Fémek típusai a periódusos rendszerben

Ha a "fémek" szóra gondol, ugyanolyan valószínűséggel gondol a mindennapi tárgyakra és azok működésére, mint a kémia vagy bármi más, ami a tudományhoz kapcsolódik. A legtöbb gép és sok szerkezet például több fém egyikéből készül, ezeknek az anyagoknak a tartóssága és merevsége miatt. Ezen túlmenően egyes fémeket megjelenésük miatt értékelnek, tömegegységre rengeteg pénz kerül, és szó szerint "nemesfémek" közé sorolják; az arany és az ezüst a legismertebb példák.

De a fémek a kémia három elemtípusának egyikét is képviselik, a másik kettő nemfém és metalloid. A természetben a fémek teszik ki a legtöbb elemet, bár valószínűleg ezeknek csak kis hányadáról hallottál. A fémek tulajdonságainak feltárása előtt hasznos megérteni, hogy mi ismeretes az "elem" kifejezés alatt, és hogyan használják a periódusos rendszereket az asztalon lévő elemek felépítésére.

A mindennapi életben az "elem" az egész alkotóeleme. A szó hasonló, de szigorúbb definícióval rendelkezik a kémia területén: Az elem egy bizonyos típusú atomból készül. Nem osztható tovább egyszerűbb összetevőkre a mindennapi kémiai eszközök segítségével. 2018-tól a vegyészek 92 természetben előforduló elemet azonosítottak, 11 laboratóriumi körülmények között létrejött instabil elem mellett. Egy adott elem szilárd anyagként, folyadékként vagy gázként létezik natív formájában.

Az atom viszont protonok, neutronok és elektronok mikroszkopikus gyűjteménye valamilyen kombinációban. A hidrogén, a legegyszerűbb atom, csak protonból és elektronból áll; A legnagyobb tömegű uránban az egyik izotópjában 92 proton, 92 elektron és 146 neutron található. Az atomok általában ugyanannyi protont tartalmaznak, amelyek pozitív töltést hordoznak, és az elektronok, amelyek egyenlő nagyságú negatív töltést hordoznak. A neutronok száma, amelyek a protonokkal együtt alkotják az atomok magját (szinguláris magját) és nincs elektromos töltésük, megközelíti a protonok száma bizonyos mértékig, bár az elemek méretének növekedésével a neutronok hajlamosak egyre nagyobb mértékben meghaladni a protonokat mértékben.

A periódusos rendszer a kémia számára az összetevők indexelt listáját jelenti a szakácskönyvhez. Bármely kémiai vegyület, amely van vagy gondolhat, akár nagy, akár kicsi, a periódusos rendszer egyes elemeire redukálható.

A 113 elem ezen az asztalon atomszám szerint növekvő sorrendben van elrendezve. Ez a szám csak egy elem protonjainak száma. Ha ez a szám megváltozik, az elem azonossága megváltozik. Ez nem igaz a neutronokra vagy az elektronokra; Különböző számú neutronokat tartalmazó elem variációit hívjuk izotópok elemét, míg egy olyan elemet, amelynek több vagy kevesebb elektronja van, mint protonjainak, an-nak nevezzük ion és pozitív vagy negatív elektromos töltést hordoz.

A periódusos rendszer azért kapta a nevét, mert olyan elemkategóriákat tartalmaz, amelyek időszakosan és kiszámíthatóan megismétlik önmagukat. Ha megnéz egy periódusos táblázatot (lásd az Interaktív példát a forrásokban), láthatja, hogy ez van néhány furcsa rés a tetején lévő sorokban, de ezek eltűnnek a nagyobb számmal elemek. Ez azért van, mert az elemeket nem csupán atomszám alapján rendeztük el; különféle atomi és kémiai tulajdonságaik alapján típusokba osztották őket.

Szigorúan véve az elemek csoportosíthatók fémek és nemfémek, de hagyományosan három elemcsoport van: fémek, nemfémek és metalloidok. Ahogy a "metalloidok" elnevezés is sugallja, ezek az elemek fém- és nem fémszerű tulajdonságokkal rendelkeznek.

A fémeknek három alapvető típusa is van: alkálifémek, alkáliföldfémek és átmeneti fémek. Az átmeneti fémek számos saját alkategóriát tartalmaznak, amelyeket később leírunk.

A szigorúan nemfémeknek minősített elemek száma meglepően kevés, közülük csak hét (H, C, N, O, P, S és Se) tarkítja a periódusos táblázatot. Ez a besorolás azonban kizárja azokat a nemfémeket, amelyek megszerezték a saját kategóriájukat, beleértve az ötöt is halogének (F, Cl, Br, I és At) és a hat nemesgázok (Ő, Ne, Ar, Kr, Xe és Ra).

Mivel hét metalloid és 18 valamilyen nemfém van (önmagában hét nemfém, hat nemesgáz és öt halogén), a periódusos rendszer 113 eleméből 88 valamilyen típusúnak minősül fém. Míg ezek tulajdonságai egyértelműen jelentősen eltérnek, a fémek számos közös tulajdonsággal rendelkeznek.

A fémek szobahőmérsékleten szilárdak, kivéve a régebbi hőmérőkben használt folyékony higanyt. Fényük van, vagyis tükrözik a fényt, egy tulajdonságot, amely gyakran értéket ad nekik (például réz, ezüst). Hajlékonyak, vagyis fizikailag vékony lapokká alakíthatók törés nélkül. Jellemzően kemények, bár az emberi véráramban biológiailag aktív ionként szolgáló kálium és nátrium közönséges késsel vágható. Rugalmasak, ami fantasztikus módja annak, hogy azt mondják, hogy a fémeket huzallá lehet tenni; Ez a tulajdonság azért kényelmes, mert a legtöbb fém jó elektromos áram- és hővezető, így döntő fontosságú a modern ipari alkalmazások szempontjából. Vezetõképességük annak az eredménye, hogy elektronjaik nincsenek szorosan kötõdve a magokhoz. Végül a fémek általában sűrűek (vagyis nagy az egységnyi térfogatú tömegük), és magas a forrás- és az olvadáspontjuk. A volfrámnak rendkívül magas az olvadáspontja, és nem véletlen, hogy ezt az elemet széles körben használják az izzólámpákban.

A fémek három kategóriája az alkálifémek, az alkáliföldfémek és az átmenetifémek. A periódusos rendszer elrendezése jól jön ezek szoros csoportosításában; az alkálifémek a hat elem közvetlenül a hidrogén (H) alatt vannak a táblázat bal szélső oszlopában, amelyet IA-val jelölnek. Az alkáliföldfémek az asztalon lévő alkálifémek hat "szomszéd szomszédja", amelyek a IIA. Oszlop összes részét elfoglalják.

Az átmeneti fémek a periódusos rendszer III – XII oszlopát és a 3–6. Sorokat foglalják el, összesen 40 elemet. A 14 lantanidok (58–71. elem) és a 14 aktinidák (90–103. elemek) ritkaföldfémeknek számítanak. Végül a legtöbb séma szerint nyolc elem másképpen nem meghatározott fémnek tekinthető, így az összes fémek száma 6-ig (alkáli) + 6 (alkáliföld) + 40 (átmeneti) +28 (ritkaföldfém) + 8 (meghatározatlan) = 88.

Ez a hét, fém- és nem fémjellemző tulajdonságú elem foglalja el a periódusos rendszer 3–6. Sorának részét, és a következőket tartalmazza:

• B
  
• Si
  
• Ge
  
• Mint
  
• Sb
  
• Te
  
• Po

Ezek szobahőmérsékleten szilárdak és a félvezető technológia területén hasznosak, és gyakran kialakulnak ötvözetekvagy fémek kombinációja más fémelemekkel.