Плотность металлов
Плотность металлов и другие их физические свойства
Особое строение кристаллических решеток металлов придает им ряд общих свойств.
К одним из наиболее важных физических свойств металлов относятся плотность, твердость и температура плавления. Эти свойства у металлов весьма различны.
Например, наименьшую плотность имеют щелочные металлы, а наибольшую – осмий. Металлы, плотность которых меньше пяти, условно принято называть легкими металлами, а металлы с плотностью больше пяти – тяжелыми.
По твердости металлы сравнивают с алмазом, твердость которого принята за 10. Самыми мягкими являются щелочные металлы, а самым твердым – хром.
Все металлы обладают металлическим блеском. Это свойство объясняется тем, что металлы хорошо отражают от своей поверхности световые лучи. Металлы отражают также радиоволны, что используется в радиотелескопах, улавливающих радиоизлучения искусственных спутников Земли, и в радиолокаторах, обнаруживающих самолеты на больших расстояниях.
Металлы – хорошие проводники электричества и теплоты. Это зависит от наличия в металлических решетках свободных электронов, которые в электрическом поле перемещаются от отрицательного к положительному полюсу. Электрическая проводимость и теплопроводность металлов неодинакова. Она увеличивается от ртути к серебру.
Из наиболее доступных металлов хорошей электрической проводимостью обладают медь и алюминий, поэтому они используются в качестве проводников электрического тока.
Многие металлы пластичны и обладают хорошей ковкостью, что также объясняется особенностью металлической связи. Так как ионы в металлической решетке друг с другом непосредственно не связаны, отдельные слои их могут свободно перемещаться один относительно другого. Самые хрупкие металлы находятся в V, VI и VII группах Периодической системы Д.И. Менделеева.
Распространенность металлов в природе
Самым распространенным металлом в земной коре является алюминий. За ним следуют железо, кальций, натрий, калий, магний и титан. Содержание остальных металлов незначительно. Так, например, хрома в земной коре всего лишь 0,3, никеля – 0,2, а меди – 0,01%.
Металлы встречаются в природе как в свободном, так и в виде различных соединений.
Краткая характеристика химических свойств и плотность металлов
Наиболее общими химическими свойствами металлов является способность их атомов при химических реакциях отдавать валентные электроны и превращаться в положительно заряженные ионы.
Наиболее энергично металлы реагируют с кислородом и серой, электроотрицательность которых велика:
Ca + Cl2 = CaCl2;
2Mg + O2 = 2MgO;
2Na + S = Na2S.
В этих реакциях окислителем является соответствующий неметалл.
Металлы могут окисляться также ионами водорода и ионами других металлов. Например, в ходе реакций взаимодействия металлов с водой, с кислотами и растворами солей:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2;
Zn + 2HCl = Zn + H2;
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu.
Примеры решения задач
| Задание | При полном сгорании кислородсодержащего органического вещества массой 13,8 г получили 26,4 г углекислого газа и 16,2 г воды. Найдите молекулярную формулу вещества, если относительная плотность его паров по водороду равна 23. |
| Решение | Составим схему реакции сгорания органического соединения обозначив количество атомов углерода, водорода и кислорода за «x», «у» и «z» соответственно:
CxHyOz + Oz →CO2 + H2O. Определим массы элементов, входящих в состав этого вещества. Значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел: Ar(C) = 12 а.е.м., Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м. m(C) = n(C)×M(C) = n(CO2)×M(C) = [m(CO2) / M(CO2)]×M(C); m(H) = n(H)×M(H) = 2×n(H2O)×M(H) = [2×m(H2O) / M(H2O)] ×M(H); Рассчитаем молярные массы углекислого газа и воды. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr): M(CO2) = Ar(C) + 2×Ar(O) = 12+ 2×16 = 12 + 32 = 44 г/моль; M(H2O) = 2×Ar(H) + Ar(O) = 2×1+ 16 = 2 + 16 = 18 г/моль. Тогда, m(C) = [26,4 / 44]×12 = 7,2г; m(H) = 2×16,2 / 18 ×1= 1,8 г. m(O) = m(CxHyOz) – m(C) – m(H) = 13,8 – 7,2 – 1,8 = 4,8 г. Определим химическую формулу соединения: x:y:z = m(C)/Ar(C) : m(H)/Ar(H) : m(O)/Ar(O); x:y:z = 7,2/12 :1,8/1 : 4,8/16; x:y:z = 0,6 : 1,8 : 0,3 = 2 : 6 : 1. Значит простейшая формула соединения C2H6O, а его молярная масса равна 46 г/моль [M(C2H6O) = 2×Ar(C) + 6×Ar(H) + Ar(O)= 2×12 + 1×6 + 16 = 24 + 6 + 16 = 46 г / моль]. Значение молярной массы органического вещества можно определить при помощи его плотности по водороду: Msubstance = M(H2) × D(H2); Msubstance = 2 × 23 = 46 г/моль. Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс: Msubstance / M(C2H6O) = 46 / 46 = 1. Значит молекулярная формула вещества будет иметь вид C2H6O. |
| Ответ | Молекулярная формула вещества C2H6O |
| Задание | Массовая доля фосфора в одном из его оксидов равна 56,4%. Плотность паров оксида по воздуху равна 7,59. Установите молекулярную формулу оксида. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. ω (O) = 100% – ω (P) = 100% – 56,4% = 43,6%. Обозначим число атомов фосфора в молекуле через «х», число атомов кислорода через «у». Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов азота и водорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Ar(P) = 31; Ar(O) = 16. Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения: x:y = ω(P)/Ar(P) : ω (O)/Ar(O); x:y = 56,4/31 : 43,6/16; x:y = 1,82 : 2,725 = 1 : 1,5 = 2 : 3. Значит простейшая формула соединения фосфора и кислорода имеет вид P2O3. Значение молярной массы газа можно определить при помощи его плотности по воздуху: Mgas = M(air) × Dair(gas); Mgas = 29 × 7,59 = 220 г/моль. Чтобы найти истинную формулу соединения фосфора и кислорода найдем отношение полученных молярных масс: Mgas / M(P2O3) = 220 / 110 = 2. M(P2O3) = 2 ×Ar(P) + 3 × Ar(O) = 2 ×31 + 3 × 16 = 62 + 48 = 110г/моль. Значит индексы атомов фосфора и кислорода должны быть в 2 раза выше, т.е. формула вещества будет иметь вид P4O6. |
| Ответ | Формула оксида фосфора имеет вид P4O6 |
