Nichtmetalle (reaktive Nichtmetalle)

Wo die Nichtmetalle stehen

Abgesehen vom Wasserstoff, der an der Spitze der Gruppe 1 steht, befinden sich die reaktiven Nichtmetalle oben rechts im Periodensystem: Kohlenstoff in Gruppe 14, Stickstoff und Phosphor in Gruppe 15 sowie Sauerstoff, Schwefel und Selen in Gruppe 16. Sie haben vier bis sechs Außenelektronen, wie Sauerstoff ([He] 2s² 2p⁴), während Wasserstoff nur eines hat (1s¹). Ihre hohen Ionisierungsenergien und Elektronegativitäten führen dazu, dass sie Elektronen eher aufnehmen oder teilen, als sie abzugeben.

Physikalische Eigenschaften

Bei Raumtemperatur sind Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff farblose Gase aus zweiatomigen Molekülen (H₂, N₂ und O₂), während Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel und Selen Feststoffe sind. Die meisten Nichtmetalle haben niedrige Schmelz- und Siedepunkte und leiten Wärme und Strom schlecht. Kohlenstoff ist die große Ausnahme: Diamant ist das härteste natürliche Material, und Graphit leitet Strom.

Mehrere Nichtmetalle treten in Modifikationen auf, also in verschiedenen Formen desselben Elements, etwa Diamant und Graphit, Sauerstoff (O₂) und Ozon (O₃) oder weißer und roter Phosphor.

Chemisches Verhalten und Trends

Mit Metallen nehmen Nichtmetalle Elektronen auf und bilden negative Ionen wie O²⁻, S²⁻ und N³⁻. Untereinander teilen sie sich Elektronen in kovalenten Bindungen und bilden Moleküle wie Wasser (H₂O), Kohlenstoffdioxid (CO₂), Methan (CH₄) und Ammoniak (NH₃). Stickstoffgas ist wegen der starken Dreifachbindung in N₂ sehr reaktionsträge.

Sauerstoff unterhält die Verbrennung: Methan verbrennt nach CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, und Schwefel verbrennt zu Schwefeldioxid, S + O₂ → SO₂. Nichtmetalloxide sind meist sauer, weshalb Schwefeldioxid und Stickoxide sauren Regen verursachen. Der nichtmetallische Charakter nimmt in einer Periode nach rechts zu und in einer Gruppe nach unten ab, daher ist graues Selen bereits ein Halbleiter.

Nichtmetalle in Leben und Industrie

Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff machen etwa 96 % der Masse des menschlichen Körpers aus, und Phosphor und Schwefel sind wesentliche Bestandteile von DNA und Proteinen. Selen ist ein Spurennährstoff, in größeren Mengen aber giftig. Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum, und Luft besteht zu etwa 78 % aus Stickstoff und zu 21 % aus Sauerstoff.

Stickstoff und Wasserstoff werden im Haber-Verfahren zu Ammoniak für Düngemittel verbunden (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃). Sauerstoff wird in Krankenhäusern und bei der Stahlherstellung eingesetzt, Schwefel wird zu Schwefelsäure verarbeitet, der meistproduzierten Industriechemikalie, und Kohlenstoff ist die Grundlage von Brennstoffen, Kunststoffen und Stahl.