Metalen, niet-metalen en metalloïden

Meer dan driekwart van de elementen zijn metalen. De niet-metalen persen zich in de rechterbovenhoek.

Denk aan de materialen op een keukentafel: een stalen mes, een aluminium blikje, een koperen pannenbodem, en ernaast een hoop suiker en een glas water. De eerste drie zijn gemaakt van metalen elementen. Suiker en water zijn gemaakt van niet-metalen: koolstof, waterstof en zuurstof. Je kunt ze door aanraken en kijken onderscheiden, en scheikundigen gebruiken dezelfde alledaagse aanwijzingen om de elementen in twee grote families te sorteren, met een smalle grenszone ertussen.

Wat een metaal een metaal maakt

Metalen glanzen als ze vers zijn doorgesneden, geleiden elektriciteit en warmte goed en kunnen tot platen worden gehamerd of tot draden worden getrokken zonder te breken. Bijna alle zijn vast bij kamertemperatuur; kwik is het enige dat vloeibaar is en smelt bij ongeveer −39 °C. Scheikundig verliezen metalen graag hun buitenste elektronen en worden positieve ionen. Daarom staan ze links en in het midden van het systeem, waar atomen maar een paar buitenste elektronen hebben die vrij makkelijk te verwijderen zijn.

Het model verdeelt de metalen in verschillende families, volgens de kleuren van PubChem. Alkalimetalen (groep 1 behalve waterstof) en aardalkalimetalen (groep 2) zijn het reactiefst. De overgangsmetalen vullen groep 3 tot 12 en omvatten ijzer, koper, zilver en goud. De hoofdgroepmetalen na de overgangsmetalen, zoals aluminium, tin en lood, staan net links van de trap. De lanthaniden en actiniden zijn ook metalen.

Niet-metalen

Niet-metalen zijn dof of doorzichtig, breken in plaats van te buigen als ze vast zijn en geleiden elektriciteit slecht. Veel zijn gassen: waterstof, stikstof, zuurstof, fluor, chloor en heel groep 18. Broom is een vloeistof, en koolstof, fosfor, zwavel, seleen en jood zijn vaste stoffen. Bij reacties winnen of delen niet-metalen graag elektronen, waarmee ze onderling binden tot moleculen als water en suiker. Het model toont de halogenen en edelgassen in eigen kleuren omdat ze zulke aparte families zijn.

De trap en de metalloïden

Een zigzaglijn loopt van boor naar astaat. Elementen langs die lijn, zoals boor, silicium, germanium, arseen, antimoon en telluur, heten metalloïden. Ze zien er enigszins metaalachtig uit maar zijn broos, en ze geleiden elektriciteit beter dan niet-metalen maar veel slechter dan metalen. Silicium is het beroemde voorbeeld. Zijn matige geleiding kan worden geregeld door kleine hoeveelheden andere elementen toe te voegen, wat de basis is van de computerchip. PubChem noemt polonium ook een metalloïde. Verschillende boeken trekken de grens een beetje anders, vooral voor polonium en astaat, dus wees niet verbaasd als een ander systeem ze anders kleurt.

Waterstof is de vreemde eend. Het staat boven lithium in groep 1 omdat het één elektron heeft, maar het is een gas van H₂-moleculen en gedraagt zich als een niet-metaal. Zijn plek is een kwestie van elektronenaantal, niet van familiegelijkenis.

Tel je de gekleurde tegels in het model, dan plaatst PubChem 91 van de 118 elementen in metaalfamilies: 6 alkalimetalen, 6 aardalkalimetalen, 38 overgangsmetalen, 11 hoofdgroepmetalen, 15 lanthaniden en 15 actiniden. Dat is ongeveer 77%. Nog 7 zijn metalloïden, en de overige 20 zijn verdeeld in 7 niet-metalen, 6 halogenen en 7 edelgassen. Veel van de zwaarste elementen zijn nooit anders gemaakt dan een paar atomen tegelijk, dus hun familie is voorspeld uit hun positie in plaats van gemeten.