Rodzaje metali w układzie okresowym

Kiedy myślisz o słowie „metale”, prawdopodobnie myślisz o przedmiotach codziennego użytku i ich funkcji, jak o chemii lub o czymkolwiek innym związanym z nauką. Na przykład większość maszyn i wiele konstrukcji jest wykonanych z jednego lub większej liczby metali ze względu na trwałość i sztywność, jaką oferują te materiały. Ponadto niektóre metale są cenione ze względu na swój wygląd, kosztują dużo pieniędzy na jednostkę masy i są dosłownie klasyfikowane jako „metale szlachetne”; złoto i srebro to chyba najbardziej znane przykłady.

Ale metale reprezentują również jeden z trzech rodzajów pierwiastków w chemii, pozostałe dwa to niemetale i metaloidy. W rzeczywistości metale stanowią większość pierwiastków występujących w przyrodzie, chociaż prawdopodobnie słyszałeś tylko o niewielkiej ich części. Przed zbadaniem właściwości metali warto zrozumieć, co jest znane pod pojęciem „pierwiastek” i jak układ okresowy pierwiastków jest używany do tworzenia struktury pierwiastków na stole.

W życiu codziennym „element” jest składnikiem całości. Słowo to ma podobną, ale bardziej ścisłą definicję w chemii: pierwiastek to coś wykonanego z jednego konkretnego typu atomu. Nie można go dalej dzielić na prostsze składniki przy użyciu codziennych narzędzi chemicznych. W 2018 roku chemicy zidentyfikowali 92 naturalnie występujące pierwiastki oraz 11 niestabilnych pierwiastków, które zostały wygenerowane w warunkach laboratoryjnych. Dany pierwiastek istnieje jako ciało stałe, ciecz lub gaz w swojej naturalnej postaci.

Z kolei atom jest mikroskopijnym zbiorem protonów, neutronów i elektronów w pewnej kombinacji. Wodór, najprostszy atom, składa się tylko z protonu i elektronu; uran, najbardziej masywny, ma 92 protony, 92 elektrony i 146 neutronów w jednym ze swoich izotopów. Atom ma zwykle taką samą liczbę protonów, które mają ładunek dodatni, i elektronów, które mają ładunek ujemny równej wielkości. Liczba neutronów, które wraz z protonami tworzą jądra atomów (jądra pojedyncze) i nie mają ładunku elektrycznego, przybliża się liczba protonów do pewnego stopnia, chociaż wraz ze wzrostem rozmiarów pierwiastków neutrony mają tendencję do coraz większej liczby protonów stopień.

Układ okresowy pierwiastków jest dla chemii tym, czym indeksowana lista składników jest dla książki kucharskiej. Każdy związek chemiczny, który masz lub o którym możesz pomyśleć, duży lub mały, można zredukować do jakiejś kombinacji pierwiastków w układzie okresowym.

113 pierwiastków jest ułożonych na tym stole w porządku rosnącym według liczby atomowej. Ta liczba to po prostu liczba protonów, które ma dany pierwiastek. Jeśli ten numer się zmieni, zmieni się tożsamość elementu. Nie dotyczy to neutronów czy elektronów; wariacje pierwiastka, które zawierają różne liczby neutronów, nazywane są izotopy tego pierwiastka, podczas gdy pierwiastek, który ma więcej lub mniej elektronów niż protonów, nazywa się an jon i przenosi dodatni lub ujemny ładunek elektryczny.

Układ okresowy ma swoją nazwę, ponieważ zawiera kategorie pierwiastków, które powtarzają się okresowo i w sposób przewidywalny. Kiedy patrzysz na układ okresowy (zobacz Zasoby dla interaktywnego przykładu), możesz zobaczyć, że: ma kilka ciekawych luk w rzędach u góry, ale te znikają wraz z wyższymi numerami elementy. Dzieje się tak, ponieważ elementy nie zostały ułożone w szyku na podstawie liczby atomowej; zostały podzielone na typy w oparciu o ich różne właściwości atomowe i chemiczne.

Ściśle mówiąc, elementy można pogrupować w metale i niemetale, ale tradycyjnie istnieją trzy grupy pierwiastków: metale, niemetale i metaloidy. Jak sugeruje nazwa „metaloidy”, pierwiastki te mają zarówno właściwości metalopodobne, jak i niemetaliczne.

Istnieją również trzy podstawowe rodzaje metali: metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych i metale przejściowe. Metale przejściowe obejmują szereg własnych podkategorii, opisanych w dalszej części.

Pierwiastki sklasyfikowane ściśle jako niemetale są zaskakująco nieliczne, a tylko siedem z nich (H, C, N, O, P, S i Se) znajduje się w układzie okresowym. Ta klasyfikacja wyklucza jednak niemetale, które zdobyły własne kategorie, w tym pięć halogeny (F, Cl, Br, I i At ) i sześć Gazy szlachetne (He, Ne, Ar, Kr, Xe i Ra).

Ponieważ istnieje siedem niemetali i 18 pewnego rodzaju niemetali (siedem niemetali per se, sześć gazów szlachetnych) i pięć halogenów), 88 ze 113 pierwiastków w układzie okresowym jest sklasyfikowanych jako pewien typ metal. Chociaż te wyraźnie różnią się pod względem właściwości, metale mają wiele wspólnych cech.

Metale są stałe w temperaturze pokojowej, z godnym uwagi wyjątkiem rtęci, cieczy stosowanej w starszych termometrach. Mają połysk, co oznacza, że ​​odbijają światło, co często nadaje im wartość (np. miedź, srebro). Są plastyczne, co oznacza, że ​​można je fizycznie kształtować w cienkie arkusze bez pękania. Są one zazwyczaj twarde, chociaż potas i sód, które pełnią funkcję biologicznie aktywnych jonów w ludzkim krwiobiegu, można przeciąć zwykłym nożem. Są plastyczne, co jest fantazyjnym sposobem powiedzenia, że ​​z metali można zrobić druty; Ta właściwość jest dogodna, ponieważ większość metali jest dobrymi przewodnikami elektryczności i ciepła, co czyni je kluczowymi w nowoczesnych zastosowaniach przemysłowych. Ich przewodnictwo jest konsekwencją posiadania elektronów, które nie są ściśle związane z jądrami. Wreszcie metale są zwykle gęste (to znaczy mają dużą masę na jednostkę objętości) i mają wysoką temperaturę wrzenia i topnienia. Wolfram ma niezwykle wysoką temperaturę topnienia i nie jest przypadkiem, że ten pierwiastek jest szeroko stosowany we włóknach żarówek.

Trzy kategorie metali to metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych i metale przejściowe. Układ układu okresowego pierwiastków przydaje się do utrzymywania ich w ścisłym pogrupowaniu; metale alkaliczne to sześć pierwiastków bezpośrednio pod wodorem (H) w skrajnej lewej kolumnie tabeli, oznaczonej jako IA. Metale ziem alkalicznych to sześć „sąsiednich sąsiadów” metali alkalicznych na stole, zajmujących całą kolumnę IIA.

Metale przejściowe zajmują kolumny od III do XII oraz rzędy od 3 do 6 w układzie okresowym, łącznie 40 pierwiastków. 14 lantanowce (elementy 58 do 71) i 14 aktynowce (elementy 90 do 103) są uważane za metale ziem rzadkich. Wreszcie, w większości schematów, osiem pierwiastków jest uważanych za metale niewymienione inaczej, co daje sumę liczba metali do 6 (alkalia) + 6 (ziemia alkaliczna) + 40 (przejściowo) +28 (ziemia rzadkie) + 8 (nieokreślone) = 88.

Te siedem pierwiastków o właściwościach podobnych do metalu i właściwościach niemetalicznych zajmuje części rzędów od 3 do 6 w układzie okresowym i obejmują:

• b
  
• Si
  
• Ge
  
• Tak jak
  
• Sb
  
• Te
  
• Po

Są one stałe w temperaturze pokojowej i przydatne w dziedzinie technologii półprzewodnikowej i często tworzą się stopylub metale kombinowane z innymi elementami metalicznymi.