§ 41. Фізичні властивості металів

Зміст

Чому серед інструментів для ремонту транспортних засобів або різних механізмів немає жодного, зробленого з деревини чи пластмаси, а є лише ті, які виготовлені з металів?

Метали міцні, тверді та зносостійкі, тому інструменти роблять саме з них. Вони витримують великі навантаження, не деформуються і не ламаються, на відміну від дерева чи пластику.

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Які фізичні властивості є спільними для металів?

Більшість металів мають характерний блиск, добре проводять струм і тепло, а також є ковкими та пластичними.

Які метали істотно відрізняються від інших за фізичними властивостями?

Від більшості металів відрізняються:

• ртуть ($\text{Hg}$) — єдина рідина за звичайних умов;
• вольфрам ($\text{W}$) — має найвищу температуру плавлення ($3422^\circ\text{C}$);
• літій ($\text{Li}$) та осмій ($\text{Os}$) — мають найменшу і найбільшу густину відповідно;
• хром ($\text{Cr}$) — найтвердіший метал;
• золото ($\text{Au}$), цезій ($\text{Cs}$) та мідь ($\text{Cu}$) — жовтого або червоного кольору замість сріблясто-білого.

Як можна довести, що зображені на малюнку 107 блискучі ґудзики виготовлено не з металу, а з пластику (вони мають лише тонесеньке металеве покриття)?

Можна порівняти їхню теплопровідність (пластик тепліший на дотик) або масу (пластик значно легший). Також можна обережно подряпати ґудзик у непомітному місці: під тонким блискучим шаром буде видно пластик.

За матеріалами з інтернету дізнайтеся, які метали є крихкими.

Крихкими металами, що руйнуються від механічного впливу без деформації, є манган ($\text{Mn}$), бісмут ($\text{Bi}$), стибій ($\text{Sb}$) та хром ($\text{Cr}$) за певних умов.

ДОСЛІДЖУЄМО БУДОВУ ТА ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Запропонуйте гіпотезу щодо зміни густин металів у ряду $\text{Na} – \text{Mg} – \text{Al}$.

Густина в цьому ряду зростатиме. Атомна маса елементів збільшується ($A_r(\text{Na})=23, A_r(\text{Mg})=24, A_r(\text{Al})=27$), а радіус атомів зменшується, тому частинки в кристалічній ґратці розташовуються щільніше.

Правильність гіпотези перевірте, відшукавши в інтернеті значення густин цих речовин. Який метал є легшим за воду?

Дані підтверджують гіпотезу:

• натрій — $\rho \approx 0,97 \text{ г/см}^3$;
• магній — $\rho \approx 1,74 \text{ г/см}^3$;
• алюміній — $\rho \approx 2,70 \text{ г/см}^3$.

Натрій легший за воду, оскільки його густина менша за $1 \text{ г/см}^3$.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про загальні фізичні властивості металів та специфічні властивості деяких із них.

Загальні властивості металів: блиск, здатність проводити струм і тепло, пластичність та ковкість. Специфічні властивості: рідкий стан ртуті, намагнічування заліза, надзвичайна твердість хрому, а також унікальний колір золота й міді.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: «Чому алюмінієва фольга на кухні зберігає блиск, хоча алюміній є активним металом і має швидко окиснюватися на повітрі?»
Відповідь: Поверхня алюмінію миттєво вкривається тонкою, міцною і прозорою плівкою оксиду ($Al_2O_3$). Вона захищає метал від подальшого окиснення і не приховує блиск.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

429. Назвіть типові фізичні властивості металів.

Типові властивості:

• металічний блиск;
• електро- та теплопровідність;
• пластичність;
• ковкість.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

430. Поясніть, чому метали проводять електричний струм.

Метали містять вільні електрони. Під дією електричного поля вони починають рухатися впорядковано, утворюючи струм.

ПОМІРКУЙМО

431. Вам потрібно виявити метали серед твердих речовин, що містяться в посудинах без етикеток. На що передусім звернете увагу або що перевірите?

Спершу зверну увагу на наявність металічного блиску. Далі перевірю електропровідність тестером і пластичність: від удару метал деформується, а не розсипається.

432. Чим зумовлена втрата з часом металічного блиску виробами із заліза, міді, срібла?

Метали реагують з компонентами повітря ($O_2, H_2O, H_2S, CO_2$). Через це на їхній поверхні утворюються матові плівки оксидів, сульфідів чи карбонатів.

433. Які фізичні властивості мають метали, з яких виготовляють вогнепальну зброю?

Такі метали мають бути дуже міцними, твердими, стійкими до корозії та тугоплавкими, щоб витримувати високий тиск і нагрівання під час пострілу.

У КОМАНДІ

434. Серед металів, які найчастіше використовують, мідь найкраще проводить електричний струм. Але раніше в електромережах житлових будинків часто застосовували алюмінієвий дріт. Як ви думаєте, чому?

Алюміній значно дешевшій і легший за мідь. Використання його в масштабах країни знижувало фінансові витрати та механічне навантаження на опори електромереж.

У КОМАНДІ

Яка, на ваш погляд, причина того, що згодом спеціалісти почали відмовлятися від використання алюмінію в електричних дротах?

Головні причини відмови:

1. Плинність: під тиском кріплень метал деформується, що послаблює контакти.
2. Окиснення: плівка $Al_2O_3$ є діелектриком. Це збільшує опір і призводить до перегрівання з’єднань.
3. Крихкість: алюмінієві дроти швидко ламаються під час згинання.

ШАНС ДЛЯ ТВОРЧОСТІ

435. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про метал з особливими властивостями та його застосування.

Вольфрам ($\text{W}$) — найтугоплавкіший метал ($3422^\circ\text{C}$). Його застосовують для виробництва ниток розжарювання та зварювальних електродів. Через високу густину з нього також роблять гіроскопи, противаги та осердя бронебійних снарядів.

436. Складіть інструкцію для виконання експерименту з визначення густини металу. В експерименті, крім зразка металу, необхідно використати електронні ваги, мензурку з поділками і воду.

1. Зважте сухий метал на електронних вагах і зафіксуйте масу ($m$).
2. Налийте воду в мензурку та запишіть початковий об’єм ($V_1$).
3. Повністю занурте метал у воду та запишіть новий об’єм ($V_2$).
4. Знайдіть об’єм металу: $$V = V_2 – V_1$$
5. Обчисліть густину: $$\rho = \dfrac{m}{V}$$
6. Порівняйте результат із таблицями густин для визначення металу.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

437. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Фізичні властивості — Physical properties
• Металічний зв’язок — Metallic bond
• Металічний блиск — Metallic luster
• Електропровідність — Electrical conductivity
• Теплопровідність — Thermal conductivity
• Ковкість — Malleability
• Пластичність — Plasticity
• Температура плавлення — Melting point
• Густина — Density
• Феромагнетики — Ferromagnets

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

438. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Приклад таблиці: