אל-מתכות (אל-מתכות תגובתיות)

היכן האל-מתכות נמצאות

מלבד מימן, הנמצא בראש קבוצה 1, האל-מתכות התגובתיות נמצאות בצד הימני העליון של הטבלה המחזורית: פחמן בקבוצה 14, חנקן וזרחן בקבוצה 15, וחמצן, גופרית וסלניום בקבוצה 16. יש להן ארבעה עד שישה אלקטרונים חיצוניים, כמו בחמצן ([He] 2s² 2p⁴), ואילו למימן יש רק אחד (1s¹). אנרגיות היינון והאלקטרושליליות הגבוהות שלהן גורמות להן לקלוט אלקטרונים או לחלוק בהם ולא לאבד אותם.

תכונות פיזיקליות

בטמפרטורת החדר מימן, חנקן וחמצן הם גזים חסרי צבע המורכבים ממולקולות דו-אטומיות (H₂, N₂ ו-O₂), ואילו פחמן, זרחן, גופרית וסלניום הם מוצקים. לרוב האל-מתכות נקודות היתוך ורתיחה נמוכות והן מוליכות חום וחשמל גרוע. פחמן הוא היוצא מן הכלל הגדול: יהלום הוא החומר הטבעי הקשה ביותר וגרפיט מוליך חשמל.

כמה אל-מתכות קיימות כאלוטרופים, צורות שונות של אותו יסוד, כמו יהלום וגרפיט, חמצן (O₂) ואוזון (O₃), וזרחן לבן ואדום.

התנהגות כימית ומגמות

עם מתכות, אל-מתכות קולטות אלקטרונים ויוצרות יונים שליליים כמו O²⁻, S²⁻ ו-N³⁻. ביניהן הן חולקות אלקטרונים בקשרים קוולנטיים ויוצרות מולקולות כמו מים (H₂O), פחמן דו-חמצני (CO₂), מתאן (CH₄) ואמוניה (NH₃). גז חנקן אינו תגובתי כלל בשל הקשר המשולש החזק ב-N₂.

חמצן מקיים בעירה: מתאן נשרף כ-CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, וגופרית נשרפת לגופרית דו-חמצנית, S + O₂ → SO₂. תחמוצות של אל-מתכות הן בדרך כלל חומציות, ולכן גופרית דו-חמצנית ותחמוצות חנקן גורמות לגשם חומצי. האופי האל-מתכתי גובר לאורך מחזור ופוחת במורד קבוצה, ולכן סלניום אפור כבר מוליך למחצה.

אל-מתכות בחיים ובתעשייה

חמצן, פחמן, מימן וחנקן מהווים כ-96% ממסת גוף האדם, וזרחן וגופרית הם חלקים חיוניים של DNA וחלבונים. סלניום הוא רכיב תזונתי בכמויות זעירות אך רעיל במינונים גדולים יותר. מימן הוא היסוד השכיח ביותר ביקום, והאוויר הוא כ-78% חנקן ו-21% חמצן.

חנקן ומימן משולבים בתהליך הבר-בוש לייצור אמוניה לדשנים (N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃). חמצן משמש בבתי חולים ובייצור פלדה, גופרית הופכת לחומצה גופריתנית, הכימיקל התעשייתי המיוצר ביותר, ופחמן הוא הבסיס לדלקים, לפלסטיק ולפלדה.