Typer av metaller på det periodiska systemet

När du tänker på ordet "metaller" är det lika troligt att du tänker på vardagliga föremål och deras funktion som du är kemi eller något annat relaterat till vetenskap. De flesta maskiner och många strukturer är till exempel tillverkade av en av fler metaller på grund av den hållbarhet och styvhet som dessa material erbjuder. Dessutom värderas vissa metaller för sitt utseende, kostar mycket pengar per massenhet och klassificeras bokstavligen som "ädla metaller"; guld och silver är kanske de mest kända exemplen.

Men metaller representerar också en av de tre typerna av element i kemin, de andra två är icke-metalliska och metalloider. Metaller står faktiskt för majoriteten av elementen i naturen, även om du sannolikt bara har hört talas om en liten del av dessa. Innan man utforskar egenskaperna hos metaller är det bra att förstå vad som är känt under termen "element" och hur det periodiska systemet används för att strukturera element på bordet.

I vardagen är ett "element" en komponent i en helhet. Ordet har en liknande men striktare definition inom kemi: Ett element är något som är gjord av en viss typ av atom. Det kan inte delas vidare i enklare komponenter med hjälp av kemiska verktyg i vardagen. Från och med 2018 hade kemister identifierat 92 naturligt förekommande element, tillsammans med 11 instabila element som har genererats under laboratorieförhållanden. Ett givet element existerar antingen som ett fast ämne, en vätska eller en gas i sin naturliga form.

En atom är i sin tur en mikroskopisk samling av protoner, neutroner och elektroner i någon kombination. Väte, den enklaste atomen, består endast av en proton och en elektron; uran, det mest massiva, har 92 protoner, 92 elektroner och 146 neutroner i en av dess isotoper. En atom har vanligtvis samma antal protoner, som har en positiv laddning, och elektroner, som har en negativ laddning av samma storlek. Antalet neutroner, som tillsammans med protoner utgör atomernas kärnor (singulär kärna) och inte har någon elektrisk laddning, är ungefär antalet protoner i viss utsträckning, men när elementen stiger i storlek tenderar neutroner att överträffa protoner till en större och större utsträckning.

Det periodiska systemet är för kemi vad en indexerad ingrediensförteckning är för en kokbok. Varje kemisk förening du har eller kan tänka dig, stor eller liten, kan reduceras till någon kombination av elementen i det periodiska systemet.

De 113 elementen är ordnade på denna tabell i stigande ordning efter atomnummer. Detta nummer är bara antalet protoner som ett element har. Om detta nummer ändras, ändras elementets identitet. Detta gäller inte neutroner eller elektroner; variationer av ett element som innehåller olika antal neutroner kallas isotoper av det elementet, medan ett element som har fler eller färre elektroner än det har protoner kallas en Jon och har en positiv eller negativ elektrisk laddning.

Det periodiska systemet får sitt namn eftersom det innehåller kategorier av element som upprepar sig periodiskt och förutsägbart. När du tittar på ett periodiskt system (se Resurser för ett interaktivt exempel) kan du se att det har några märkliga luckor i raderna högst upp men att dessa försvinner med de högre numrerade element. Detta beror på att elementen inte bara har sorterats baserat på atomnummer; de har delats in i typer baserat på deras olika atom- och kemiska egenskaper.

Strängt taget kan element grupperas i metaller och icke-metalliska, men traditionellt finns det tre elementgrupper: metaller, icke-metall och metalloider. Som namnet "metalloider" antyder har dessa element både metallliknande och icke-metallliknande egenskaper.

Det finns också tre bastyper av metaller: alkalimetaller, jordalkalimetaller och övergångsmetaller. Övergångsmetallerna inkluderar ett antal underkategorier som beskrivs senare.

Elementen som klassificeras strikt som icke-metall är överraskande få i antal, med endast sju av dem (H, C, N, O, P, S och Se) som prickar det periodiska systemet. Denna klassificering exkluderar dock icke-metaller som har tjänat sina egna kategorier, inklusive de fem halogener (F, Cl, Br, I och At) och de sex ädelgaser (Han, Ne, Ar, Kr, Xe och Ra).

Eftersom det finns sju metalloider och 18 icke-metaller av något slag (sju icke-metaller i sig, sex ädelgaser och fem halogener), 88 av de 113 elementen i det periodiska systemet klassificeras som någon typ av metall. Medan dessa tydligt varierar avsevärt i sina egenskaper, har metaller ett antal gemensamma egenskaper.

Metaller är fasta vid rumstemperatur med det anmärkningsvärda undantaget kvicksilver, en vätska som används i äldre termometrar. De har glans, vilket innebär att de reflekterar ljus, en egenskap som ofta ger dem värde (t.ex. koppar, silver). De är smidiga, vilket innebär att de fysiskt kan formas till tunna ark utan att spricka. De är vanligtvis hårda, även om kalium och natrium, som fungerar som biologiskt aktiva joner i människans blodomlopp, kan skäras med en vanlig kniv. De är duktila, vilket är ett snyggt sätt att säga att metaller kan göras till trådar; den här egenskapen är bekväm eftersom de flesta metaller är bra ledare för el och värme, vilket gör dem avgörande för moderna industriella applikationer. Deras ledningsförmåga är en följd av att de har elektroner som inte är tätt bundna till kärnorna. Slutligen är metaller vanligtvis täta (det vill säga de har en hög massa per volymenhet) och de har höga kokpunkter och smältpunkter. Volfram har en utomordentligt hög smältpunkt, och det är ingen slump att detta element används ofta i glödlampor.

De tre kategorierna av metaller är alkalimetallerna, jordalkalimetallerna och övergångsmetallerna. Arrangemanget av det periodiska systemet är praktiskt för att hålla dessa nära grupperade; alkalimetallerna är de sex elementen direkt under väte (H) i längst till vänster i kolumnen i tabellen, som är märkt IA. Jordalkalimetallerna är de sex "intilliggande grannarna" av alkalimetallerna på bordet och upptar hela kolumn IIA.

Övergångsmetallerna upptar kolumnerna III till XII och raderna 3 till 6 i det periodiska systemet, för totalt 40 element. Den 14 lantanider (element 58 till 71) och 14 aktinider (element 90 till 103) anses vara sällsynta jordartsmetaller. Slutligen, i de flesta scheman, anses åtta element vara metaller som inte anges på annat sätt, vilket ger summan antal metaller till 6 (alkali) + 6 (alkaliska jordarter) + 40 (övergångsår) +28 (sällsynta jordarter) + 8 (ospecificerade) = 88.

Dessa sju element med både metall-liknande egenskaper och icke-metall-liknande egenskaper upptar delar av raderna 3 till 6 i det periodiska systemet och inkluderar:

• B
  
• Si
  
• Ge
  
• Som
  
• Sb
  
• Te
  
• Po

Dessa är fasta vid rumstemperatur och användbara inom området för halvledarteknik och bildas ofta legeringar, eller kombinationsmetaller, med andra metalliska element.