Номер 1, страница 239 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

1. Перечислите и объясните:
а) общие физические свойства металлов;
б) важнейшие физические отличия сплавов от индивидуальных металлов.

а) общие физические свойства металлов;

Общие физические свойства металлов обусловлены их внутренним строением: наличием упорядоченной кристаллической решётки, в узлах которой расположены положительные ионы металлов, и обобществлённых («свободных») электронов, которые хаотично движутся в пространстве между ионами. Эта модель строения, известная как модель «электронного газа», объясняет следующие характерные свойства:

1. Высокая электропроводность и теплопроводность. Наличие свободных электронов, которые не связаны с конкретными атомами, позволяет им легко перемещаться по всему объёму металла. Под действием электрического поля эти электроны начинают упорядоченно двигаться, создавая электрический ток. Аналогично, при нагревании части металла свободные электроны легко переносят кинетическую энергию от более горячих участков к более холодным, обеспечивая высокую теплопроводность.

2. Металлический блеск. Это способность металлов хорошо отражать падающий на них свет. Поверхностный слой свободных электронов взаимодействует со световой волной, поглощает энергию фотонов и немедленно переизлучает её. Поскольку большинство металлов отражают свет практически во всём видимом спектре, они имеют серебристо-белый или серый цвет. Такие металлы, как золото (жёлтый) и медь (красно-розовый), имеют характерный цвет, так как они поглощают свет в сине-зелёной части спектра, а отражают в жёлто-красной.

3. Пластичность. Это способность металла деформироваться под действием нагрузки без разрушения (например, коваться, прокатываться в листы, вытягиваться в проволоку). В отличие от хрупких ионных кристаллов, где смещение слоёв приводит к отталкиванию одноимённых ионов и разрушению, в металле слои ионов могут скользить друг относительно друга, не разрывая связи. «Электронный газ» действует как смазка и продолжает удерживать смещённые слои ионов вместе.

4. Высокая плотность и твёрдость. Атомы в металлах, как правило, упакованы очень плотно в кристаллические решётки (кубическую или гексагональную), что и обусловливает их высокую плотность. Твёрдость, то есть сопротивление проникновению другого тела, определяется силой металлической связи, которая противодействует смещению атомов из их положений равновесия.

5. Высокие температуры плавления. Сильная металлическая связь прочно удерживает ионы в узлах кристаллической решётки. Чтобы разрушить эту упорядоченную структуру и перевести металл в жидкое состояние, требуется сообщить системе большое количество тепловой энергии. Этим объясняются, как правило, высокие температуры плавления металлов (за редкими исключениями, такими как ртуть, галлий, цезий).

Ответ: К общим физическим свойствам металлов относятся высокая электро- и теплопроводность, металлический блеск, пластичность, высокая плотность и твёрдость, а также высокие температуры плавления. Все эти свойства являются следствием особого металлического типа химической связи и наличия «электронного газа» в кристаллической решётке.

б) важнейшие физические отличия сплавов от индивидуальных металлов.

Сплавы представляют собой макроскопически однородные системы, состоящие из двух или более металлов, а также металлов и неметаллов. Введение в кристаллическую решётку основного металла атомов других элементов (легирование) приводит к существенным изменениям её физических свойств по сравнению с чистым металлом.

1. Твёрдость и прочность. Сплавы почти всегда твёрже и прочнее, чем их чистые металлические компоненты. Атомы легирующих элементов, имеющие, как правило, иной размер, чем атомы основного металла, создают искажения и напряжения в кристаллической решётке. Эти дефекты структуры затрудняют движение дислокаций (скольжение атомных плоскостей), которое является основным механизмом пластической деформации. В результате для деформации сплава требуется приложить большее усилие. Классический пример — сталь (сплав железа с углеродом) намного прочнее чистого железа.

2. Электропроводность и теплопроводность. Сплавы обладают более низкими значениями электро- и теплопроводности, чем их чистые составляющие. Искажения кристаллической решётки и атомы примесей действуют как центры рассеяния для свободных электронов. Электроны чаще сталкиваются с дефектами решётки, их свободный пробег уменьшается, что приводит к увеличению электрического сопротивления и снижению теплопроводности. Поэтому для нагревательных элементов используют сплавы с высоким сопротивлением (например, нихром), а не чистые металлы.

3. Температура плавления. Температура плавления сплава, как правило, ниже, чем у его наиболее тугоплавкого компонента. Более того, в отличие от чистых металлов, которые плавятся при одной строго определённой температуре, большинство сплавов плавятся в некотором интервале температур. Существуют так называемые эвтектические сплавы, которые имеют уникальный состав и плавятся при температуре более низкой, чем у любого из их компонентов (например, припой).

4. Пластичность. Сплавы обычно менее пластичны и более хрупкие, чем чистые металлы. Причина та же, что и у повышения твёрдости — искажения решётки мешают лёгкому скольжению атомных слоёв. Это снижает способность материала к пластической деформации до разрушения.

5. Коррозионная стойкость. Путём легирования можно значительно повысить устойчивость металла к коррозии. Например, добавление хрома в железо создаёт нержавеющую сталь. Хром образует на поверхности очень тонкую, плотную и прочную пассивную плёнку оксида, которая защищает основной металл от воздействия агрессивной среды.

Ответ: Важнейшие отличия сплавов от чистых металлов заключаются в том, что сплавы, как правило, более твёрдые, прочные, но менее пластичные; они обладают более низкими электро- и теплопроводностью; их температура плавления обычно ниже, и они плавятся в интервале температур. Также сплавы могут иметь значительно более высокую коррозионную стойкость.