סוגי מתכות בטבלה המחזורית

כשאתה חושב על המילה "מתכות", אתה צפוי לחשוב על אובייקטים יומיומיים ותפקודם כמו שאתה כימיה או כל דבר אחר שקשור למדע. רוב המכונות ומבנים רבים, למשל, עשויים אחת ממתכות נוספות בגלל העמידות והנוקשות שהחומרים הללו מציעים. בנוסף, מתכות מסוימות מוערכות בזכות המראה שלהן, עולות הרבה מאוד כסף ליחידת מסה וממש מסווגות כ"מתכות יקרות "; זהב וכסף הם אולי הדוגמאות הידועות ביותר.

אך מתכות מייצגות גם אחד משלושת סוגי היסודות בכימיה, והשניים האחרים אינם מתכתיים ומתכות. מתכות למעשה מייצגות את רוב האלמנטים בטבע, אם כי סביר להניח ששמעתם רק על חלק קטן מאלה. לפני שבוחנים את תכונות המתכות, כדאי להבין בדיוק מה ידוע במונח "יסוד" וכיצד משתמשים בטבלה המחזורית לבניית אלמנטים על השולחן.

בחיי היומיום, "אלמנט" הוא מרכיב שלם. למילה הגדרה דומה, אך קפדנית יותר, בכימיה: יסוד הוא דבר העשוי מסוג אטום אחד מסוים. לא ניתן לחלק אותו עוד לרכיבים פשוטים יותר באמצעות כלים כימיים יומיומיים. נכון לשנת 2018, כימאים זיהו 92 יסודות טבעיים, יחד עם 11 יסודות לא יציבים שנוצרו בתנאי מעבדה. יסוד נתון קיים כמוצק, כנוזל או כגז בצורתו הטבעית.

אטום בתורו הוא אוסף מיקרוסקופי של פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים בשילוב כלשהו. מימן, האטום הפשוט ביותר, מורכב רק מפרוטון ואלקטרון; לאורניום, המסיבי ביותר, יש 92 פרוטונים, 92 אלקטרונים ו- 146 נויטרונים באחד האיזוטופים שלו. באטום יש בדרך כלל מספר זהה של פרוטונים, הנושאים מטען חיובי, ואלקטרונים הנושאים מטען שלילי בסדר גודל זהה. מספר הנייטרונים, המרכיבים יחד עם פרוטונים את גרעיני האטום (אטום) ואין להם מטען חשמלי, בערך מספר הפרוטונים במידה מסוימת, אם כי ככל שאלמנטים עולים בגודלם, נויטרונים נוטים לעלות על מספר פרוטונים לגדול יותר ויותר מידה.

הטבלה המחזורית היא לכימיה מהי רשימת מרכיבים צמודה לספר בישול. כל תרכובת כימית שיש לך או שאתה יכול לחשוב עליה, גדולה או קטנה, יכולה להיות מופחתת לשילוב כלשהו של היסודות בטבלה המחזורית.

113 האלמנטים מסודרים על שולחן זה בסדר עולה לפי מספר אטומי. מספר זה הוא רק מספר הפרוטונים שיש לאלמנט. אם מספר זה משתנה, זהות האלמנט משתנה. זה לא נכון לגבי נויטרונים או אלקטרונים; וריאציות של אלמנט המכיל מספר שונה של נויטרונים נקראות איזוטופים של אותו יסוד, ואילו אלמנט שיש בו פחות או יותר אלקטרונים ממה שיש לו פרוטונים נקרא יוֹן ונושא מטען חשמלי חיובי או שלילי.

הטבלה המחזורית מקבלת את שמה מכיוון שהיא כוללת קטגוריות של אלמנטים החוזרים על עצמם מעת לעת וצפויה. כאשר אתה מסתכל על טבלה מחזורית (ראה משאבים לדוגמא אינטראקטיבית), תוכל לראות אותה יש כמה פערים מוזרים בשורות בחלק העליון, אך אלה נעלמים עם המספרים הגבוהים יותר אלמנטים. הסיבה לכך היא שהיסודות לא סודרו רק על סמך המספר האטומי; הם חולקו לסוגים המבוססים על תכונותיהם האטומיות והכימיות השונות.

בקפדנות, ניתן לקבץ אלמנטים מתכות ו לא מתכות, אך באופן מסורתי ישנן שלוש קבוצות יסודות: מתכות, לא מתכות ו מטלואידים. כפי שמרמז השם "מטלואידים", לאלמנטים אלה תכונות דומות למתכת ולא דמויות מתכת.

ישנם גם שלושה סוגים בסיסיים של מתכות: מתכות אלקליות, מתכות אדמה אלקליין ומתכות מעבר. מתכות המעבר כוללות מספר תת-קטגוריות משלהן, שתוארו בהמשך.

האלמנטים המסווגים אך ורק כאל מתכות הם מעטים באופן מפתיע, ורק שבעה מהם (H, C, N, O, P, S ו- Se) מנקדים את הטבלה המחזורית. סיווג זה, לעומת זאת, אינו כולל מתכות שאינן זכו בקטגוריות משלהן, כולל החמישה הלוגנים (F, Cl, Br, I ו- At) והשישה גזים אצילים (הוא, Ne, Ar, Kr, Xe ו- Ra).

מכיוון שיש שבעה מטאלואידים ו -18 לא מתכות מסוג כלשהו (שבעה לא מתכות כשלעצמן, שישה גזים אצילים וחמישה הלוגנים), 88 מתוך 113 היסודות בטבלה המחזורית מסווגים כסוג כלשהו של מַתֶכֶת. אמנם אלה נעים בבירור בתכונותיהם, אך מתכות חולקות מספר מאפיינים משותפים.

מתכות מוצקות בטמפרטורת החדר, למעט כספית, נוזל המשמש במדי חום ישנים יותר. יש להם ברק, כלומר הם מחזירים אור, תכונה שלעתים קרובות מעניקה להם ערך (למשל, נחושת, כסף). הם ניתנים לגמישות, כלומר הם יכולים להיות מעוצבים פיזית לסדינים דקים מבלי לשבור. הם בדרך כלל קשים, אם כי ניתן לחתוך אשלגן ונתרן, המשמשים כיונים פעילים ביולוגית בזרם הדם האנושי, בעזרת סכין רגילה. הם רקיעיים, וזו דרך מהודרת לומר שניתן לייצר מתכות לחוטים; מאפיין זה נוח מכיוון שרוב המתכות הן מוליכות טובות של חשמל וחום, מה שהופך אותן לקריטיות ליישומים תעשייתיים מודרניים. המוליכות שלהם היא תוצאה של קיום אלקטרונים שאינם קשורים היטב לגרעינים. לבסוף, מתכות בדרך כלל צפופות (כלומר יש להן מסה גבוהה ליחידת נפח), ויש להן נקודות רתיחה והתכה גבוהות. לטונגסטן נקודת התכה גבוהה במיוחד, וזה לא מקרי כי נעשה שימוש נרחב באלמנט זה בחוטים של נורות.

שלוש קטגוריות המתכות הן המתכות האלקליות, מתכות האדמה האלקליין ומתכות המעבר. סידור הטבלה המחזורית מועיל לשמירה על קבוצות הדוקות; המתכות האלקליות הן ששת היסודות ישירות מתחת למימן (H) בעמודה השמאלית הקיצונית של הטבלה, שכותרתה IA. מתכות האדמה האלקליין הן שש "השכנים הסמוכים" של המתכות האלקליות שעל השולחן, ותופסות את כל העמודה IIA.

מתכות המעבר תופשות את העמודות III עד XII ואת השורות 3 עד 6 בטבלה המחזורית, ובסך הכל 40 יסודות. 14 לנתנידים (אלמנטים 58 עד 71) וה 14 אקטינידים (יסודות 90 עד 103) נחשבים למתכות אדמה נדירה. לבסוף, ברוב התוכניות, שמונה אלמנטים נחשבים למתכות שלא צוינו אחרת, ומביאים את הסכום הכולל מספר מתכות ל 6 (אלקליות) + 6 (אדמה אלקליין) + 40 (מעבר) +28 (אדמה נדירה) + 8 (לא מוגדר) = 88.

שבעת האלמנטים הללו עם מאפיינים דמויי מתכת וגם מאפיינים שאינם דומים למתכת תופסים חלקים משורות 3 עד 6 בטבלה המחזורית, וכוללים:

• ב
  
• סִי
  
• Ge
  
• כפי ש
  
• Sb
  
• Te
  
• פו

אלה מוצקים בטמפרטורת החדר ושימושיים בתחום טכנולוגיית המוליכים למחצה, ולעתים קרובות הם נוצרים סגסוגות, או מתכות משולבות, עם אלמנטים מתכתיים אחרים.