Soorten metalen in het periodiek systeem

Als je aan het woord 'metalen' denkt, denk je waarschijnlijk net zo goed aan alledaagse voorwerpen en hun functie als aan scheikunde of iets anders dat met wetenschap te maken heeft. De meeste machines en veel constructies zijn bijvoorbeeld gemaakt van een of meer metalen vanwege de duurzaamheid en stijfheid die deze materialen bieden. Bovendien worden sommige metalen gewaardeerd om hun uiterlijk, kosten ze veel geld per massa-eenheid en worden ze letterlijk geclassificeerd als "edelmetalen"; goud en zilver zijn misschien wel de meest bekende voorbeelden.

Maar metalen vertegenwoordigen ook een van de drie soorten elementen in de chemie, de andere twee zijn niet-metalen en metalloïden. Metalen zijn eigenlijk verantwoordelijk voor de meeste elementen in de natuur, hoewel je waarschijnlijk maar van een klein deel hiervan hebt gehoord. Voordat we de eigenschappen van metalen onderzoeken, is het handig om te begrijpen wat bekend is onder de term 'element' en hoe het periodiek systeem wordt gebruikt om elementen op de tafel te structureren.

In het dagelijks leven is een "element" een onderdeel van een geheel. Het woord heeft een vergelijkbare, maar striktere definitie in de chemie: een element is iets dat is gemaakt van een bepaald type atoom. Het kan niet verder worden onderverdeeld in eenvoudiger componenten met behulp van alledaagse chemische hulpmiddelen. Vanaf 2018 hadden scheikundigen 92 natuurlijk voorkomende elementen geïdentificeerd, samen met 11 onstabiele elementen die zijn gegenereerd onder laboratoriumomstandigheden. Een bepaald element bestaat als een vaste stof, een vloeistof of een gas in zijn oorspronkelijke vorm.

Een atoom is op zijn beurt een microscopisch kleine verzameling protonen, neutronen en elektronen in een bepaalde combinatie. Waterstof, het eenvoudigste atoom, bestaat alleen uit een proton en een elektron; uranium, de meest massieve, heeft 92 protonen, 92 elektronen en 146 neutronen in een van zijn isotopen. Een atoom heeft meestal hetzelfde aantal protonen, die een positieve lading dragen, en elektronen, die een negatieve lading van gelijke grootte dragen. Het aantal neutronen, die samen met protonen de kernen (enkelvoudige kern) van atomen vormen en geen elektrische lading hebben, benadert het aantal protonen tot op zekere hoogte, hoewel naarmate elementen in omvang toenemen, neutronen de neiging hebben het aantal protonen steeds groter te overtreffen omvang.

Het periodiek systeem is voor scheikunde wat een geïndexeerde lijst van ingrediënten is voor een kookboek. Elke chemische verbinding die je hebt of kunt bedenken, groot of klein, kan worden teruggebracht tot een combinatie van de elementen op het periodiek systeem.

De 113 elementen zijn op deze tabel gerangschikt in oplopende volgorde op atoomnummer. Dit aantal is gewoon het aantal protonen dat een element heeft. Als dit nummer verandert, verandert de identiteit van het element. Dit geldt niet voor neutronen of elektronen; variaties van een element die verschillende aantallen neutronen bevatten, worden genoemd isotopen van dat element, terwijl een element dat meer of minder elektronen heeft dan protonen, an. wordt genoemd ion en draagt ​​een positieve of negatieve elektrische lading.

Het periodiek systeem dankt zijn naam aan het feit dat het categorieën elementen bevat die zichzelf periodiek en voorspelbaar herhalen. Als je naar een periodiek systeem kijkt (zie bronnen voor een interactief voorbeeld), kun je zien dat het heeft enkele merkwaardige gaten in de rijen bovenaan, maar dat deze verdwijnen bij de hogere nummers elementen. Dit komt omdat de elementen niet alleen zijn gerangschikt op basis van atoomnummer; ze zijn ingedeeld in typen op basis van hun verschillende atomaire en chemische eigenschappen.

Strikt genomen kunnen elementen worden gegroepeerd in: metalen en niet-metalen, maar traditioneel zijn er drie elementgroepen: metalen, niet-metalen en metalloïden. Zoals de naam "metalloïden" suggereert, hebben deze elementen zowel metaalachtige als niet-metaalachtige eigenschappen.

Er zijn ook drie basistypen metalen: alkalimetalen, aardalkalimetalen en overgangsmetalen. De overgangsmetalen omvatten een aantal eigen subcategorieën, die later worden beschreven.

De elementen die strikt als niet-metalen zijn geclassificeerd, zijn verrassend weinig in aantal, met slechts zeven van hen (H, C, N, O, P, S en Se) op het periodiek systeem. Deze classificatie sluit echter niet-metalen uit die hun eigen categorieën hebben verdiend, waaronder de vijf halogenen (F, Cl, Br, I en At ) en de zes edelgassen (He, Ne, Ar, Kr, Xe en Ra).

Aangezien er zeven metalloïden en 18 niet-metalen van een soort zijn (zeven niet-metalen per se, zes edelgassen en vijf halogenen), zijn 88 van de 113 elementen in het periodiek systeem geclassificeerd als een soort van metaal. Hoewel deze qua eigenschappen duidelijk sterk uiteenlopen, hebben metalen een aantal kenmerken gemeen.

Metalen zijn vast bij kamertemperatuur, met uitzondering van kwik, een vloeistof die in oudere thermometers wordt gebruikt. Ze hebben glans, wat betekent dat ze licht reflecteren, een eigenschap die ze vaak waarde geeft (bijvoorbeeld koper, zilver). Ze zijn kneedbaar, wat betekent dat ze fysiek tot dunne platen kunnen worden gevormd zonder te breken. Ze zijn meestal hard, hoewel kalium en natrium, die als biologisch actieve ionen in de menselijke bloedbaan dienen, met een gewoon mes kunnen worden gesneden. Ze zijn kneedbaar, wat een mooie manier is om te zeggen dat metalen tot draden kunnen worden gemaakt; deze eigenschap is handig omdat de meeste metalen goede geleiders van elektriciteit en warmte zijn, waardoor ze cruciaal zijn voor moderne industriële toepassingen. Hun geleidbaarheid is een gevolg van het hebben van elektronen die niet stevig aan de kernen zijn gebonden. Ten slotte zijn metalen meestal dicht (dat wil zeggen dat ze een hoge massa per volume-eenheid hebben), en ze hebben een hoog kook- en smeltpunt. Wolfraam heeft een buitengewoon hoog smeltpunt en het is geen toeval dat dit element veel wordt gebruikt in gloeilampen.

De drie categorieën metalen zijn de alkalimetalen, de aardalkalimetalen en de overgangsmetalen. De opstelling van het periodiek systeem is handig om deze nauw gegroepeerd te houden; de alkalimetalen zijn de zes elementen direct onder waterstof (H) in de uiterst linkse kolom van de tabel, die is aangeduid met IA. De aardalkalimetalen zijn de zes "naburen" van de alkalimetalen op de tafel, die de hele kolom IIA beslaan.

De overgangsmetalen bezetten kolommen III tot en met XII en rijen 3 tot en met 6 op het periodiek systeem, voor een totaal van 40 elementen. de 14 lanthaniden (elementen 58 t/m 71) en de 14 actiniden (elementen 90 tot en met 103) worden beschouwd als zeldzame aardmetalen. Ten slotte worden in de meeste schema's acht elementen beschouwd als metalen die niet anders zijn gespecificeerd, wat het totaal opbrengt aantal metalen tot 6 (alkali) + 6 (aardalkali) + 40 (overgang) +28 (zeldzame aarde) + 8 (niet gespecificeerd) = 88.

Deze zeven elementen met zowel metaalachtige eigenschappen als niet-metaalachtige eigenschappen bezetten delen van rijen 3 tot en met 6 in het periodiek systeem en omvatten:

• B
  
• Si
  
• Ge
  
• Net zo
  
• sb
  
• Te
  
• Po

Deze zijn vast bij kamertemperatuur en nuttig op het gebied van halfgeleidertechnologie, en vormen vaak legeringen, of combinatie metalen, met andere metalen elementen.