Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle

Mehr als drei Viertel der Elemente sind Metalle. Die Nichtmetalle drängen sich in der oberen rechten Ecke.

Denk an die Dinge auf einem Küchentisch: ein Stahlmesser, eine Aluminiumdose, ein Kupferboden an der Pfanne und daneben ein Häufchen Zucker und ein Glas Wasser. Die ersten drei bestehen aus Metallelementen. Zucker und Wasser bestehen aus Nichtmetallen: Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Du kannst sie durch Anfassen und Ansehen unterscheiden, und Chemiker nutzen dieselben alltäglichen Hinweise, um die Elemente in zwei große Familien zu sortieren, mit einem schmalen Grenzgebiet dazwischen.

Was ein Metall zum Metall macht

Metalle glänzen, wenn sie frisch geschnitten sind, leiten Strom und Wärme gut und lassen sich zu Blechen hämmern oder zu Drähten ziehen, ohne zu zerspringen. Fast alle sind bei Raumtemperatur fest. Quecksilber ist das eine flüssige, es schmilzt bei etwa −39 °C. Chemisch neigen Metalle dazu, ihre Außenelektronen abzugeben und zu positiven Ionen zu werden. Deshalb stehen sie links und in der Mitte des Periodensystems, wo die Atome nur wenige Außenelektronen haben, die sich recht leicht entfernen lassen.

Das Modell teilt die Metalle nach der Farbgebung von PubChem in mehrere Familien. Alkalimetalle (Gruppe 1 ohne Wasserstoff) und Erdalkalimetalle (Gruppe 2) sind am reaktivsten. Die Übergangsmetalle füllen die Gruppen 3 bis 12, darunter Eisen, Kupfer, Silber und Gold. Die Post-Übergangsmetalle wie Aluminium, Zinn und Blei stehen direkt links von der Treppe. Auch die Lanthanoide und Actinoide sind Metalle.

Nichtmetalle

Nichtmetalle sind matt oder durchsichtig, brechen als Feststoff eher, als sich zu biegen, und leiten Strom schlecht. Viele sind Gase: Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Chlor und die ganze Gruppe 18. Brom ist eine Flüssigkeit, und Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Selen und Iod sind Feststoffe. Bei Reaktionen nehmen Nichtmetalle eher Elektronen auf oder teilen sie, und so verbinden sie sich miteinander zu Molekülen wie Wasser und Zucker. Das Modell zeigt die Halogene und Edelgase in eigenen Farben, weil sie so ausgeprägte Familien sind.

Die Treppe und die Halbmetalle

Eine Zickzacklinie verläuft von Bor hinunter bis Astat. Elemente entlang dieser Linie, etwa Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur, heißen Halbmetalle. Sie sehen etwas metallisch aus, sind aber spröde, und sie leiten Strom besser als Nichtmetalle, aber weit schlechter als Metalle. Silicium ist das berühmte Beispiel. Seine mäßige Leitfähigkeit lässt sich durch winzige Mengen anderer Elemente steuern, und darauf beruht der Computerchip. PubChem führt auch Polonium als Halbmetall. Verschiedene Bücher ziehen die Grenze etwas anders, besonders bei Polonium und Astat, also wundere dich nicht, wenn ein anderes Periodensystem sie anders färbt.

Wasserstoff fällt aus der Reihe. Er steht über Lithium in Gruppe 1, weil er ein Elektron hat, ist aber ein Gas aus H₂-Molekülen und verhält sich wie ein Nichtmetall. Seine Stellung folgt der Zahl der Elektronen, nicht der Familienähnlichkeit.

Wenn du die farbigen Kacheln im Modell zählst, ordnet PubChem 91 der 118 Elemente Metallfamilien zu: 6 Alkalimetalle, 6 Erdalkalimetalle, 38 Übergangsmetalle, 11 Post-Übergangsmetalle, 15 Lanthanoide und 15 Actinoide. Das sind etwa 77 %. Weitere 7 sind Halbmetalle, und die übrigen 20 verteilen sich auf 7 Nichtmetalle, 6 Halogene und 7 Edelgase. Viele der schwersten Elemente wurden immer nur wenige Atome auf einmal hergestellt, deshalb wird ihre Familie aus ihrer Stellung vorhergesagt statt gemessen.