Почему металлы обладают высокой электрической проводимостью

Высокая электропроводность — металл

К металлам относятся вещества, обладающие хорошей электрической проводимостью с удельным сопротивлением р 10 — 7 — — 10 — 8 ом-м, высокой теплопроводностью, вязкостью, ковкостью. Высокая электропроводность металлов объясняется тем, что валентные электроны принадлежат не отдельным атомам, а всей кристаллической решетке в целом. Эти электроны называют свободными. [31]

Приведенные положения позволяют объяснить характерные свойства металлов. Высокая электропроводность металлов объясняется присутствием в них свободных электронов, которые под влиянием даже небольшой разности потенциалов перемещаются от отрицательного полюса к положительному. С повышением температуры усиливаются колебания ионов ( атомов), что затрудняет прямолинейное движение электронов, в результате чего электросопротивление возрастает. При низких температурах колебательное движение ионов ( атомов) сильно уменьшается и электропроводность резко возрастает. Около абсолютного нуля сопротивление многих металлов практически отсутствует. Высокая теплопроводность металлов обусловливается как большой подвижностью свободных электронов, так и колебательным движением ионов ( атомов), вследствие чего происходит быстрое выравнивание температуры в массе металла. [32]

Приведенные положения позволяют объяснить характерные свойства металлов. Высокая электропроводность металлов объясняется присутствием в них свободных электронов, которые перемещаются в потенциальном поле решетки. С повышением темпера гуры усиливаются колебания ионов ( атомов), образуются вакансии и нарушается правильная периодичность потенциального поля, что затрудняет движение электронов, в результате чего электросопротивление возрастает. При низких температурах колебательное движение ионов ( атомов) сильно уменьшается и электропроводность возрастает. У некоторых металлов в результате образования пар электронов, движущихся упорядоченно при очень низких температурах ( 20К), электропроводность обращается в бесконечное и, — явление сверхпроводимости. Высокая теплопроводность металлов обусловливается большой подвижностью свободных электронов и в меньшей степени колебательным движением ионов. [33]

В отличие от ионных и ковалентных соединений металлы отличаются высокой электропроводностью и теплопроводностью. Высокая электропроводность металлов указывает на то, что электроны свободно могут передвигаться во всем его объеме. Иными словами металл можно рассматривать как кристалл, в узлах решетки которого расположены ионы, связанные электронами, находящимися в общем пользовании, т.е. в металлах имеет место сильно нелокализованная химическая связь. Совокупность электронов, обеспечивающих эту связь, называют электронным газом. [34]

Все металлы обладают высокой электропроводностью. Причина высокой электропроводности металлов заключается в слабой связи электронного газа с положительно заряженными ионами. Достаточно приложить небольшую разность электрических потенциалов к концам металлического тела, чтобы вызвать перемещение электронного газа — электрический ток. [36]

Положительно заряженные атомы валентная связи), окружены как бы электронным газом, который может свободно передвигаться. Этим объясняется высокая электропроводность металлов . [37]

Свободные электроны перемещаются по объему металла, как бы не замечая ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки. Этим и объясняется высокая электропроводность металлов . [38]

За счет обобществления электронов атомы становятся положительно заряженными ионами, которые обтекаются электронным газом, что и обусловливает связи между атомами ( ионами) в кристаллической решетке. Наличие электронного газа объясняет, в частности, высокую электропроводность металлов . [39]

Металлическая связь возникает при образовании из внешних ( относительно слабо связанных с ядром) электронов отрицательно заряженного электронного газа, в результате чего положительно заряженные ионы создают плотную, но пластичную кристаллическую решетку. Электроны, свободно перемещаясь между атомами, обеспечивают высокую электропроводность металлов . [40]

Металлическая связь осуществляется путем образования из внешних, относительно слабо связанных с ядром электронов отрицательно заряженного электронного газа, организующего положительно заряженные ионы в — плотную, но довольна пластичную кристаллическую решетку. Электроны легко перемещаются от атома к атому, обусловливая высокую электропроводность металла . Большинство металлов имеет одну из трех кристаллических решеток: гексагональную плотноупакованную, гранецентрированную кубическую или объ-емноцентрированную кубическую. Прочность металлической связи увеличивается с повышением концентрации электронного газа. [41]

Читайте также:  Оладьи на воде и соде без яиц

Наличие свободных электронов во всех металлических структурах обусловливает существование некоторых общих свойств металлов. Так, со свободой перемещения электронов связаны хорошая теплопроводность и высокая электропроводность металлов . [42]

Таким образом, в металлах имеются положительно заряженные ионы, электроны и небольшое количество нейтральных атомов. Этот особый тип химической связи и обусловливает наличие определенных физических свойств. Высокая электропроводность металлов объясняется наличием свободных электронов. В электрическом поле беспорядочное движение электронов становится направленным: они перемещаются от отрицательного полюса к положительному. [43]

У металлов над полностью заполненными энергетическими зонами расположена зона, заполненная электронами частично. У Na частично заполненная зона образуется в результате расщепления наполовину заполненного уровня 3s, а в Mg — в результате расщепления заполненного уровня 3s и пустого уровня Зр. Высокая электропроводность металлов объясняется наличием частично заполненной зоны. Носителями тока являются здесь электроны в этой зоне, поскольку в ней имеется много свободных энергетических состояний. [44]

Металлическая связь характеризуется взаимодействием положительных ионов кристаллической решетки металла и свободных электронов, не связанных с определенными ионами и свободно перемещающихся в пределах кристаллической решетки. Электроны не связаны с определенными ионами и свободно перемещаются в металле. Этим определяется высокая электропроводность металлов . Неметаллы, такие, как кислород, сера, галогены, принимающие электроны от металла, являются окислителями. Легкость отдачи электронов их атомами определяет химическую активность металлов. По химической активности металлы различаются между собой. [45]

Разделы: Химия

«Границ научному познанию предвидеть невозможно»
Д.И.Менделеев

Цели:

Образовательные — дать понятие о свойствах металлов и их взаимосвязи со строением атома и кристаллической решётки.

Развивающие

  • продолжить развитие умения работать с учебником;
  • умение устанавливать причинно – следственные связи между строением вещества и их свойствами;
  • Развивать умение делать выводы;
  • Развивать познавательный интерес.

Воспитательные

  • воспитывать интерес к самостоятельной работе;
  • умение работать в коллективе.

Оборудование: образцы металлов, табличные данные (приложение)

Ход урока.

I. Организационный момент

II. Изучение новой темы

  1. На каких 2 группы можно разделить все известные вам вещества?
  2. На каких 2 группы можно разделить простые вещества?
  3. В чём особенность строения атомов металлов?
  4. Какие типы связи вам известны?
  5. В чём особенность металлической связи?

Учитель. Действительно особенностью металлов является наличие общих электронов, иногда их называют электронным газом. Из жизненного опыта вы знаете о том, что металлы обладают общими свойствами. Сегодня мы подробнее познакомимся с некоторыми свойствами металлов.

Учитель называет тему урока, ученики записывают её в тетрадь, называет цель урока.

Учитель. В глубокой древности человечеству было известно 7 металлов, считалось, что на Земле они появились под действием семи планет:

Ребята приготовили для нас небольшие сообщения об этих металлах

(Выступление детей с рассказами о металлах)

Учитель. Мы прослушали выступление ребят об известных в древности металлах, а сейчас откройте периодическую таблицу и посмотрите, много ли металлов сейчас известно человечеству? Действительно металлов известно гораздо больше чем неметаллов, всего насчитывается 88 металлов и всех их объединяют сходные свойства

Какие же это свойства?

Ученики называют свойства (пластичность, твёрдость, металлический блеск, электропроводность, теплопроводность, плотность, температура плавления)

Учитель. Используя выданный вам материал, а так же учебник страница 69-72

Читайте также:  Посудомойка bosch горит щетка

объясните, почему металлы обладают пластичностью?

Какой металл обладает самой большой пластичностью? (3 мин. на подготовку)

Учитель. Используя выданную справочную таблицу, а так же учебник ответьте на следующие вопросы: Почему металлы твёрдые?

Какой металл является исключением?

Какой металл самый твёрдый?

Как называются самые мягкие металлы?

В какой группе таблицы химических элементов они расположены?(4 минуты на подготовку)

Учитель. Мы с вами пользуемся электрическими приборами, а как доставляется к нам электрический ток? По проводам, а из чего они изготовлены? А будут ли они проводить электрический ток, если их изготовить из меди, серебра?

Учитель. Из ваших ответов мы можем сделать вывод, что все металлы проводят электрический ток, а почему?

Почему же все металлы проводят электрический ток?

Какой металл обладает самой высокой электропроводностью?

Как изменяется электропроводность металлов при нагревании?

Чтобы ответить на эти вопросы вам необходимо поработать с учебником и выданной справочной литературой. (3 мин. на подготовку)

Учитель. А сейчас посмотрите на ложки, которые я держу в руках, попробуйте определить какая из них металлическая, а какая пластмассовая? Как вы определили материал, из которого изготовлены ложки?

Учитель. Почему металлы обладают металлическим блеском?

Чтобы ответить на этот вопрос вам снова нужно поработать с литературой (3 мин)

Учитель. Ребята, что произойдёт с металлической ложкой, если мы подержим её в кипятке?

А если мы возьмём деревянную ложку?

Следовательно, металл обладает теплопроводностью, а почему?

Работа с литературой (3мин.)

Учитель. С чем же связано наличие общих свойств у металлов?

Учащиеся. Потому что в кристаллической решётке металлов присутствуют свободные электроны

Учитель. А почему в кристаллической решётке имеются свободные электроны?

Учащиеся. Потому что радиус атомов металлов велик и на наружном энергетическом уровне мало электронов, поэтому они легко отрываются от атома.

Учитель. Связаны ли между собой строение металлов и их свойства?

Учащиеся. Да связаны. Строение атома определяет строение кристаллической решётки, а строение кристаллической решётки определяет свойства веществ.

III. Рефлексия.

Учитель. Подводя итог я попрошу вас, используя образцы металлов и справочные материалы заполнить таблицу.

Металл Теплопроводность Блеск Электропроводность Пластичность t°плавления Плотность
1 AI
2 Zn
3 Cu

Домашнее задание: параграф 13. Упр.1. 4.

Литература

  1. Иванова Р.Г..Уроки химии в 8-9 классах:. Методическое пособие для учителя (Р.Г.Иванова. – 3 издание, переработанное — М.: Просвещение, 2003.-123с

Читайте также:

  1. II. Неразрывная связь с языком
  2. IV. Взаимосвязь между экономической теорией и политикой
  3. Баланс активной мощности и его связь с частотой
  4. Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением
  5. Введение экологию. Связь экологических знаний с деятельностью человека
  6. Взаимосвязь договора и обычая.
  7. Взаимосвязь изменения фазы и частоты во времени
  8. Взаимосвязь между линейными и угловыми кинематическими величинами
  9. Взаимосвязь метаболизма
  10. Взаимосвязь методических принципов
  11. Взаимосвязь показателей экономического и социального развития
  12. Взаимосвязь понятий.

Особенностью всех металлов является их высокая электропроводность и теплопроводность. Эти свойства свидетельствуют о том, что валентные электроны способ­ны свободно перемещаться в пределах кристаллической решетки. Простейшая модель строения металла выглядит так: в узлах кристаллической решетки находятся поло­жительные ионы металла, которые прочно связаны элек­тронным газом. Валентные электроны одновременно на­ходятся на всех доступных орбиталях соседних атомов, осуществляя между ними связь. Такая нелокализованная связь называется металлической. Эта связь является до­статочно прочной, т. к. большинство металлов имеет вы­сокую температуру плавления. Указанная модель объяс­няет также свойственные металлам ковкость (способность расплющиваться в тонкие листы) и пластичность (способ­ность вытягиваться в проволоку). Эти свойства обуслов­лены тем, что подвижный электронный газ позволяет плоскостям, состоящим из положительных ионов, сколь­зить одна по другой.

Читайте также:  Огнеупорная смесь гермес состав

Более строгую интерпретацию металлической связи позволяет дать метод молекулярных орбиталей. Напо­мним, что при взаимодействии двух атомных орбиталей образуются две молекулярные орбитали: связывающая и разрыхляющая. Происходит расщепление энергетическо­го уровня на два. Если взаимодействуют одновременно че­тыре атома металла, образуются четыре молекулярные ор­битали. При одновременном взаимодействии N частиц, со­держащихся в кристалле, образуется N молекулярных орбиталей, причем величина N может достигать огромных значений, сравнимых с числом Авогадро (6 • 10 23 ). Моле­кулярные орбитали, образованные атомными орбиталями одного подуровня, находятся настолько близко, что прак­тически сливаются, образуя определенную энергетичес­кую зону.

Рассмотрим в качестве примера электронную структуру кристалла лития. Прежде всего, вспомним электронную конфигурацию молекулы Li2, образовавшуюся издвух изолированных атомов. При взаимо­действии N ls-орбиталей в кристалле лития образуется внутренняя энергетическая зона, полностью занятая электронами. Эти электроны не принимают участия в ме­таллической связи. Атом лития имеет один валентный электрон на 2s-орбитали. При взаимодействии N атомов лития 2s -орбитали, на которых находятся валентные электроны, образуют валентную зону. Нижняя часть ва­лентной зоны, образованная связывающими 2s -орбиталями, заполнена электронами, которые перемещаются по кристаллу хаотически. Достаточно близко расположен­ная верхняя часть, образованная разрыхляющими 2s-opбиталями, электронами не занята. При наложении даже незначительной разности потенциалов электроны возбуж­даются и переходят в верхнюю часть валентной зоны, где перемещаются в направлении поля, перенося электри­ческие заряды через весь кристалл. Верхнюю часть ва­лентной зоны называют зоной проводимости. Таким образом, у металлов валентная зона сливается с зоной проводимости. Это связано с тем, что число валентных электронов в атомах металлов относительно невелико и всегда недостаточно для заполнения всех валентных орбиталей.

В атомах неметаллов число валентных электронов ве­лико и валентная зона кристалла практически запол­нена электронами. Зона проводимости в кристаллах, со­держащих атомы или ионы неметаллов, образуется за счет орбиталей, имеющих намного большую энергию по сравнению с валентными орбиталями, т. е. принадле­жащих к следующему электронному уровню. В таких кристаллах между валентной зоной и зоной про­водимости находится запрещенная зона. Электроны не могут перемещаться вдоль кристалла, даже если к нему приложить высокое напря­жение — такие вещества на­зываются изоляторами или диэлектриками.

Промежуточное положе­ние между проводниками электрического тока и диэлектриками занимают полупроводники (кремний, германий,многие сложные вещества). Особенность полупроводников состоит в том, что у них сравнительно небольшая ширина запрещенной зоны. По­этому даже при незначительном нагревании электроны переходят в зону проводимости и вещество проводит электрический ток. В некоторых случаях переход элек­тронов в зону проводимости происходит при освещении — возникает фотопроводимость.

В диэлектриках ширина запрещенной зоны более 3 эВ, а в полупроводниках она составляет 0,1—3 эВ.

Под действием внешнего электрического поля на диэ­лектрик часть его электронов, получив достаточное ко­личество энергии, может переброситься из полностью за­полненной валентной зоны в зону проводимости и участ­вовать в переносе электричества. При этом в валентной зоне появится эквивалентное число так называемых дырок (вакантных мест), имеющих положительный заряд. Они также могут участвовать в переносе тока. Такая прово­димость называется электронно-дырочной.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 265 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector