Metale, niemetale i półmetale: jaka jest różnica?

Gdzie leży każdy rodzaj

Schodkowa linia biegnie wzdłuż prawej strony głównej tablicy, zaczynając od boru i schodząc w dół w prawo w stronę polonu i astatu. Pierwiastki na lewo od tej linii to metale, pierwiastki w prawym górnym rogu to niemetale, a większość pierwiastków leżących wzdłuż linii to półmetale.

Metale są zdecydowanie największą grupą: ponad 80 ze 118 pierwiastków to metale, w tym metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych, metale przejściowe, lantanowce i aktynowce oraz metale pozaprzejściowe, takie jak glin, cyna i ołów. Głównym wyjątkiem od tego układu jest wodór. Leży na szczycie grupy 1, ale jest niemetalem.

Właściwości metali

Metale są zazwyczaj błyszczące (mają połysk), dobrze przewodzą ciepło i prąd elektryczny oraz są kowalne i ciągliwe, co oznacza, że można je rozklepywać w blachy i wyciągać w druty. Prawie wszystkie są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej. Rtęć jest jedynym metalem, który w temperaturze pokojowej jest cieczą, a gal topi się w temperaturze około 29,8 °C, tuż powyżej temperatury pokojowej.

Pod względem chemicznym metale mają niewiele elektronów walencyjnych i niską elektroujemność, więc mają skłonność do oddawania elektronów i tworzenia jonów dodatnich, takich jak Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺ i Fe³⁺. Ich tlenki są zwykle zasadowe: na przykład tlenek wapnia (CaO) reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek wapnia, Ca(OH)₂.

Właściwości niemetali

Do niemetali należą wodór, węgiel, azot, tlen, fosfor, siarka i selen, a także fluorowce i gazy szlachetne. Jedenaście z nich to gazy w temperaturze pokojowej (wodór, azot, tlen, fluor, chlor oraz gazy szlachetne od helu do radonu), brom jest cieczą, a reszta, taka jak węgiel, siarka i jod, to ciała stałe.

Stałe niemetale są zwykle matowe i kruche, a niemetale na ogół słabo przewodzą ciepło i prąd elektryczny. Wyjątkiem jest grafit, odmiana węgla, który przewodzi prąd. Niemetale mają wysoką elektroujemność, więc w reakcjach z metalami przyjmują elektrony i tworzą jony ujemne, takie jak O²⁻ i Cl⁻, albo uwspólniają elektrony w wiązaniach kowalencyjnych między sobą, jak w H₂O i CO₂. Ich tlenki mają skłonność do bycia kwasowymi: dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas węglowy.

Półmetale: pośrodku

Półmetale mają mieszankę właściwości metalicznych i niemetalicznych. Sześć pierwiastków najczęściej zaliczanych do półmetali to bor, krzem, german, arsen, antymon i tellur; niektóre źródła uwzględniają też polon lub astat.

Krzem wygląda na błyszczący i metaliczny, ale jest kruchy, a prąd elektryczny przewodzi lepiej niż niemetal, lecz o wiele gorzej niż metal. To pośrednie położenie sprawia, że krzem i german są półprzewodnikami, materiałami leżącymi u podstaw procesorów komputerowych i ogniw słonecznych. Ich przewodnictwo można regulować, dodając niewielkie ilości innych pierwiastków, co nazywa się domieszkowaniem.

Jak je odróżnić

Pomocną wskazówką jest elektroujemność. Metale mają niskie wartości, na przykład cez (0,79) i sód (0,93). Niemetale mają wysokie wartości, na przykład tlen (3,44) i fluor (3,98). Półmetale mieszczą się pośrodku, w granicach od około 1,9 do 2,2, od krzemu (1,90) do arsenu (2,18).

Charakter metaliczny rośnie w stronę lewego dolnego rogu układu, więc przejście od metalu do niemetalu jest stopniowe, a nie ostrą granicą. Grupa 14 pokazuje cały ten zakres w jednej kolumnie: węgiel jest niemetalem, krzem i german są półmetalami, a cyna i ołów są metalami.