Metale i niemetale — właściwości i różnice

Metale i niemetale różnią się głównie tym, jak ich atomy obchodzą się z elektronami, oraz wynikającymi z tego właściwościami. Ogólnie metale dobrze przewodzą ciepło i prąd oraz łatwiej tracą elektrony, natomiast niemetale zwykle przewodzą gorzej i częściej przyjmują elektrony albo uwspólniają je w wiązaniach kowalencyjnych.

To jest ogólna prawidłowość, a nie reguła bez wyjątków. Jeśli potrzebujesz dokładnego przewidywania, nadal znaczenie mają konkretny pierwiastek i warunki chemiczne.

Metale a niemetale w skrócie

• Metale są często błyszczące, kowalne i dobrze przewodzą prąd.
• Niemetale są często matowe lub kruche, jeśli są ciałami stałymi, i zwykle słabo przewodzą.
• Metale często tworzą jony dodatnie, czyli kationy.
• Niemetale często tworzą jony ujemne w związkach jonowych albo uwspólniają elektrony w związkach kowalencyjnych.

To są główne idee, których uczniowie zwykle potrzebują na początku. Głębsza przyczyna dotyczy zachowania elektronów.

Skąd bierze się ta różnica

Podział na metale i niemetale wynika głównie z tego, jak silnie atomy przyciągają swoje elektrony walencyjne. Metale na ogół wiążą te elektrony słabiej niż niemetale, dlatego w wielu reakcjach łatwiej je tracą. Niemetale zwykle silniej przyciągają elektrony, więc częściej je przyjmują albo uwspólniają.

To pomaga wyjaśnić dwa częste schematy. Metal połączony z niemetalem często tworzy związek jonowy, ponieważ w wielu przypadkach przeniesienie elektronu jest korzystne. Metale mają też tendencję do dobrego przewodzenia prądu, ponieważ elektrony mogą poruszać się w krysztale metalu swobodniej niż w większości ciał stałych niemetalicznych.

Właściwości metali

Metale są często błyszczące, dobrze przewodzą ciepło i prąd oraz są kowalne, co oznacza, że można je kształtować bez łamania. Wiele z nich jest także ciągliwych, więc można z nich wyciągać druty.

Większość metali jest ciałami stałymi w temperaturze pokojowej, ale nie wszystkie. Rtęć jest dobrze znanym wyjątkiem, ponieważ w temperaturze pokojowej jest cieczą.

W reakcjach metale często tworzą jony dodatnie. Sód zwykle tworzy $Na^+$, magnez zwykle tworzy $Mg^{2+}$, a glin zwykle tworzy $Al^{3+}$ w zadaniach z chemii na poziomie podstawowym.

Właściwości niemetali

Niemetale zwykle gorzej przewodzą ciepło i prąd. Jeśli niemetal jest ciałem stałym, często jest kruchy zamiast kowalny.

Wiele niemetali jest gazami w temperaturze pokojowej, ale nie wszystkie. Węgiel, siarka i fosfor to niemetale stałe, a brom jest niemetalem ciekłym.

Pod względem chemicznym niemetale często tworzą jony ujemne w związkach jonowych albo uwspólniają elektrony w związkach kowalencyjnych. Chlor często tworzy $Cl^-$ w związkach jonowych, a tlen zwykle tworzy $O^{2-}$ w wielu prostych przykładach.

Przykład: glin a siarka

Glin jest metalem. Siarka jest niemetalem. Jeszcze zanim przeanalizujesz konkretną reakcję, ich typowe właściwości już wskazują na różne zachowanie.

Kawałek folii aluminiowej zgina się bez kruszenia i dobrze przewodzi prąd. Stała siarka jest krucha i nie wykazuje tak łatwego przewodnictwa elektrycznego. Ten kontrast pasuje do ogólnej reguły: metale są zwykle kowalnymi przewodnikami, a stałe niemetale często są kruchymi izolatorami.

Zgadza się też schemat chemiczny. Glin ma tendencję do tracenia elektronów i tworzenia jonów dodatnich, natomiast siarka może przyjmować elektrony w warunkach sprzyjających tworzeniu związków jonowych. W modelu wprowadzającym pomaga to wyjaśnić, dlaczego metal i niemetal często tworzą związek jonowy.

Celem tego przykładu nie jest pokazanie, że każdy metal zachowuje się dokładnie jak glin albo każdy niemetal dokładnie jak siarka. Pokazuje on, jak właściwości fizyczne i zachowanie elektronów zwykle układają się w prostą, łatwą do zapamiętania parę.

Typowe błędy dotyczące metali i niemetali

Założenie, że połysk oznacza metal

Połysk jest częsty u metali, ale sam w sobie nie jest pełnym testem. Niektóre niemetale także mogą wyglądać na błyszczące.

Myślenie, że wszystkie niemetale są gazami

Wiele niemetali jest gazami w temperaturze pokojowej, ale nie wszystkie. Siarka i węgiel to niemetale stałe, a brom jest niemetalem ciekłym.

Traktowanie tej prawidłowości jako ścisłej reguły

To są szerokie prawidłowości, a nie ścisłe prawa. Przewodnictwo, wygląd, twardość i reaktywność mogą się różnić w zależności od pierwiastka.

Zapominanie o półmetalach

Niektóre pierwiastki, takie jak krzem, wykazują zachowanie pośrednie. Zwykle zalicza się je do półmetali, zamiast na siłę przypisywać je wyłącznie do metali albo niemetali.

Kiedy ten podział jest pomocny

Podział na metale i niemetale jest przydatny, gdy chcesz szybko sformułować wstępne przewidywanie. Pomaga, gdy:

1. oceniasz, czy dany pierwiastek częściej tworzy kationy czy aniony
2. przewidujesz, czy materiał może dobrze przewodzić prąd
3. wstępnie określasz, czy wiązanie będzie raczej jonowe czy kowalencyjne
4. analizujesz ogólne trendy okresowe w układzie okresowym
5. łączysz typ pierwiastka z prawdopodobnymi zastosowaniami, takimi jak okablowanie lub izolacja

To punkt wyjścia, a nie cała odpowiedź. Do dokładnego przewidywania nadal potrzebujesz informacji o konkretnym pierwiastku, związku i warunkach.

Spróbuj podobnego porównania

Spróbuj samodzielnie porównać magnez i tlen. Najpierw sklasyfikuj każdy pierwiastek jako metal albo niemetal, a potem przewidź, który z nich chętniej traci elektrony, który chętniej je przyjmuje i czy powstający związek będzie raczej jonowy czy kowalencyjny. Jeśli chcesz kolejny przykład, porównaj następnie sód i chlor.