Belangrijkste Eigenschappen van Metalen, Niet-Metallen en Metalloïden: Geleiding, Smeedbaarheid en Fysieke Toestand

De elementen kunnen geclassificeerd worden als metalen, niet-metallen of halfmetalen (metalloïden).

Metalen zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit, en zijn smeedbaar (ze kunnen in vellen gevormd worden) en trekbaar (ze kunnen in draden getrokken worden). De meeste metalen zijn vast bij kamertemperatuur met een kenmerkende zilverwitte glans (met uitzondering van kwik, dat vloeibaar is).

Niet-metallen zijn (meestal) slechte geleiders van warmte en elektriciteit en zijn niet smeedbaar of trekbaar; Veel van de elementaire niet-metallen zijn gassen bij kamertemperatuur, andere zijn vloeistoffen, en anderen zijn vastestoffen.

De metalloïden zijn intermediair in hun eigenschappen. In hun fysieke eigenschappen lijken ze meer op niet-metallen, maar onder bepaalde omstandigheden kunnen er sommigen tot geleiding van elektriciteit worden gebracht. Deze halfgeleiders zijn van cruciaal belang in computers en andere elektronische apparaten.

Veel periodieke systemen scheiden metalen van niet-metallen aan de rechterkant van de tabel. De metalen liggen links van de lijn (behalve waterstof, een niet-metaal), de niet-metallen rechts van de lijn, en de elementen direct aan de lijn zijn de metalloïden.

Wanneer elementen zich combineren tot verbindingen, zijn er twee hoofdtypen bindingen mogelijk. Ionische bindingen ontstaan wanneer er overdracht van elektronen is van de ene soort naar de andere, wat geladen ionen produceert die elkaar zeer sterk aantrekken door electrostatische interacties, en covalente bindingen, die ontstaan wanneer atomen elektronen delen om neutrale moleculen te produceren.

In het algemeen combineren metalen en niet-metallen tot ionische verbindingen, terwijl niet-metallen zich met andere niet-metallen combineren tot covalente verbindingen (moleculen).

Metalen in het Periodiek Systeem

De meeste elementen in het periodiek systeem zijn metalen. Ze zijn gegroepeerd in het midden tot de linkerkant van het periodiek systeem. De metalen bestaan uit alkalimetallen, aardalkalimetallen, overgangsmetaal, lantaniden en actiniden.

Meer Informatie: Wat is Metaal en Hun Typen?

Alkalimetallen

De alkalimetallen vind je in de eerste kolom aan de linkerkant van het Periodiek Systeem. Ze zijn zachte metalen die hoog reactief zijn en één elektron hebben in hun buitenste s-subschil.

De zes alkalimetallen zijn: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Lepidoliet Minerale Bron voor Rubidium, en Cesium, Cesium, Francium.

Aardalkalimetallen

De aardalkalimetallen vind je in kolom 2 aan de linkerkant van het Periodiek Systeem. Ze zijn doorgaans harder en dichter dan alkalimetallen, hebben 2 elektronen in hun buitenste s-subschil, en elk geeft een eigen kleur in hun vlammen.

De zes aardalkalimetallen zijn: Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Radium.

Overgangsmetaal

De overgangsmetaal bevinden zich in het centrum van de hoofdtekst van het Periodiek Systeem. Ze worden soms zware metalen genoemd en zijn dichter dan alkalimetallen of aardalkalimetallen.

Er zijn 38 overgangsmetaal waaronder: Kobalt, Koper, Naturel koper uit Arizona, Goud, IJzer, Kwik, Platina, Zilver, Titane, Wolfram, Zink.

Zeldzame-aardmetaal

De zeldzame-aardmetaal zijn typisch te vinden in hun eigen tabel onder het hoofdp periodiek systeem. Echter, ze passen eigenlijk in het midden van het Periodiek Systeem. Er zijn twee typen zeldzame-aardmetaal: Lantaniden en Actiniden.

Lantanide Metalen

Er zijn 15 lantaniden in het Periodiek Systeem. Al deze elementen zijn zo vergelijkbaar, dat het erg moeilijk is om ze te differentiëren.

Voorbeelden van lantaniden zijn: Cerium, Promethium, Gadolinium, Dysprosium, Lutetium.

Actinide Metalen

Er zijn 15 actiniden in het Periodiek Systeem. De meeste van deze komen niet in de natuur voor omdat ze zo onstabiel zijn, maar worden geproduceerd in kernreactoren en deeltjesversnellers.

Voorbeelden van actiniden zijn: Thorium, Uranium, Plutonium, Californium, Mendelevium.

Overige Metalen

Metalen die als overige metalen gelabeld zijn, bevinden zich aan de rechterkant van de hooftekst van het Periodiek Systeem. Deze worden soms halfmetalen genoemd en soms post-transitie metalen. Ze zijn typischer zacht dan andere metalen en hebben lagere smeltpunten.

Wetenschappers zijn het niet universeel eens over welke elementen in deze categorie thuishoren, dus afhankelijk van de tabel die je bekijkt, kan het aantal variëren van 8-14.

Voorbeelden van overige metalen zijn: Aluminium, Bismuth, Bismuth kristal, Indium, Lood, Tin.

Eigenschappen van Metalen

Metalen zijn elementen die positieve ionen vormen door elektronen te verliezen tijdens chemische reacties, met uitzondering van waterstof. Dus zijn ze electropositieve elementen met lage ionisatie-energieën. De meeste metalen delen de eigenschappen van glanzend, zeer dicht, en hoge smeltpunten. Verder zijn ze trekbaar, smeedbaar en glanzend. Metalen zijn ook goede geleiders van warmte en elektriciteit. Alle metalen zijn vast bij kamertemperatuur, behalve kwik, dat vloeibaar is.

Metalen vormen doorgaans ionische bindingen met niet-metallen, maar er zijn uitzonderingen. De meeste metalen vormen ten minste één basisch oxide, hoewel sommige amphoteer zijn. Metalen vertonen een breed bereik aan reactiviteit. Speciale groepen metalen zijn de edele metalen Ru, Rh, Pd, Pt, Au, Os, Ir, Ag, en de refractory metalen Nb, Mo, Ta, W, en Re.

Fysieke Eigenschappen van Metalen:

Enkele van de belangrijkste fysieke eigenschappen van metalen zijn hieronder gegeven.

• Metalen zijn smeedbaar in hun vaste toestand en kunnen in dunne vellen gehamerd worden. Goud is het meest smeedbare van alle metalen.
• Metalen zijn trekbaar, wat betekent dat ze in draad getrokken kunnen worden. Zilver is een van de meest trekbare metalen.
• Metalen zijn goede geleiders van warmte en elektriciteit.
• Metalen zijn glanzend, wat betekent dat ze een glanzende uiterlijk hebben. Sommige metalen vormen een patina en de glans gaat verloren.
• Metalen hebben hoge trekkracht. Dit betekent dat ze zware gewichten kunnen dragen.
• Metalen zijn klankvoerend (sonorous). Het betekent dat ze een klingelend geluid maken wanneer we ze slaan.
• Metalen zijn hard. Het betekent dat ze niet gemakkelijk gesneden kunnen worden.
• Kationen vormen in waterige oplossing door hun elektronen te verliezen.
• Smeltpunt van metalen: Metalen hebben vaak hoge smelt- en kookpunten, maar er zijn veel uitzonderingen, zoals cesium, gallium, kwik, rubidium en tin, die allemaal redelijk lage smeltpunten hebben. De meeste kookpunten zijn echter nog steeds vrij hoog.
• Metalen vertonen een breed bereik aan dichtheden, maar zijn doorgaans dichter dan niet-metallen. Wolfram, platina, osmium, goud en iridium zijn extreem dicht.
• De meeste metalen zijn zilverwit, hoewel sommige zoals goud, cesium en koper gekleurd zijn.

Chemische Eigenschappen van Metalen

Metalen zijn electropositieve elementen die doorgaans basische of amphotere oxiden vormen met zuurstof. Andere chemische eigenschappen zijn:

• Electropositief Karakter: Metalen neigen ertoe lage ionisatie-energieën te hebben, en verliezen typisch elektronen (d.w.z. geoxideerd) wanneer ze chemische reacties ondergaan. Ze accepteren normaal geen elektronen. Bijvoorbeeld:
  • Alkalimetallen zijn altijd 1+ (verliezen het elektron in s-subschil)
  • Aardalkalimetallen zijn altijd 2+ (verliezen beide elektronen in s-subschil)
  • Overgangsmetaalionen volgen geen duidelijk patroon, 2+ is gemeenschappelijk (verliezen beide elektronen in s-subschil), en 1+ en 3+ worden ook waargenomen

Na⁰ → Na⁺ + e⁻

Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻

Al⁰ → Al³⁺ + 3e⁻

Verbindingen van metalen met niet-metalen neigen ionisch van aard te zijn. De meeste metaaloxiden zijn basische oxiden en lossen in water op om metalhydroxiden te vormen:

Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq)

Metaaloxiden tonen hun basische chemische aard door te reageren met zuren om metalzouten en water te vormen:

MgO(s) + HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)

NiO(s) + H₂SO₄(aq) → NiSO₄(aq) + H₂O(l)

Locatie van Metalen in het Periodiek Systeem

Meer dan 75% van de elementen zijn metalen, dus ze vullen het grootste deel van het periodiek systeem. Metalen zijn aan de linkerkant van de tabel. De twee rijen elementen onder de hooftekst van de tabel (de lantaniden en actiniden) zijn metalen.

In het periodiek systeem zie je een traplijn beginnend bij Boor (B), atoomnummer 5, en lopend tot Polonium (Po), atoomnummer 84. Behalve Germanium (Ge) en Antimoon (Sb), kunnen alle elementen links van die lijn geclassificeerd worden als metalen.

Toepassingen van Metalen

Metalen vinden toepassing in elk aspect van het leven. Hier is een lijst van enkele van hun toepassingen:

• Structurele componenten
• Containers
• Draden en elektrische apparaten
• Warmtewisselaars
• Spiegels
• Munten
• Sieraden
• Wapens
• Voeding (ijzer, koper, kobalt, nikkel, zink, molybeen)

Niet-Metallen in het Periodiek Systeem

De niet-metaal elementen bezetten de rechterbovenhoek van het periodiek systeem. Niet-metallen omvatten de niet-metaal groep, de halogenen en de edelgassen. Deze elementen hebben vergelijkbare chemische eigenschappen die ze onderscheiden van elementen die als metalen beschouwd worden.

Groepen van Niet-Metallen

De niet-metaal elementengroep is een subset van de niet-metallen. De niet-metaal elementengroep bestaat uit waterstof, koolstof, stikstof, zuurstof, fosfor, zwavel en selenium. Waterstof gedraagt zich als niet-metaal bij normale temperaturen en druk en wordt doorgaans geaccepteerd als onderdeel van de niet-metaal groep.

De halogenen zijn niet-metallen in groep 7 van het periodiek systeem. Atomen van deze elementen hebben de -1 oxidatietoestand. De elementen aan de top van de groep zijn gassen, maar ze worden vloeistoffen en vastestoffen naar beneden in de groep. De halogenen zijn fluor, chloor, broom, jodium en astatine. De eigenschappen van tennessine zijn niet goed bekend. Tennessine zou een halogeen of een metalloïde kunnen zijn.

De edelgassen zijn relatief niet-reactieve gassen in groep 8 (de laatste kolom) van het periodiek systeem. De edelgassen zijn helium, neon, argon, krypton, xenon, radon en oganesson. Het is waarschijnlijk dat oganesson geen gas is bij kamertemperatuur.

Meer Bronnen: Wat zijn de Niet-Metallen?

Eigenschappen van Niet-Metallen

Elementen die neigen elektronen te winnen om anionen te vormen tijdens chemische reacties, heten niet-metalen. Dit zijn elektronegatieve elementen met hoge ionisatie-energieën. Ze zijn niet-glanzend, broos, en slechte geleiders van warmte en elektriciteit (behalve grafiet). Niet-metallen kunnen gassen, vloeistoffen of vastestoffen zijn.

Fysieke Eigenschappen van Niet-Metallen

• Fysieke Toestand: De meeste niet-metallen bestaan in twee van de drie toestanden van materie bij kamertemperatuur: gassen (zuurstof) en vastestoffen (koolstof). Alleen broom bestaat als vloeistof bij kamertemperatuur.
• Niet-smeedbaar en Trekbaar: Niet-metallen zijn zeer broos, en kunnen niet in draden gerold of in vellen gehamerd worden.
• Geleiding: Ze zijn slechte geleiders van warmte en elektriciteit.
• Glans: Deze hebben geen metallische glans en weerspiegelen geen licht.
• Smelt- en Kookpunten: Wanneer een metaal smelt of kookt, is dit een verandering van fysieke toestand. Energie wordt aan een stof toegevoegd om het te smelten of te laten koken. Deze energie is nodig om de aantrekkingskrachten tussen de metaalionen en de gedelocaliseerde elektronen in het metaal te overwinnen. Hoe meer energie nodig is, hoe hoger het smelt- of kookpunt. Aangezien metalen giant roosterstructuren zijn, is het aantal elektrostatische krachten dat gebroken moet worden extreem groot, en dus hebben metalen hoge smelt- en kookpunten. Dit betekent dat het smelt- en kookpunt van metalen meer lijkt op die voor ionische verbindingen dan voor covalente stoffen.
• Zeven niet-metallen bestaan onder standaardomstandigheden als diatome moleculen: H₂(g), N₂(g), O₂(g), F₂(g), Cl₂(g), Br₂(l), I₂(s).

Chemische Eigenschappen van Niet-Metallen

Niet-metallen hebben de neiging om elektronen te winnen of te delen met andere atomen. Ze zijn elektronegatief van karakter. Niet-metallen, bij reactie met metalen, neigen ertoe elektronen te winnen (doorgaans de edelgaselektronenconfiguratie bereikend) en worden anionen:

3Br₂(l) + 2Al(s) → 2AlBr₃(s)

Verbindingen die volledig uit niet-metallen samengesteld zijn, zijn covalente stoffen. Ze vormen doorgaans zurige of neutrale oxiden met zuurstof die in water oplossen tot zuren:

CO₂(g) + H₂O(l) → H₂CO₃(aq) koolzuur

Zoals je weet, is koolzuurwater iets zuur (koolzuur).

Niet-metaaloxiden kunnen zich combineren met basen om zouten te vormen.

CO₂(g) + 2NaOH(aq) → Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)

Locatie van Niet-Metallen in het Periodiek Systeem

Niet-metallen bevinden zich aan de verre rechterkant van het periodiek systeem, behalve waterstof, die linksboven in de hoek zit.

De 17 niet-metaal elementen zijn waterstof, helium, koolstof, stikstof, zuurstof, fluor, neon, fosfor, zwavel, chloor, argon, selenium, broom, krypton, jodium, xenon en radon.

Toepassingen van Niet-Metallen

In tegenstelling tot metalen hebben niet-metallen geen universele toepassingen. Maar ze verschijnen samen in bepaalde toepassingen:

• Essentieel voor leven (koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, zwavel, chloor, fosfor)
• Meststoffen (waterstof, stikstof, fosfor, zwavel, chloor, selenium)
• Koelmiddelen en cryogenica (waterstof, helium, stikstof, zuurstof, fluor, neon)
• Industriële zuren (koolstof, stikstof, fluor, fosfor, zwavel, chloor)
• Lasers en lampen
• Geneeskunde en farmacie

Niet-metallen vormen veel verbindingen. Feitelijk bevatten de meeste verbindingen die je tegenkomt niet-metallen. Ze komen voor in water, voedsel, stoffen, kunststoffen en andere alledaagse items.

Eigenschappen van Metalen en Niet-Metalen - Wat is het Verschil?

Eigenschap	Metaal	Niet-Metaal
Uiterlijk	Glanzend	Mat
Toestand bij kamertemperatuur	Vast (behalve kwik, vloeibaar)	Ongeveer half vast, half gas, en één (broom) vloeibaar
Dichtheid	Hoog (voelen zwaar voor hun grootte)	Laag (voelen licht voor hun grootte)
Sterkte	Sterk	Zwak
Smeedbaar of broos	Smeedbaar (buigen zonder te breken)	Broos (breken of splijten bij hamelen)
Warmtegeleiding	Goed	Slecht (ze zijn isolatoren)
Elektriciteitsgeleiding	Goed	Slecht (isolatoren, behalve grafiet)
Magnetisch materiaal	Alleen ijzer, kobalt, nikkel	Geen
Geluid bij slaan	Klingelend geluid (sonor)	Mat geluid
Type oxide	Basisch of alkalisch	Zuur

Metalloïde in het Periodiek Systeem

Metalloïde elementen, ook wel halfmetalen genoemd, zijn elementen die eigenschappen van zowel metalen als niet-metallen hebben. De definitie van metalloïde omvat tussen de zes en negen elementen die langs een scheve lijn tussen de metaal- en niet-metaalelementen van het periodiek systeem voorkomen.

De zes elementen die unaniem als metalloïden beschouwd worden zijn: Boor, Silicium, Germanium, Arsenic, Antimoon, Tellurium.

Naast deze zes elementen omvat de definitie van metalloïde elementen soms ook bismuth, polonium en astatine. Deze onduidelijkheid is grotendeels te wijten aan het gebrek aan specifieke eigenschappen die als kenmerkend voor alle metalloïden beschouwd worden.

In plaats daarvan worden metalloïde elementen gewoon gekenmerkt door een mengsel van eigenschappen die tussen die van metalen en niet-metallen in liggen. Structureel vormen ze covalente gebonden kristalstructuren, wat een kenmerk is dat voornamelijk in niet-metalen wordt gevonden.

Een bekende toepassing van sommige metalloïde elementen is als halfgeleider in veel van de elektronische apparaten die in elk huishouden gebruikt worden.

Eigenschappen van Metalloïden

Metalloïden hebben eigenschappen die intermediair zijn tussen metalen en niet-metallen. Metalloïden zijn nuttig in de halfgeleiderindustrie. Alle metalloïden zijn vast bij kamertemperatuur. Ze kunnen legeringen vormen met andere metalen.

Sommige metalloïden, zoals silicium en germanium, kunnen onder de juiste omstandigheden als elektrische geleiders fungeren, daarom worden ze halfgeleiders genoemd. Silicium lijkt bijvoorbeeld glanzend, maar is noch smeedbaar noch trekbaar (het is broos – een kenmerk van sommige niet-metallen).

Het is een veel slechtere geleider van warmte en elektriciteit dan metalen. De fysieke eigenschappen van metalloïden neigen ertoe metallisch te zijn, maar hun chemische eigenschappen neigen ertoe niet-metallisch te zijn. Het oxidatiegetal van een element in deze groep kan variëren van +5 tot -2, afhankelijk van de groep waarin het zich bevindt.

Metalen	Niet-metallen	Metalloïden
Goud	Zuurstof	Silicium
Zilver	Koolstof	Boor
Koper	Waterstof	Arsenic
IJzer	Stikstof	Antimoon
Kwik	Zwavel	Germanium
Zink	Fosfor

Gemeenschappelijke Eigenschappen van Metalloïden

Over het algemeen delen metalloïden de volgende gemeenschappelijke eigenschappen:

• De elektronegativiteiten van metalloïden liggen tussen die van niet-metallen en metalen.
• Ionisatie-energieën van metalloïden liggen ook tussen die van niet-metallen en metalen.
• Halfmetalen/metalloïden hebben kenmerken van zowel niet-metallen als metalen.
• De reactiviteit van metalloïden hangt af van de eigenschappen van de elementen waar ze mee interacteren.
• Metalloïden zijn doorgaans goede halfgeleiders.
• Metalloïden kunnen een metallische glans hebben, maar ook allotropen met een niet-metallische uitstraling.
• Metalloïden zijn meestal broos, en ze zijn doorgaans vast, alleen onder ongewone omstandigheden niet-vast.
• Metalloïden gedragen zich typisch als niet-metallen in chemische reacties, en ze kunnen legeringen vormen met metalen.

Chemische eigenschappen van Metalloïden

Chemische eigenschappen zijn die welke definiëren hoe een stof interageert/reageert met andere stoffen of van de ene stof in de andere overgaat. Chemische reacties zijn de enige tijd dat de chemische eigenschappen van een element gekwantificeerd kunnen worden. Chemische reacties omvatten dingen zoals roesten, verbranden, vervagen, ontploffen, enz. De chemische eigenschappen van metalloïden zijn als volgt:

• Metalloïden vormen gemakkelijk gassen bij oxidatie.
• Metalloïden kunnen met metalen gecombineerd worden om legeringen te creëren.
• Metalloïden hebben verschillende metallische en niet-metallische allotropen.
• Bij smelten van sommige metalloïden treedt krimp op.
• Metalloïden kunnen reageren met halogenen om verbindingen te vormen.

Locatie van Metalloïden in het Periodiek Systeem

Zoals eerder gezegd, zijn metalloïden een groep elementen die in een scheve lijn tussen de metalen en niet-metallen in het periodiek systeem voorkomen. Deze lijn van metalloïde elementen strekt zich uit van Groep 13 tot Groep 16, 17 of 18 (afhankelijk van hoeveel elementen werkelijk als metalloïden beschouwd worden).

Aan de linkerkant van deze lijn van metalloïde elementen liggen de elementen geclassificeerd als metalen, en aan de rechterkant liggen elementen geclassificeerd als niet-metallen. De enige uitzondering op deze regel is het element waterstof, dat als niet-metaal geclassificeerd wordt maar aan de linkerkant van het periodiek systeem voorkomt.

Periodiek systeem van elementen met de zes metalloïde elementen (beginnend met boor (B)) gemarkeerd met een beigekleur. Deze groep omvat soms ook de elementen bismuth (Bi), polonium (Po) en astatine (At) uit periode 6 van de tabel.

Meer Bronnen: Waar zijn Metalloïden in het Periodiek Systeem?

Trends in Metallisch en Niet-Metallisch Karakter

Metallisch karakter is het sterkst voor de elementen in het linkerste deel van het periodiek systeem en neigt af te nemen naarmate we naar rechts gaan in een willekeurige periode (niet-metallisch karakter neemt toe met toenemende elektronegativiteit en ionisatie-energiewaarden).

Binnen elke groep elementen (kolommen) neemt het metallisch karakter toe van boven naar beneden (de elektronegativiteit en ionisatie-energiewaarden nemen doorgaans af naarmate we een groep naar beneden gaan). Deze algemene trend is niet noodzakelijk waargenomen bij de overgangsmetaal.