Arten von Metallen im Periodensystem

Wenn Sie an das Wort "Metalle" denken, denken Sie wahrscheinlich an Alltagsgegenstände und ihre Funktion wie an Chemie oder alles andere, was mit Wissenschaft zu tun hat. Die meisten Maschinen und viele Konstruktionen zum Beispiel bestehen aufgrund der Haltbarkeit und Steifigkeit dieser Materialien aus einem oder mehreren Metallen. Darüber hinaus werden einige Metalle wegen ihres Aussehens geschätzt, kosten pro Masseneinheit viel Geld und werden buchstäblich als "Edelmetalle" eingestuft; Gold und Silber sind vielleicht die bekanntesten Beispiele.

Metalle stellen aber auch eine der drei Arten von Elementen in der Chemie dar, die anderen beiden sind Nichtmetalle und Halbmetalle. Metalle machen tatsächlich die Mehrheit der Elemente in der Natur aus, obwohl Sie wahrscheinlich nur von einem kleinen Bruchteil davon gehört haben. Bevor Sie die Eigenschaften von Metallen untersuchen, ist es hilfreich zu verstehen, was unter dem Begriff "Element" bekannt ist und wie das Periodensystem verwendet wird, um Elemente auf der Tabelle zu strukturieren.

Im Alltag ist ein „Element“ Bestandteil eines Ganzen. Das Wort hat eine ähnliche, aber strengere Definition in der Chemie: Ein Element ist etwas, das aus einer bestimmten Atomart besteht. Es kann mit alltäglichen chemischen Werkzeugen nicht weiter in einfachere Komponenten unterteilt werden. Bis 2018 hatten Chemiker 92 natürlich vorkommende Elemente sowie 11 instabile Elemente identifiziert, die unter Laborbedingungen erzeugt wurden. Ein bestimmtes Element existiert entweder als Feststoff, als Flüssigkeit oder als Gas in seiner nativen Form.

Ein Atom wiederum ist eine mikroskopische Ansammlung von Protonen, Neutronen und Elektronen in irgendeiner Kombination. Wasserstoff, das einfachste Atom, besteht nur aus einem Proton und einem Elektron; Uran, das massivste, hat 92 Protonen, 92 Elektronen und 146 Neutronen in einem seiner Isotope. Ein Atom hat normalerweise die gleiche Anzahl von Protonen, die eine positive Ladung tragen, und Elektronen, die eine negative Ladung gleicher Größe tragen. Die Anzahl der Neutronen, die zusammen mit Protonen die Atomkerne (Singulärkern) bilden und keine elektrische Ladung haben, beträgt ungefähr approximate die Anzahl der Protonen bis zu einem gewissen Grad, obwohl die Neutronen mit zunehmender Größe der Elemente dazu neigen, den Protonen immer mehr zu übertreffen Umfang.

Das Periodensystem ist für die Chemie das, was eine indizierte Zutatenliste für ein Kochbuch ist. Jede chemische Verbindung, die Sie haben oder sich vorstellen können, groß oder klein, kann auf eine Kombination der Elemente des Periodensystems reduziert werden.

Auf dieser Tabelle sind die 113 Elemente in aufsteigender Reihenfolge nach der Ordnungszahl angeordnet. Diese Zahl ist nur die Anzahl der Protonen, die ein Element hat. Wenn sich diese Zahl ändert, ändert sich die Identität des Elements. Dies gilt nicht für Neutronen oder Elektronen; Variationen eines Elements, die unterschiedlich viele Neutronen enthalten, heißen Isotope dieses Elements, während ein Element, das mehr oder weniger Elektronen als Protonen hat, als ein Ion und trägt eine positive oder negative elektrische Ladung.

Das Periodensystem hat seinen Namen, weil es Kategorien von Elementen enthält, die sich periodisch und vorhersehbar wiederholen. Wenn Sie sich ein Periodensystem ansehen (siehe Ressourcen für ein interaktives Beispiel), können Sie sehen, dass es hat einige merkwürdige Lücken in den Reihen oben, aber diese verschwinden mit der höheren Nummer Elemente. Dies liegt daran, dass die Elemente nicht nur basierend auf der Ordnungszahl angeordnet wurden; sie wurden aufgrund ihrer verschiedenen atomaren und chemischen Eigenschaften in Typen eingeteilt.

Streng genommen können Elemente gruppiert werden in Metalle und Nichtmetalle, aber traditionell gibt es drei Elementgruppen: Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle. Wie der Name "Metalloide" vermuten lässt, haben diese Elemente sowohl metallähnliche als auch nichtmetallähnliche Eigenschaften.

Es gibt auch drei grundlegende Arten von Metallen: Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Übergangsmetalle. Die Übergangsmetalle umfassen eine Reihe eigener Unterkategorien, die später beschrieben werden.

Es gibt überraschend wenige Elemente, die streng als Nichtmetalle klassifiziert werden, von denen nur sieben (H, C, N, O, P, S und Se) das Periodensystem punktieren. Diese Klassifizierung schließt jedoch Nichtmetalle aus, die ihre eigenen Kategorien verdient haben, einschließlich der fünf Halogene (F, Cl, Br, I und At ) und die sechs Edelgase (He, Ne, Ar, Kr, Xe und Ra).

Da es sieben Halbmetalle und 18 Nichtmetalle gibt (sieben Nichtmetalle per se, sechs Edelgase) und fünf Halogene), 88 der 113 Elemente des Periodensystems werden als eine Art von Metall. Während diese in ihren Eigenschaften deutlich variieren, haben Metalle eine Reihe von Eigenschaften gemeinsam.

Metalle sind bei Raumtemperatur fest, mit Ausnahme von Quecksilber, einer Flüssigkeit, die in älteren Thermometern verwendet wird. Sie haben Glanz, d. h. sie reflektieren Licht, eine Eigenschaft, die ihnen oft Wert verleiht (z. B. Kupfer, Silber). Sie sind formbar, dh sie können physikalisch zu dünnen Platten geformt werden, ohne zu brechen. Sie sind typischerweise hart, obwohl Kalium und Natrium, die als biologisch aktive Ionen im menschlichen Blutkreislauf dienen, mit einem gewöhnlichen Messer geschnitten werden können. Sie sind duktil, was eine phantastische Art zu sagen ist, dass Metalle zu Drähten verarbeitet werden können; Diese Eigenschaft ist praktisch, da die meisten Metalle gute Strom- und Wärmeleiter sind, was sie für moderne industrielle Anwendungen von entscheidender Bedeutung macht. Ihre Leitfähigkeit ist eine Folge davon, dass Elektronen nicht fest an die Kerne gebunden sind. Schließlich sind Metalle normalerweise dicht (dh sie haben eine hohe Masse pro Volumeneinheit) und sie haben hohe Siede- und Schmelzpunkte. Wolfram hat einen außergewöhnlich hohen Schmelzpunkt und es ist kein Zufall, dass dieses Element in Glühbirnenfäden weit verbreitet ist.

Die drei Kategorien von Metallen sind die Alkalimetalle, die Erdalkalimetalle und die Übergangsmetalle. Die Anordnung des Periodensystems ist praktisch, um diese eng gruppiert zu halten; die Alkalimetalle sind die sechs Elemente direkt unter Wasserstoff (H) in der Spalte ganz links der Tabelle, die mit IA bezeichnet ist. Die Erdalkalimetalle sind die sechs "nächsten Nachbarn" der Alkalimetalle auf dem Tisch und besetzen die gesamte Spalte IIA.

Die Übergangsmetalle besetzen die Spalten III bis XII und die Reihen 3 bis 6 des Periodensystems, also insgesamt 40 Elemente. Die 14 Lanthanoide (Elemente 58 bis 71) und die 14 Aktiniden (Elemente 90 bis 103) gelten als Seltenerdmetalle. Schließlich werden in den meisten Schemata acht Elemente als Metalle betrachtet, die nicht anders angegeben sind, was die Gesamtzahl ergibt Anzahl der Metalle zu 6 (Alkali) + 6 (Erdalkali) + 40 (Übergang) +28 (Seltene Erden) + 8 (nicht spezifiziert) = 88.

Diese sieben Elemente mit sowohl metallähnlichen als auch nichtmetallähnlichen Eigenschaften besetzen Teile der Reihen 3 bis 6 im Periodensystem und umfassen:

• B
  
• Si
  
• Ge
  
• Wie
  
• Sb
  
• Te
  
• Po

Diese sind bei Raumtemperatur fest und im Bereich der Halbleitertechnologie nützlich und bilden oft Legierungen, oder Kombinationsmetalle, mit anderen metallischen Elementen.