Решебник по химии 9 класс Габриелян | Страница 149

Примените свои знания

6. Сравните металлическую кристаллическую решётку с ионной, атомной и молекулярной кристаллическими решётками.

Металлическая кристаллическая решётка состоит из положительно заряженных ионов металлов, погружённых в общее «электронное облако». Свободные электроны перемещаются между ионами и удерживают их вместе. Такая решётка обеспечивает пластичность, электропроводность, теплопроводность и блеск металлов.

Ионная решётка состоит из чередующихся положительных и отрицательных ионов, удерживаемых электростатическим притяжением. Такие вещества, как правило, твёрдые, хрупкие, имеют высокие температуры плавления и растворимы в воде (например, NaCl).

Атомная решётка состоит из атомов, связанных ковалентными связями в единую пространственную структуру. Такие вещества (например, алмаз, кремний) очень прочные, с высокими температурами плавления, не проводят ток.

Молекулярная решётка построена из нейтральных молекул, между которыми действуют слабые межмолекулярные силы (ван-дер-ваальсовы, водородные). Такие вещества имеют низкие температуры плавления, легко испаряются и обычно являются мягкими (например, лёд, йод, сера).

7. Определите атомные номера и названия элементов по следующим данным:

а) расположен в пятом периоде, IIA-группе;

б) имеет 23 электрона в электронной оболочке;

в) заряд ядра атома равен +29;

г) в ядре его изотопа ⁶⁵Cu содержится 35 нейтронов;

д) электронная оболочка атома состоит из трёх электронных слоёв, на внешнем слое расположен один электрон.

а) Элемент в пятом периоде и IIA-группе — стронций (Sr). Его атомный номер — 38.

б) Элемент с 23 электронами — это ванадий (V), поскольку число электронов в нейтральном атоме равно числу протонов, то есть атомному номеру. Ответ: атомный номер 23, ванадий (V).

в) Если заряд ядра равен +29, значит, число протонов (и атомный номер) — 29, это медь (Cu).

г) Если в ядре изотопа ⁶⁵Cu содержится 35 нейтронов, то число протонов = 65 – 35 = 30, то есть это цинк (Zn) (Zn имеет атомный номер 30).

д) Если у атома 3 электронных слоя и на внешнем слое один электрон, значит, он находится в 3 периоде, в IA-группе. Это натрий (Na), его атомный номер — 11.

8. Какие свойства металлов использованы в образных выражениях «железный характер», «свинцовый кулак», «золотой характер», «серебряный дождь», «медный голос»?

В образных выражениях используются физические и символические свойства металлов:

• «Железный характер» — устойчивость, твёрдость, сила воли (железо — прочный и твёрдый металл).

• «Свинцовый кулак» — тяжесть, подавляющая сила (свинец — тяжёлый, плотный металл).

• «Золотой характер» — высокая ценность, благородство, доброта (золото — драгоценный, ценный и устойчивый металл).

• «Серебряный дождь» — красивое, блестящее зрелище (серебро ассоциируется с блеском и чистотой).

• «Медный голос» — звонкий, сильный, громкий голос (медь используется в музыкальных инструментах, обладает хорошими звуковыми качествами).

Стр. 149

Используйте дополнительную информацию

9. Подготовьте сообщение по одной из тем: 1) «Элементы-металлы в организме человека и их биологическая ролль»; 2) «Металлы в технике».

Элементы-металлы в организме человека и их биологическая роль

Организм человека состоит не только из органических веществ, но и из множества химических элементов, включая металлы. Несмотря на то что доля металлов в общей массе тела невелика, их биологическое значение невозможно переоценить. Они участвуют в важнейших физиологических процессах, входят в состав ферментов, гормонов, витаминов, играют роль катализаторов химических реакций, регулируют обмен веществ и обеспечивают работу органов и систем организма.

Одним из важнейших металлов в организме является железо (Fe). Оно входит в состав гемоглобина — белка, который переносит кислород в крови. Без железа невозможна нормальная работа системы кроветворения, а его недостаток приводит к анемии, слабости, снижению работоспособности. Железо также содержится в миоглобине — белке мышечной ткани, а также в ряде ферментов.

Кальций (Ca) — ещё один жизненно важный металл. Он составляет основную часть костной ткани и зубов, участвует в процессе свертывания крови, регулирует сокращения мышц, в том числе сердечной, а также играет роль в передаче нервных импульсов. Недостаток кальция особенно опасен в детском возрасте, так как приводит к нарушению роста и развития костей, а у взрослых может вызывать остеопороз.

Магний (Mg) участвует в более чем 300 ферментативных реакциях, включая синтез белков, энергетический обмен, регуляцию уровня сахара в крови и работу нервной системы. Он необходим для нормального функционирования сердца и сосудов, а также для стабилизации структуры ДНК и РНК.

Натрий (Na) и калий (K) — главные металлы, регулирующие водно-солевой баланс и осмотическое давление в клетках. Они участвуют в генерации и передаче нервных импульсов, регулируют сердечный ритм, поддерживают кислотно-щелочное равновесие. Натрий находится преимущественно в внеклеточной жидкости, а калий — внутри клеток. Их баланс жизненно важен для нормальной работы сердца и нервной системы.

Цинк (Zn) входит в состав множества ферментов, участвующих в синтезе ДНК, заживлении ран, иммунной защите, обмене углеводов. Цинк также важен для поддержания здоровья кожи, ногтей, волос и репродуктивной функции у мужчин.

Медь (Cu) играет роль в переносе электронов в дыхательной цепи, участвует в синтезе коллагена, поддерживает здоровье сосудов, а также помогает усвоению железа. Недостаток меди может привести к анемии и нарушениям развития соединительной ткани.

Хром (Cr) необходим для поддержания нормального уровня глюкозы в крови, так как усиливает действие инсулина. Он особенно важен для людей, страдающих нарушениями углеводного обмена.

Марганец (Mn) участвует в работе ферментов, ответственных за метаболизм аминокислот, углеводов, холестерина. Он также важен для формирования костной ткани и защиты клеток от окислительного стресса.

Селен (Se) хотя и не металл в классическом понимании, часто рассматривается рядом с ними. Он входит в состав антиоксидантных ферментов, защищающих клетки от повреждения, и играет важную роль в иммунной системе и функционировании щитовидной железы.

Некоторые металлы, такие как никель (Ni), молибден (Mo), кобальт (Co), также выполняют специфические функции в организме. Например, кобальт входит в состав витамина B₁₂, необходимого для кроветворения и работы нервной системы.

Однако важно помнить, что все металлы полезны только в строго определённых количествах. Их избыток может привести к токсическим эффектам. Например, чрезмерное поступление меди, железа, алюминия или кадмия в организм может вызвать отравление, нарушения работы печени, почек и нервной системы.

Таким образом, элементы-металлы играют незаменимую роль в жизнедеятельности человека. Их сбалансированное поступление с пищей и водой необходимо для поддержания здоровья, нормального роста, развития и функционирования всех систем организма. Современная наука продолжает изучать биологическую роль металлов, открывая всё новые механизмы их действия и значения для жизни.

Металлы в технике

Металлы играют исключительно важную роль в развитии и функционировании современной техники. Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам — прочности, пластичности, электропроводности, теплопроводности, устойчивости к коррозии и способности образовывать сплавы — они стали основой для создания различных конструкций, механизмов, приборов и устройств, используемых во всех отраслях промышленности и в повседневной жизни.

Одним из важнейших свойств металлов, определяющих их широкое применение в технике, является высокая прочность и твёрдость. Благодаря этим характеристикам из металлов изготавливают несущие конструкции зданий, мостов, станков, автомобилей, железнодорожных составов, кораблей и самолётов. Металлы способны выдерживать значительные нагрузки, вибрации и перепады температур, не разрушаясь и не теряя формы.

Электропроводность металлов используется в электротехнике и электронике. Медь и алюминий — два наиболее распространённых проводника — применяются для производства кабелей, обмоток электродвигателей, трансформаторов, электрических плат и другой техники. Благодаря свободному перемещению электронов по кристаллической решётке, металлы эффективно проводят электрический ток, что делает их незаменимыми в системах энергоснабжения.

Теплопроводность делает металлы идеальными материалами для создания радиаторов, теплообменников, нагревательных элементов. В двигателях внутреннего сгорания, холодильниках, системах отопления и кондиционирования используются металлические компоненты, обеспечивающие быстрый и эффективный теплообмен.

Пластичность и ковкость позволяют придавать металлам разнообразные формы — листы, трубы, проволоку, детали сложной геометрии. Это особенно важно при производстве машин и механизмов, где требуется точная подгонка элементов. Металлы легко поддаются прокатке, ковке, вытяжке и штамповке, что делает возможным массовое изготовление изделий.

Большое значение имеет способность металлов образовывать сплавы, обладающие улучшенными характеристиками. Например, сталь — сплав железа с углеродом — имеет высокую прочность и износостойкость. Латунь (медь + цинк), бронза (медь + олово), дюралюминий (алюминий + медь, марганец и др.) — это сплавы, используемые в строительстве, машиностроении, авиации и электротехнике. Сплавы могут быть легкоплавкими, жаростойкими, антикоррозионными — в зависимости от требований техники.

Особую роль металлы играют в авиации и космической технике, где важно сочетание лёгкости и прочности. Здесь применяются алюминий, титан, магний и их сплавы. В судостроении активно используется нержавеющая сталь и специальные морские сплавы, устойчивые к действию солёной воды.

В электронике и микроэлектронике применяются редкие и драгоценные металлы: золото, серебро, платина, палладий, вольфрам. Эти элементы обеспечивают надёжность контактов, защиту от коррозии и высокую проводимость даже при малых размерах компонентов. Серебро и золото используются в пайке, контактах, чипах.

Медицина и биотехнологии также используют металлы: хирургические инструменты, имплантаты, протезы часто изготавливаются из титана, нержавеющей стали или кобальтовых сплавов благодаря их прочности, лёгкости и биосовместимости.

Не менее важны металлы в строительстве и архитектуре. Они применяются в каркасах зданий, трубопроводах, лифтах, элементах декора, облицовке фасадов. Металлические конструкции придают зданиям прочность, долговечность и современный вид.

Автомобильная промышленность использует различные металлы и сплавы: сталь — для кузова и каркаса, алюминий — для снижения веса, медь — для электрических систем, свинец — в аккумуляторах.

Также металлы применяются в энергетике — при строительстве электростанций, линий электропередач, ветрогенераторов, солнечных панелей и атомных реакторов. Везде, где необходима надёжность и длительный срок службы, металлы играют ключевую роль.

Таким образом, металлы — это основа современной техники. Без них невозможно представить ни одну отрасль промышленности. Их универсальность, прочность, пластичность, электропроводность и способность к сплавлению сделали металлы фундаментом технического прогресса. И в будущем, с развитием новых технологий и материалов, значение металлов останется столь же высоким, как и сегодня.

Параграф 29. Химические свойства металлов

Стр. 149

Вопрос

Особенности строения атомов металлов объясняют тот факт, что металлы проявляют только восстановительные свойства, т. е. отдают валентные электроны. Какие вещества выступают в этом случае в роли окислителей?

Металлы обладают малым числом валентных электронов и относительно большим атомным радиусом, из-за чего их внешние электроны слабо связаны с ядром. Это делает металлы способными легко отдавать электроны, то есть проявлять восстановительные свойства. Они превращаются в положительно заряженные ионы (катионы), отдавая электроны другим веществам.

В химических реакциях вещества, которые принимают эти электроны, называют окислителями. Таким образом, в реакциях с участием металлов в роли окислителей могут выступать:

• Неметаллы, такие как кислород (O₂), сера (S), хлор (Cl₂), которые присоединяют электроны и восстанавливаются до соответствующих соединений, например:

(2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃) — хлор выступает как окислитель.

• Водород из кислот, например, из соляной или серной кислоты:

(Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑) — ионы водорода (H⁺) восстанавливаются до водорода (H₂), выступая как окислитель.

• Металлы, стоящие ниже в ряду активности, в реакциях с растворами солей:

(Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag) — ионы серебра (Ag⁺) восстанавливаются до металлического Ag и являются окислителем.

• Ионы металлов или неметаллов, содержащиеся в растворах солей или оксидов, например:

(2Al + Fe₂O₃ → 2Fe + Al₂O₃) — ионы Fe³⁺ являются окислителями.

Таким образом, окислителями в реакциях с металлами выступают те вещества, которые принимают электроны, — чаще всего это ионы водорода, атомы неметаллов, ионы металлов с высокой степенью окисления.