"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Металлы и неметаллы — простые вещества с разными свойствами и областями применения. Металлы обычно блестят, проводят тепло и электрический ток, поддаются обработке, а неметаллы могут быть твёрдыми, жидкими или газообразными. Из металлов и их сплавов делают провода, детали, посуду и конструкции. Неметаллы нужны для дыхания, получения удобрений и создания материалов. Выбирая вещество, учитывают его свойства, назначение изделия и необходимость беречь природные ресурсы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Металл — простое вещество, для которого характерны металлический блеск, хорошая тепло- и электропроводность, ковкость. Ковкость означает способность изменять форму без разрушения. Эти признаки помогают понять, почему металлы используют в проводах, деталях и конструкциях, но у разных металлов выражены неодинаково.
Неметалл — простое вещество, которое обычно не обладает всей совокупностью металлических свойств. Неметаллы очень разнообразны: среди них есть твёрдые вещества, жидкость и газы, причём некоторые могут иметь блеск или проводить ток. Поэтому принадлежность к неметаллам определяют не по одному признаку.
Сплав — материал, состоящий из нескольких химических элементов, среди которых хотя бы один является металлом. Сплавы получают, чтобы изменить свойства исходного металла: сделать материал прочнее, твёрже, легче или устойчивее к коррозии. Например, сталь отличается от чистого железа составом и более подходящими для строительства свойствами.
Прочность позволяет металлам выдерживать нагрузку, поэтому железо и сталь применяют в каркасах зданий, машинах и инструментах. Ковкость помогает прокатывать металл в листы, вытягивать в проволоку и придавать ему сложную форму. Блеск и способность проводить тепло делают металлы удобными для посуды и отражающих поверхностей, а электропроводность определяет их использование в проводах.
Для разных изделий выбирают разные металлы, потому что один материал редко обладает всеми нужными свойствами сразу. Учитывают прочность, плотность, то есть массу одинакового объёма, устойчивость к коррозии и температуру плавления. Например, лёгкий алюминий удобен для транспорта, медь — для проводов, а сталь — для нагруженных конструкций.
Кислород применяют не только потому, что он входит в состав воздуха. Он необходим клеткам живых организмов для дыхания и поддерживает горение, поэтому нужен в медицине и некоторых технических процессах. Азот используют для получения удобрений, поскольку соединения азота помогают растениям расти.
Углерод ценен разнообразием форм и свойств. Графит мягкий и проводит электрический ток, поэтому его используют в электродах и пишущих стержнях, а алмаз очень твёрдый и подходит для обработки материалов. Разные свойства возникают из-за различного строения вещества.
Сплавы создают, когда чистый металл не отвечает требованиям изделия. Добавление другого элемента меняет строение материала и его свойства, например повышает прочность стали или сопротивление коррозии. Перед применением проверяют состав сплава, его плотность, твёрдость, прочность, электропроводность и устойчивость к нагреванию.
| Вещество или материал | Характерное свойство | Применение | Почему это свойство важно |
|---|---|---|---|
| Железо и сталь | Прочность и твёрдость | Строительные конструкции, машины, инструменты | Изделия выдерживают большие нагрузки |
| Алюминий | Малая плотность, устойчивость к коррозии | Транспорт, корпуса, посуда | Конструкция получается лёгкой и долговечной |
| Медь | Высокая электропроводность и пластичность | Провода, кабели, детали приборов | Ток проходит с небольшими потерями, проволоку легко изготовить |
| Кислород | Поддерживает дыхание и горение | Медицина, металлургия, технические процессы | Обеспечивает дыхание и участие в горении |
| Азот | Входит в состав соединений для питания растений | Производство удобрений | Помогает снабжать растения необходимым элементом |
| Углерод | Разные формы имеют различную твёрдость и проводимость | Карандаши, электроды, режущие инструменты | Каждая форма подходит для своей работы |
| Сплавы | Состав и свойства можно изменять | Детали, конструкции, инструменты | Материал подбирают под конкретную нагрузку и условия |
Таблицу удобно читать слева направо: сначала определить вещество, затем найти свойство и связать его с применением. Последний столбец показывает причинную связь между особенностью материала и пользой изделия.
Для изготовления электрического провода предлагают медь, серу или древесный уголь. Нужно выбрать подходящий материал и обосновать решение. Главное требование к проводу — способность хорошо проводить электрический ток.
Ответ: следует выбрать медь, потому что она хорошо проводит ток и легко превращается в проволоку.
Нужно изготовить лёгкую деталь, которую требуется защитить от ржавления, из железа, алюминия или меди. Нельзя выбирать материал только по одному признаку, поэтому сопоставим массу и устойчивость к коррозии. Ржавление характерно прежде всего для железа и требует дополнительной защиты.
Ответ: подходящим выбором будет алюминий: он лёгкий и достаточно устойчив к коррозии. Для особо нагруженной детали дополнительно проверяют прочность выбранного сплава или покрытия.
Деталь должна быть прочнее чистого металла. Требуется объяснить, почему может подойти сплав, и назвать сведения, которые следует проверить перед выбором. Свойства сплава нельзя определять только по его общему названию.
Ответ: сплав может оказаться прочнее чистого металла, но выбирать его нужно по составу, условиям работы детали и подтверждённым свойствам.
Ошибка: считать, что все металлы одинаково прочны и хорошо проводят ток. Её допускают, потому что у металлов есть общие признаки, но степень их проявления различается. Проверьте себя: сравните конкретные свойства железа, алюминия и меди, а не используйте слово «металл» как готовый ответ.
Ошибка: называть сплав чистым металлом. Сплав получают из нескольких элементов, поэтому его состав отличается от состава простого вещества. Чтобы проверить ответ, спросите себя, сколько элементов входит в материал и можно ли указать его марку или состав.
Ошибка: полагать, что любой неметалл при обычных условиях является газом. Такое представление возникает из-за знакомых кислорода и азота, но углерод и сера — твёрдые неметаллы, а бром — жидкость. Проверяйте агрегатное состояние каждого вещества отдельно.
Ошибка: объяснять применение только названием вещества. Один и тот же материал выбирают не «вообще», а для конкретной задачи: проводу нужна проводимость, конструкции — прочность, детали транспорта — малая масса. Проверка проста: назовите свойство и покажите, зачем оно нужно изделию.
Для понимания темы нужно различать химический элемент и простое вещество, а также уметь описывать физические свойства. Это помогает не путать название элемента с материалом, который из него состоит.
Тема связана со строением вещества и периодической системой. Положение химического элемента помогает предположить, относится ли он к металлам или неметаллам, а строение объясняет особенности свойств.
Знания пригодятся при изучении химических реакций, коррозии и получения металлов. Они также помогают понять, почему переработка материалов и охрана природных ресурсов необходимы человеку.
Почему для проводов часто используют медь?
Медь хорошо проводит электрический ток и легко вытягивается в тонкую проволоку. Кроме того, она достаточно прочна и устойчивее к коррозии, чем многие другие металлы.
Все ли металлы притягиваются магнитом?
Нет, магнитными свойствами особенно заметно обладают железо, кобальт и никель. Многие другие металлы, например медь и алюминий, обычным магнитом не притягиваются.
Чем сплав отличается от чистого металла?
Чистый металл состоит из атомов одного химического элемента. Сплав содержит несколько элементов, среди которых хотя бы один металл, поэтому его свойства можно изменить подбором состава.
Почему алюминий применяют там, где важна малая масса?
Алюминий значительно легче железа и многих других конструкционных металлов. При этом он достаточно прочен для ряда изделий и покрывается защитной плёнкой, замедляющей коррозию.
Какие неметаллы используются человеком и для чего?
Кислород необходим для дыхания и поддерживает горение, азот используют при производстве удобрений. Углерод применяют в виде графита, например в электродах и карандашах, а в виде алмаза — в режущих инструментах.
§ 25. Металлы и неметаллы служат человеку
