилизации нефтепродуктов, гидроочистку для удаления гетероатомов (S, N и металлов) и смешивание продуктов для достижения технических характеристик продукта и обеспечения соответствия экологическим и государственным нормам в отношении нефтяного топлива и материалов. Финишная стадия является последней стадией перед тем, как потоки углеводородов с различных установок покинут нефтеперерабатывающий завод в качестве товарного топлива и материалов. Таким образом, задачи, связанные с операциями гидроочистки и смешивания, разнообразны и сложны. Ограничения на коммерческие виды топлива, которые должны быть удовлетворены одновременно, варьируются от спецификаций по составу и характеристикам до сезонных колебаний спроса на различные виды топлива и материалов. В этом уроке представлен краткий обзор только основных понятий отделочных операций.

Результаты обучения

К концу этого урока вы должны уметь:

• сравнивать гидрирование и гидроочистку с точки зрения целей процесса, катализа и химии;
• классифицировать и оценивать процессы HDS, HDN и HDM;
• оценка катализаторов гидроочистки, кинетики и схем процессов;
• демонстрируют процедуры для расчета критических свойств смесевых продуктов, например, октанового числа, температуры застывания и вязкости.

Что причитается за урок 9?

Конкретные сроки и сроки выполнения см. в программе курса. В этом уроке можно найти конкретные указания по приведенным ниже заданиям.

Урок 9 Задания

Показания:	Нефтепереработка, JH Gary and GE Handwerk, глава 9 (гидроочистка) и глава 12 (смешивание продуктов)
Задания:	Упражнение 8 Экзамен 2. Будет охватывать материал уроков 6-9. Экзамен 2 находится в модуле Экзамен 2.

Есть вопросы?

Если у вас есть какие-либо вопросы, задайте их на нашем справочном форуме (не по электронной почте), расположенном в Canvas. Я буду проверять этот дискуссионный форум каждый день, чтобы ответить. Пока вы там, не стесняйтесь публиковать свои собственные ответы, если вы тоже можете помочь однокласснику.