Tipuri de metale pe tabelul periodic

Când te gândești la cuvântul „metale”, ești la fel de probabil să te gândești la obiectele de zi cu zi și la funcția lor, precum ești chimia sau orice altceva legat de știință. Cele mai multe mașini și multe structuri, de exemplu, sunt fabricate dintr-unul din mai multe metale datorită durabilității și rigidității pe care aceste materiale le oferă. În plus, unele metale sunt apreciate pentru aspectul lor, costă o sumă mare de bani pe unitate de masă și sunt literalmente clasificate ca „metale prețioase”; aurul și argintul sunt probabil cele mai cunoscute exemple.

Dar metalele reprezintă, de asemenea, unul dintre cele trei tipuri de elemente din chimie, celelalte două fiind nemetale și metaloizi. Metalele reprezintă de fapt majoritatea elementelor din natură, deși este posibil să fi auzit doar de o mică parte din acestea. Înainte de a explora proprietățile metalelor, este util să înțelegem exact ceea ce se cunoaște prin termenul „element” și modul în care tabelul periodic este utilizat pentru a structura elementele de pe masă.

În viața de zi cu zi, un „element” este o componentă a unui întreg. Cuvântul are o definiție similară, dar mai strictă, în chimie: un element este ceva realizat dintr-un anumit tip de atom. Nu poate fi împărțit în continuare în componente mai simple folosind instrumente chimice de zi cu zi. Începând din 2018, chimiștii au identificat 92 de elemente naturale, împreună cu 11 elemente instabile care au fost generate în condiții de laborator. Un element dat există fie ca un solid, ca un lichid sau ca un gaz în forma sa nativă.

La rândul său, un atom este o colecție microscopică de protoni, neutroni și electroni într-o combinație. Hidrogenul, cel mai simplu atom, este format doar dintr-un proton și un electron; uraniul, cel mai masiv, are 92 de protoni, 92 de electroni și 146 de neutroni într-unul din izotopii săi. Un atom are de obicei același număr de protoni, care poartă o sarcină pozitivă, și electroni, care poartă o sarcină negativă de aceeași magnitudine. Numărul de neutroni, care alături de protoni alcătuiesc nucleii (nucleul singular) ai atomilor și nu au nicio sarcină electrică, este aproximativ numărul de protoni într-o oarecare măsură, deși pe măsură ce elementele cresc în mărime, neutronii tind să depășească numărul de protoni la un nivel din ce în ce mai mare măsură.

Tabelul periodic este pentru chimie ceea ce este o listă indexată de ingrediente pentru o carte de bucate. Orice compus chimic pe care îl aveți sau vă puteți gândi, mare sau mic, poate fi redus la o combinație a elementelor din tabelul periodic.

Cele 113 elemente sunt aranjate pe acest tabel în ordine crescătoare după numărul atomic. Acest număr este doar numărul de protoni pe care îi are un element. Dacă acest număr se modifică, identitatea elementului se schimbă. Acest lucru nu este valabil pentru neutroni sau electroni; se numesc variații ale unui element care conțin un număr diferit de neutroni izotopi din acel element, în timp ce un element care are mai mulți sau mai puțini electroni decât are protoni se numește ion și poartă o încărcare electrică pozitivă sau negativă.

Tabelul periodic își primește numele deoarece include categorii de elemente care se repetă periodic și previzibil. Când priviți un tabel periodic (consultați Resurse pentru un exemplu interactiv), îl puteți vedea are câteva goluri curioase în rândurile din partea de sus, dar că acestea dispar odată cu numărul mai mare elemente. Acest lucru se datorează faptului că elementele nu au fost doar structurate pe baza numărului atomic; au fost înclinate în tipuri pe baza diferitelor lor proprietăți atomice și chimice.

Strict vorbind, elementele pot fi grupate în metale și nemetalice, dar în mod tradițional există trei grupe de elemente: metale, nemetale și metaloizi. După cum sugerează numele „metaloizi”, aceste elemente au atât proprietăți asemănătoare metalului, cât și proprietăți nemetalice.

Există, de asemenea, trei tipuri de bază de metale: metale alcaline, metale alcalino-pământoase și metale de tranziție. Metalele de tranziție includ o serie de subcategorii proprii, descrise mai târziu.

Elementele clasificate strict ca nemetale sunt surprinzător de puține ca număr, doar șapte dintre ele (H, C, N, O, P, S și Se) punctând tabelul periodic. Cu toate acestea, această clasificare exclude nemetalele care și-au câștigat propriile categorii, inclusiv cele cinci halogeni (F, Cl, Br, I și At) și cei șase gaze nobile (El, Ne, Ar, Kr, Xe și Ra).

Deoarece există șapte metaloizi și 18 nemetali de un fel (șapte nemetali în sine, șase gaze nobile și cinci halogeni), 88 din cele 113 elemente de pe tabelul periodic sunt clasificate ca un anumit tip de metal. În timp ce acestea variază în mod clar în ceea ce privește proprietățile lor, metalele au în comun o serie de caracteristici.

Metalele sunt solide la temperatura camerei, cu excepția notabilă a mercurului, un lichid utilizat în termometrele mai vechi. Au strălucire, ceea ce înseamnă că reflectă lumina, o proprietate care le oferă adesea valoare (de exemplu, cupru, argint). Sunt maleabile, ceea ce înseamnă că pot fi modelate fizic în foi subțiri, fără a se fractura. Sunt de obicei dure, deși potasiul și sodiul, care servesc drept ioni biologic activi în sângele uman, pot fi tăiați cu un cuțit obișnuit. Sunt ductile, ceea ce reprezintă un mod elegant de a spune că metalele pot fi transformate în fire; această proprietate este convenabilă deoarece majoritatea metalelor sunt buni conductori de electricitate și căldură, ceea ce le face cruciale pentru aplicațiile industriale moderne. Conductivitatea lor este o consecință a existenței unor electroni care nu sunt strâns legați de nuclee. În cele din urmă, metalele sunt de obicei dense (adică au o masă mare pe unitate de volum) și au puncte de fierbere și de topire ridicate. Tungstenul are un punct de topire extraordinar de ridicat și nu este întâmplător faptul că acest element este utilizat pe scară largă în filamentele becurilor.

Cele trei categorii de metale sunt metalele alcaline, metalele alcalino-pământoase și metalele de tranziție. Aranjamentul tabelului periodic este util pentru a le menține strâns grupate; metalele alcaline sunt cele șase elemente aflate direct sub hidrogen (H) în coloana din stânga extremă a tabelului, care este etichetată IA. Metalele alcalino-pământoase sunt cele șase „vecine vecine” ale metalelor alcaline de pe masă, ocupând toată coloana IIA.

Metalele de tranziție ocupă coloanele III până la XII și rândurile 3 până la 6 de pe tabelul periodic, pentru un total de 40 de elemente. Cele 14 lantanide (elementele 58 până la 71) și cele 14 actinide (elementele de la 90 la 103) sunt considerate metale din pământurile rare. În cele din urmă, în majoritatea schemelor, opt elemente sunt considerate metale nespecificate altfel, aducând totalul numărul de metale la 6 (alcalin) + 6 (alcalin pământ) + 40 (de tranziție) +28 (pământ rar) + 8 (nespecificat) = 88.

Aceste șapte elemente cu proprietăți asemănătoare metalului și proprietăți nemetalice ocupă porțiuni din rândurile 3 până la 6 din tabelul periodic și includ:

• B
  
• Si
  
• GE
  
• La fel de
  
• Sb
  
• Te
  
• Po

Acestea sunt solide la temperatura camerei și sunt utile în domeniul tehnologiei semiconductoarelor și se formează adesea aliaje, sau metale combinate, cu alte elemente metalice.