מתכות, אל-מתכות ומתכות למחצה: מה ההבדל?

היכן נמצא כל סוג

קו בצורת מדרגות עובר לאורך הצד הימני של הטבלה הראשית, מתחיל בבור ויורד במדרגות ימינה לעבר פולוניום ואסטטין. יסודות משמאל לקו הם מתכות, יסודות בפינה הימנית העליונה הם אל-מתכות, ורוב היסודות לאורך הקו הם מתכות למחצה.

המתכות הן ללא ספק הקבוצה הגדולה ביותר: יותר מ-80 מתוך 118 היסודות הם מתכות, ובהן המתכות האלקליות והאלקליות העפרוריות, מתכות המעבר, הלנתנידים והאקטינידים, ומתכות לאחר המעבר כמו אלומיניום, בדיל ועופרת. מימן הוא היוצא מן הכלל העיקרי בסידור. הוא נמצא בראש קבוצה 1 אך הוא אל-מתכת.

תכונות של מתכות

מתכות הן בדרך כלל מבריקות (יש להן ברק), מוליכות טובות של חום וחשמל, וניתנות להטבעה ולמשיכה, כלומר אפשר לפטש אותן ללוחות ולמשוך אותן לחוטים. כמעט כולן מוצקות בטמפרטורת החדר. כספית היא המתכת היחידה שהיא נוזל בטמפרטורת החדר, וגליום נמס בכ-29.8 °C, מעט מעל טמפרטורת החדר.

מבחינה כימית, למתכות יש מעט אלקטרוני ערכיות ושליליות חשמלית נמוכה, ולכן הן נוטות לאבד אלקטרונים וליצור יונים חיוביים כמו Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺ ו-Fe³⁺. התחמוצות שלהן הן בדרך כלל בסיסיות: סידן חמצני (CaO), למשל, מגיב עם מים ויוצר סידן הידרוקסיד, Ca(OH)₂.

תכונות של אל-מתכות

האל-מתכות כוללות מימן, פחמן, חנקן, חמצן, זרחן, גופרית וסלניום, וכן את ההלוגנים ואת הגזים האצילים. אחת עשרה מהן הן גזים בטמפרטורת החדר (מימן, חנקן, חמצן, פלואור, כלור והגזים האצילים מהליום עד רדון), ברום הוא נוזל, והשאר, כמו פחמן, גופרית ויוד, הם מוצקים.

אל-מתכות מוצקות הן בדרך כלל עמומות ושבירות, ואל-מתכות בכלל הן מוליכות גרועות של חום וחשמל. גרפיט, צורה של פחמן, הוא יוצא דופן בולט כי הוא מוליך חשמל. לאל-מתכות יש שליליות חשמלית גבוהה, ולכן הן מקבלות אלקטרונים ויוצרות יונים שליליים כמו O²⁻ ו-Cl⁻ כשהן מגיבות עם מתכות, או חולקות אלקטרונים בקשרים קוולנטיים זו עם זו, כמו ב-H₂O וב-CO₂. התחמוצות שלהן נוטות להיות חומציות: פחמן דו-חמצני מתמוסס במים ויוצר חומצה פחמתית.

מתכות למחצה: באמצע

למתכות למחצה יש שילוב של תכונות מתכתיות ולא-מתכתיות. ששת היסודות הנספרים לרוב כמתכות למחצה הם בור, סיליקון, גרמניום, ארסן, אנטימון וטלוריום; יש מקורות שכוללים גם פולוניום או אסטטין.

סיליקון נראה מבריק ומתכתי אך הוא שביר, והוא מוליך חשמל טוב יותר מאל-מתכת אך גרוע בהרבה ממתכת. המצב הביניים הזה הופך את הסיליקון והגרמניום למוליכים למחצה, החומרים שבלב שבבי מחשב ותאים סולאריים. אפשר לכוונן את המוליכות שלהם על ידי הוספת כמויות זעירות של יסודות אחרים, תהליך הנקרא סימום.

איך להבדיל ביניהם

שליליות חשמלית היא מדריך שימושי. למתכות יש ערכים נמוכים, כמו צזיום (0.79) ונתרן (0.93). לאל-מתכות יש ערכים גבוהים, כמו חמצן (3.44) ופלואור (3.98). המתכות למחצה נמצאות באמצע, בערך בין 1.9 ל-2.2, מסיליקון (1.90) ועד ארסן (2.18).

האופי המתכתי גובר לכיוון הפינה השמאלית התחתונה של הטבלה, ולכן המעבר ממתכת לאל-מתכת הוא הדרגתי ולא חומה חדה. קבוצה 14 מראה את כל הטווח בטור אחד: פחמן הוא אל-מתכת, סיליקון וגרמניום הם מתכות למחצה, ובדיל ועופרת הם מתכות.