Typer af metaller på det periodiske system

Når du tænker på ordet "metaller", er du lige så tilbøjelig til at tænke på hverdagsgenstande og deres funktion, som du er kemi eller andet, der er relateret til videnskab. De fleste maskiner og mange strukturer er for eksempel lavet af et af flere metaller på grund af den holdbarhed og stivhed, disse materialer tilbyder. Derudover værdsættes nogle metaller for deres udseende, koster en masse penge pr. Masseenhed og klassificeres bogstaveligt talt som "ædle metaller"; guld og sølv er måske de mest kendte eksempler.

Men metaller repræsenterer også en af ​​de tre typer grundstoffer i kemi, de to andre er ikke-metaller og metalloider. Metaller tegner sig faktisk for de fleste elementer i naturen, selvom du sandsynligvis kun har hørt om en lille brøkdel af disse. Før man udforsker metallenes egenskaber, er det nyttigt at forstå, hvad der er kendt under udtrykket "element", og hvordan det periodiske system bruges til at strukturere elementer på bordet.

I hverdagen er et "element" en komponent i en helhed. Ordet har en lignende, men mere streng definition i kemi: Et element er noget lavet af en bestemt type atom. Det kan ikke opdeles yderligere i enklere komponenter ved hjælp af dagligdags kemiske værktøjer. Fra og med 2018 havde kemikere identificeret 92 naturligt forekommende elementer sammen med 11 ustabile elementer, der er genereret under laboratorieforhold. Et givet element eksisterer som enten et fast stof, en væske eller en gas i dets oprindelige form.

Et atom er igen en mikroskopisk samling af protoner, neutroner og elektroner i en eller anden kombination. Brint, det enkleste atom, består kun af en proton og en elektron; uran, den mest massive, har 92 protoner, 92 elektroner og 146 neutroner i en af ​​dens isotoper. Et atom har normalt det samme antal protoner, som bærer en positiv ladning, og elektroner, som bærer en negativ ladning af samme størrelse. Antallet af neutroner, som sammen med protoner udgør atomernes kerner (entalkerne) og ikke har nogen elektrisk ladning, er omtrentlige antallet af protoner til en vis grad, selvom når grundstoffer stiger i størrelse, har neutroner en tendens til at overstige protoner til en større og større grad.

Det periodiske system er for kemi, hvad en indekseret liste over ingredienser er for en kogebog. Enhver kemisk forbindelse, du har eller kan tænke på, stor eller lille, kan reduceres til en kombination af grundstofferne i det periodiske system.

De 113 elementer er arrangeret på denne tabel i stigende rækkefølge efter atomnummer. Dette tal er bare antallet af protoner, et element har. Hvis dette nummer ændres, ændres elementets identitet. Dette gælder ikke for neutroner eller elektroner; variationer af et element, der indeholder forskellige antal neutroner kaldes isotoper af dette element, mens et element, der har flere eller færre elektroner, end det har protoner, kaldes et ion og bærer en positiv eller negativ elektrisk ladning.

Det periodiske system får sit navn, fordi det indeholder kategorier af elementer, der gentager sig periodisk og forudsigeligt. Når du ser på et periodisk system (se Ressourcer for et interaktivt eksempel), kan du se, at det har nogle nysgerrige huller i rækkerne øverst, men at disse forsvinder med de højere nummererede elementer. Dette skyldes, at elementerne ikke kun er grupperet baseret på atomnummer; de er opdelt i typer baseret på deres forskellige atomare og kemiske egenskaber.

Strengt taget kan elementer grupperes i metaller og ikke-metaller, men traditionelt er der tre elementgrupper: metaller, ikke-metaller og metalloider. Som navnet "metalloider" antyder, har disse elementer både metallignende og ikke-metallignende egenskaber.

Der er også tre basistyper af metaller: alkalimetaller, jordalkalimetaller og overgangsmetaller. Overgangsmetallerne inkluderer en række underkategorier, beskrevet senere.

Elementerne klassificeret strengt som ikke-metaller er overraskende få i antal, hvor kun syv af dem (H, C, N, O, P, S og Se) punkterer det periodiske system. Denne klassifikation udelukker dog ikke-metaller, der har optjent deres egne kategorier, inklusive de fem halogener (F, Cl, Br, I og At) og de seks ædle gasser (Han, Ne, Ar, Kr, Xe og Ra).

Da der er syv metalloider og 18 ikke-metaller af en slags (syv ikke-metaller i sig selv, seks ædelgasser og fem halogener), er 88 af de 113 grundstoffer i det periodiske system klassificeret som en eller anden type metal. Mens disse tydeligt spænder betydeligt i deres egenskaber, har metaller en række fælles egenskaber.

Metaller er faste ved stuetemperatur med den bemærkelsesværdige undtagelse af kviksølv, en væske, der anvendes i ældre termometre. De har glans, hvilket betyder at de reflekterer lys, en egenskab der ofte giver dem værdi (fx kobber, sølv). De er formbare, hvilket betyder at de fysisk kan formes til tynde ark uden brud. De er typisk hårde, selvom kalium og natrium, der tjener som biologisk aktive ioner i den menneskelige blodbane, kan skæres med en almindelig kniv. De er duktile, hvilket er en fancy måde at sige, at metaller kan gøres til ledninger; denne egenskab er praktisk, fordi de fleste metaller er gode ledere af elektricitet og varme, hvilket gør dem afgørende for moderne industrielle anvendelser. Deres ledningsevne er en konsekvens af at have elektroner, der ikke er tæt bundet til kernerne. Endelig er metaller normalt tætte (dvs. de har en høj masse pr. Volumenhed), og de har høje kogepunkter og smeltepunkter. Wolfram har et ekstraordinært højt smeltepunkt, og det er ikke tilfældigt, at dette element er meget udbredt i pærefilamenter.

De tre kategorier af metaller er alkalimetaller, jordalkalimetaller og overgangsmetaller. Arrangementet af det periodiske system er praktisk til at holde disse tæt grupperede; alkalimetalerne er de seks grundstoffer direkte under brint (H) i den yderste venstre kolonne i tabellen, der er mærket IA. Jordalkalimetalerne er de seks "naboer" af alkalimetalerne på bordet og optager hele kolonne IIA.

Overgangsmetallerne optager kolonne III til XII og række 3 til 6 i det periodiske system for i alt 40 elementer. Den 14 lanthanider (element 58 til 71) og 14 aktinider (grundstoffer 90 til 103) betragtes som sjældne jordmetaller. Endelig betragtes otte elementer i de fleste ordninger som metaller, der ikke er specificeret andet, hvilket bringer det samlede beløb antal metaller til 6 (alkali) + 6 (jordalkali) + 40 (overgangsperiode) +28 (sjælden jord) + 8 (uspecificeret) = 88.

Disse syv elementer med både metallignende egenskaber og ikke-metallignende egenskaber optager dele af række 3 til 6 i det periodiske system og inkluderer:

• B
  
• Si
  
• Ge
  
• Som
  
• Sb
  
• Te
  
• Po

Disse er faste ved stuetemperatur og nyttige inden for halvlederteknologi og dannes ofte legeringereller kombinationsmetaller med andre metalelementer.