โลหะและอโลหะ — สมบัติและความแตกต่าง

โลหะและอโลหะแตกต่างกันหลัก ๆ ที่วิธีซึ่งอะตอมของมันจัดการกับอิเล็กตรอน และสมบัติที่เกิดตามมาจากสิ่งนั้น โดยทั่วไป โลหะนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี และมักสูญเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่า ส่วนอโลหะมักนำไฟฟ้าได้ไม่ดี และมักรับอิเล็กตรอนหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันในพันธะโคเวเลนต์

นี่เป็นแนวโน้มทั่วไป ไม่ใช่กฎที่ไม่มีข้อยกเว้น หากคุณต้องการทำนายอย่างแม่นยำ ธาตุที่เฉพาะเจาะจงและสภาวะทางเคมีก็ยังมีความสำคัญ

โลหะกับอโลหะโดยสรุป

• โลหะมักมีผิวมันวาว ตีแผ่เป็นแผ่นได้ และนำไฟฟ้าได้ดี
• อโลหะมักมีผิวด้านหรือเปราะถ้าอยู่ในสถานะของแข็ง และโดยมากนำไฟฟ้าได้ไม่ดี
• โลหะมักเกิดเป็นไอออนบวกที่เรียกว่าแคตไอออน
• อโลหะมักเกิดเป็นไอออนลบในสารประกอบไอออนิก หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันในสารประกอบโคเวเลนต์

นี่คือแนวคิดหลักที่นักเรียนมักต้องรู้ก่อน เหตุผลที่ลึกกว่านั้นคือพฤติกรรมของอิเล็กตรอน

เหตุใดจึงแตกต่างกัน

ความแตกต่างระหว่างโลหะกับอโลหะส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการที่อะตอมยึดอิเล็กตรอนวงนอกไว้แน่นแค่ไหน โดยทั่วไป โลหะยึดอิเล็กตรอนเหล่านั้นไว้ไม่แน่นเท่าอโลหะ ดังนั้นโลหะจึงสูญเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าในหลายปฏิกิริยา ส่วนอโลหะมักดึงดูดอิเล็กตรอนได้แรงกว่า จึงมักรับอิเล็กตรอนหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน

สิ่งนี้ช่วยอธิบายรูปแบบที่พบบ่อยสองอย่างได้ โลหะจับคู่กับอโลหะมักเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก เพราะการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นสิ่งที่เกิดได้ง่ายในหลายกรณี โลหะยังมักนำไฟฟ้าได้ดี เพราะอิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ผ่านของแข็งแบบโลหะได้อิสระกว่าที่จะเคลื่อนที่ในของแข็งอโลหะส่วนใหญ่

สมบัติของโลหะ

โลหะมักมีผิวมันวาว นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี และตีแผ่ขึ้นรูปได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้โดยไม่แตกหัก หลายชนิดยังดึงเป็นเส้นลวดได้ด้วย

โลหะส่วนใหญ่อยู่ในสถานะของแข็งที่อุณหภูมิห้อง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด ปรอทเป็นข้อยกเว้นที่คุ้นเคย เพราะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง

ในการเกิดปฏิกิริยา โลหะมักเกิดเป็นไอออนบวก โซเดียมมักเกิดเป็น $Na^+$ แมกนีเซียมมักเกิดเป็น $Mg^{2+}$ และอะลูมิเนียมมักเกิดเป็น $Al^{3+}$ ในโจทย์เคมีระดับเบื้องต้น

สมบัติของอโลหะ

อโลหะมักนำความร้อนและไฟฟ้าได้ไม่ดีนัก ถ้าอโลหะอยู่ในสถานะของแข็ง ก็มักจะเปราะมากกว่าที่จะตีแผ่ได้

อโลหะหลายชนิดเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด คาร์บอน กำมะถัน และฟอสฟอรัสเป็นอโลหะที่เป็นของแข็ง ส่วนโบรมีนเป็นอโลหะที่เป็นของเหลว

ในทางเคมี อโลหะมักเกิดเป็นไอออนลบในสารประกอบไอออนิก หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันในสารประกอบโคเวเลนต์ คลอรีนมักเกิดเป็น $Cl^-$ ในสารประกอบไอออนิก ขณะที่ออกซิเจนมักเกิดเป็น $O^{2-}$ ในตัวอย่างง่าย ๆ หลายกรณี

ตัวอย่างวิเคราะห์: อะลูมิเนียมกับกำมะถัน

อะลูมิเนียมเป็นโลหะ กำมะถันเป็นอโลหะ แม้ก่อนศึกษาปฏิกิริยาเฉพาะ สมบัติโดยทั่วไปของทั้งสองก็ชี้ไปคนละทางแล้ว

แผ่นอะลูมิเนียมฟอยล์งอได้โดยไม่ร่วนแตก และนำไฟฟ้าได้ดี กำมะถันที่เป็นของแข็งเปราะ และไม่แสดงการนำไฟฟ้าได้ง่ายแบบเดียวกัน ความแตกต่างนี้สอดคล้องกับกฎกว้าง ๆ คือ โลหะมักเป็นตัวนำและตีแผ่ได้ ส่วนอโลหะที่เป็นของแข็งมักเปราะและเป็นฉนวน

รูปแบบทางเคมีก็สอดคล้องกันเช่นกัน อะลูมิเนียมมีแนวโน้มจะสูญเสียอิเล็กตรอนและเกิดเป็นไอออนบวก ขณะที่กำมะถันสามารถรับอิเล็กตรอนได้ในสภาวะแบบไอออนิก ในแบบจำลองระดับเบื้องต้น สิ่งนี้ช่วยอธิบายได้ว่าทำไมโลหะกับอโลหะจึงมักเกิดเป็นสารประกอบไอออนิก

ประเด็นของตัวอย่างนี้ไม่ใช่ว่าโลหะทุกชนิดจะมีพฤติกรรมเหมือนอะลูมิเนียมทุกประการ หรืออโลหะทุกชนิดจะเหมือนกำมะถันทุกอย่าง แต่เป็นการแสดงให้เห็นว่าสมบัติทางกายภาพและพฤติกรรมของอิเล็กตรอนมักสอดคล้องกันในคู่ตัวอย่างที่เข้าใจง่ายและจำได้ง่าย

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยเกี่ยวกับโลหะและอโลหะ

คิดว่าวาวแปลว่าเป็นโลหะ

ความวาวเป็นสมบัติที่พบได้บ่อยในโลหะ แต่ไม่ใช่เกณฑ์ตัดสินที่สมบูรณ์ด้วยตัวมันเอง อโลหะบางชนิดก็อาจดูมันวาวได้เช่นกัน

คิดว่าอโลหะทุกชนิดเป็นแก๊ส

อโลหะหลายชนิดเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด กำมะถันและคาร์บอนเป็นอโลหะที่เป็นของแข็ง และโบรมีนเป็นอโลหะที่เป็นของเหลว

มองว่าแนวโน้มนี้แม่นยำเสมอ

สิ่งเหล่านี้เป็นแนวโน้มกว้าง ๆ ไม่ใช่กฎตายตัว การนำไฟฟ้า ลักษณะภายนอก ความแข็ง และความว่องไวต่อปฏิกิริยา อาจแตกต่างกันไปในแต่ละธาตุ

ลืมเรื่องกึ่งโลหะ

ธาตุบางชนิด เช่น ซิลิกอน แสดงพฤติกรรมกึ่งกลางระหว่างสองแบบ โดยทั่วไปจึงจัดเป็นกึ่งโลหะ แทนที่จะบังคับให้เป็นโลหะหรืออโลหะอย่างชัดเจน

การจำแนกแบบนี้มีประโยชน์เมื่อใด

แนวคิดเรื่องโลหะกับอโลหะมีประโยชน์เมื่อคุณต้องการการคาดการณ์เบื้องต้นอย่างรวดเร็ว โดยช่วยได้เมื่อคุณกำลัง:

1. ประเมินว่าธาตุมีแนวโน้มจะเกิดเป็นแคตไอออนหรือแอนไอออนมากกว่า
2. ทำนายว่าวัสดุนั้นอาจนำไฟฟ้าได้ดีหรือไม่
3. คาดเดาเบื้องต้นว่าพันธะมีแนวโน้มเป็นไอออนิกหรือโคเวเลนต์
4. อ่านแนวโน้มกว้าง ๆ ในตารางธาตุ
5. เชื่อมโยงชนิดของธาตุกับการใช้งานที่เป็นไปได้ เช่น การเดินสายไฟหรือการเป็นฉนวน

นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น ไม่ใช่เรื่องราวทั้งหมด หากต้องการการทำนายที่แม่นยำ คุณยังต้องพิจารณาธาตุ สารประกอบ และสภาวะที่เฉพาะเจาะจง

ลองเปรียบเทียบด้วยตัวเอง

ลองทำแบบเดียวกันกับแมกนีเซียมและออกซิเจน เริ่มจากจัดประเภทแต่ละธาตุว่าเป็นโลหะหรืออโลหะ จากนั้นทำนายว่าธาตุใดมีแนวโน้มจะสูญเสียอิเล็กตรอนมากกว่า ธาตุใดมีแนวโน้มจะรับอิเล็กตรอนมากกว่า และสารประกอบนั้นมีแนวโน้มจะเป็นไอออนิกหรือโคเวเลนต์มากกว่า หากต้องการอีกกรณีหนึ่ง ลองเปรียบเทียบโซเดียมกับคลอรีนต่อไป