Metalen, niet-metalen en metalloïden: wat is het verschil?

Waar elk type staat

Een trapvormige lijn loopt langs de rechterkant van het hoofdsysteem, beginnend bij boor en trapsgewijs naar rechts omlaag richting polonium en astaat. Elementen links van de lijn zijn metalen, elementen rechtsboven zijn niet-metalen, en de meeste elementen langs de lijn zijn metalloïden.

Metalen vormen veruit de grootste groep: meer dan 80 van de 118 elementen zijn metalen, waaronder de alkalimetalen en aardalkalimetalen, de overgangsmetalen, de lanthaniden en actiniden, en metalen na de overgangsmetalen zoals aluminium, tin en lood. Waterstof is de belangrijkste uitzondering op de indeling. Het staat bovenaan groep 1 maar is een niet-metaal.

Eigenschappen van metalen

Metalen zijn meestal glanzend (ze hebben glans), goede geleiders van warmte en elektriciteit, en smeedbaar en rekbaar, wat betekent dat ze tot platen kunnen worden gehamerd en tot draden kunnen worden getrokken. Bijna alle zijn vaste stoffen bij kamertemperatuur. Kwik is het enige metaal dat bij kamertemperatuur vloeibaar is, en gallium smelt bij ongeveer 29,8 °C, net boven kamertemperatuur.

Chemisch gezien hebben metalen weinig valentie-elektronen en een lage elektronegativiteit, dus ze staan gemakkelijk elektronen af en vormen positieve ionen zoals Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺ en Fe³⁺. Hun oxiden zijn meestal basisch: calciumoxide (CaO) reageert bijvoorbeeld met water tot calciumhydroxide, Ca(OH)₂.

Eigenschappen van niet-metalen

Tot de niet-metalen behoren waterstof, koolstof, stikstof, zuurstof, fosfor, zwavel en seleen, plus de halogenen en de edelgassen. Elf ervan zijn gassen bij kamertemperatuur (waterstof, stikstof, zuurstof, fluor, chloor en de edelgassen van helium tot radon), broom is een vloeistof, en de rest, zoals koolstof, zwavel en jood, zijn vaste stoffen.

Vaste niet-metalen zijn meestal dof en bros, en niet-metalen in het algemeen zijn slechte geleiders van warmte en elektriciteit. Grafiet, een vorm van koolstof, is een opvallende uitzondering omdat het elektriciteit geleidt. Niet-metalen hebben een hoge elektronegativiteit, dus ze nemen elektronen op om negatieve ionen zoals O²⁻ en Cl⁻ te vormen wanneer ze met metalen reageren, of delen elektronen in covalente bindingen met elkaar, zoals in H₂O en CO₂. Hun oxiden zijn meestal zuur: koolstofdioxide lost op in water tot koolzuur.

Metalloïden: ertussenin

Metalloïden hebben een mengeling van metaalachtige en niet-metaalachtige eigenschappen. De zes elementen die het vaakst als metalloïden worden gerekend zijn boor, silicium, germanium, arseen, antimoon en telluur; sommige bronnen rekenen ook polonium of astaat erbij.

Silicium ziet er glanzend en metaalachtig uit maar is bros, en het geleidt elektriciteit beter dan een niet-metaal maar veel slechter dan een metaal. Door die tussenpositie zijn silicium en germanium halfgeleiders, de materialen in het hart van computerchips en zonnecellen. Hun geleidbaarheid kan worden afgestemd door kleine hoeveelheden van andere elementen toe te voegen, een proces dat doteren heet.

Hoe herken je het verschil?

Elektronegativiteit is een nuttige richtlijn. Metalen hebben lage waarden, zoals cesium (0,79) en natrium (0,93). Niet-metalen hebben hoge waarden, zoals zuurstof (3,44) en fluor (3,98). De metalloïden liggen daartussen, bij ongeveer 1,9 tot 2,2, van silicium (1,90) tot arseen (2,18).

Het metaalkarakter neemt toe naar linksonder in het systeem, dus de overgang van metaal naar niet-metaal is geleidelijk en geen scherpe muur. Groep 14 toont het hele bereik in één kolom: koolstof is een niet-metaal, silicium en germanium zijn metalloïden, en tin en lood zijn metalen.