In der Chemie, ein Nichtmetall ist ein chemisches Element, meist fehlt metallischen Eigenschaften. Physikalisch neigen Nichtmetallen sehr volatil zu sein, haben eine geringe Elastizität und gute Isolatoren von Wärme und Strom; chemisch, neigen sie dazu, hohe Ionisationsenergie und Elektronegativitäten aufweisen und gewinnen oder zu teilen Elektronen, wenn sie mit anderen Elementen oder Verbindungen reagieren. Siebzehn Elemente werden im Allgemeinen als Nichtmetalle klassifiziert; die meisten sind Gase; einer eine Flüssigkeit ist; und einige sind Feststoffe.

Bewegen über die Standardform des Periodensystems nach rechts, Nichtmetallen erlassen Strukturen, die zunehmend weniger nächste Nachbarn zu haben. Mehratomigen Metalle haben Strukturen mit entweder drei nächsten Nachbarn, wie es der Fall mit Kohlenstoff, oder zwei nächste Nachbarn in dem Fall von Schwefel. Zweiatomigen Metalle, wie Wasserstoff, haben ein nächster Nachbar und die einatomigen Edelgase, wie Helium, haben keine. Diese allmähliche Abnahme der Anzahl der nächsten Nachbarn ist mit einer Verringerung der Metallcharakter und eine Erhöhung der nichtmetallischen Charakter verbunden. Die Unterscheidung zwischen den drei Kategorien von Nichtmetallen, in Bezug auf die zurückweichenden Metallizität ist nicht absolut. Boundary Überschneidungen auftreten, wie Randelemente in jeder Kategorie zeigen weniger deutliche, Hybrid-like oder atypischen Eigenschaften.

Obwohl fünf Mal mehr Elemente als Metalle Nichtmetalle, zwei der Nichtmetalle Wasserstoff und Helium machen über 99 Prozent des beobachtbaren Universums, und einem Sauerstoff macht fast die Hälfte der Kruste, die Ozeane und die Atmosphäre der Erde. Lebende Organismen sind ebenfalls fast ausschließlich aus Nichtmetallen zusammengesetzt ist, und Nichtmetallen bilden viele weitere Verbindungen als Metalle.

Definition und Eigenschaften

Die wunderbare Vielfalt und unendliche Feinheit der nichtmetallischen Elementen, deren Verbindungen, Strukturen und Reaktionen, nicht ausreichend in der aktuellen Lehre der Chemie anerkannt.

" " JJ Zuckerman und FC Nachod
In Steudel die Chemie der Nichtmetalle

Es gibt keine strenge Definition einer Nichtmetall. Sie zeigen mehr Variabilität in ihren Eigenschaften als dies Metalle. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Merkmale von Nichtmetallen. Physikalisch sie weitgehend existieren als einatomige Gase, mit ein paar mit umfang zweiatomigen oder mehratomigen Formen, im Gegensatz zu Metallen, die fast alle fest und dicht gepackt sind; wenn feste, haben sie im Allgemeinen einen submetallic oder mattes Aussehen und spröde sind, im Gegensatz zu Metallen, die glänzende, plastisch verformbaren sind; sie haben in der Regel niedrigere Dichten als Metalle; sind schlechte Wärmeleiter und Strom im Vergleich zu Metallen; und haben einen deutlich geringeren Schmelzpunkte und Siedepunkte als die von Metallen. Chemisch, die Nichtmetalle relativ hohe Ionisationsenergie und hohe Elektronegativität; sie liegen üblicherweise als Anionen Oxyanionen oder in wässriger Lösung; Regel bilden ionische oder Einlagerungsverbindungen, wenn sie mit Metallen gemischt, im Gegensatz zu Metallen, die Form-Legierungen; und haben saure Oxide der Erwägung, dass die gemeinsame Oxide der Metalle sind einfach.

Anwendbar Elemente

Die Elemente im allgemeinen klassifiziert als Nichtmetalle umfassen, die jeweils ein Element der Gruppe 1 und Gruppe 14: Wasserstoff und Kohlenstoff; zwei Elemente in der Gruppe 15: Stickstoff und Phosphor; drei Elementen der Gruppe 16: Sauerstoff, Schwefel und Selen; die meisten Elemente in der Gruppe 17: Fluor, Chlor, Brom und Jod; und alle Elemente in der Gruppe 18, mit der möglichen Ausnahme von ununoctium.

Die Unterscheidung zwischen Nichtmetallen und Metallen ist keineswegs klar. Das Ergebnis ist, dass einige wenige Grenzelementen fehlt ein Übergewicht entweder von nichtmetallischen oder metallischen Eigenschaften werden als Metalloide klassifiziert; und einige Elemente wie Nichtmetallen eingestuft sind, anstatt manchmal als Halbmetalle klassifiziert, oder umgekehrt. Zum Beispiel, Selen, ein Nichtmetall, wird manchmal statt als Halbmetall, vor allem in der Umweltchemie klassifiziert; und Astat, welches ein Halbmetall und ein Halogen ist, wird manchmal als ein Nichtmetall klassifiziert.

Kategorien

Nichtmetalle haben Strukturen, in denen jedes Atom bildet gewöhnlich Schuldverschreibungen nächsten Nachbarn ist, wobei N die Anzahl der Valenzelektronen. Jedes Atom ist dadurch in der Lage, seine Valenzschale zu vervollständigen und zu erreichen, eine stabile Edelgaskonfiguration. Ausnahmen von der Regel auftreten, mit Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Atome der drei letztgenannten Elemente sind ausreichend klein, so dass sie in der Lage, alternative Bindungsstrukturen bilden, mit weniger nächsten Nachbarn sind. Somit ist Kohlenstoff in der Lage, ihren schichtförmigen Graphitstruktur zu bilden, und Stickstoff und Sauerstoff sind in der Lage, zweiatomigen Moleküle mit Dreifach- und -Doppelbindungen zu bilden. Der größere Umfang der verbleibenden unedle Metallen schwächt ihre Fähigkeit, Mehrfachbindungen zu bilden, und sie stattdessen bilden zwei oder mehrere Einfachbindungen, zwei oder mehr unterschiedliche Atome. Schwefel, bildet beispielsweise eine achtglied Molekül, in dem die Atome in einem Ring angeordnet sind, wobei jedes Atom unter Ausbildung zweier Einfachbindungen an verschiedene Atome.

Von links nach rechts über die Standard-Form der Periodensystems, wie metallische Charakter nimmt, Nichtmetallen also Strukturen, die eine schrittweise Verringerung der Zahl der nächsten Nachbarn drei oder zwei für die mehratomigen Nichtmetallen, indem Sie für die zweiatomigen Nichtmetalle zeigen, nehmen auf Null die einatomigen Edelgasen. Ein ähnliches Muster tritt im allgemeinen auf der Ebene des gesamten Periodensystems, in den Vergleich Metallen und Nichtmetallen. Gibt es einen Übergang vom metallischen Bindung zwischen den Metallen auf der linken Seite der Tabelle durch, um kovalente oder Van der Waals-Bindung zwischen den Nichtmetalle auf der rechten Seite der Tabelle. Metallische Bindung neigt dazu, dicht gepackten zentrosymmetrischen Strukturen mit einer hohen Anzahl der nächsten Nachbarn einzubeziehen. Post-Übergangsmetallen und Halbmetallen, zwischen der wahren Metalle und Nichtmetalle eingeschlossen ist, neigen dazu, komplexer Strukturen mit einer mittleren Anzahl von nächsten Nachbarn haben. Nichtmetallischen Bindung, in Richtung der rechten Seite der Tabelle, verfügt Open-verpackt Richtungsstrukturen mit weniger oder Null nächsten Nachbarn. Wie erwähnt, diese stetige Verringerung der Anzahl der nächsten Nachbarn, wie metallische und nichtmetallische Charakter abnimmt Zeichen zunimmt, wird bei den Nichtmetallen, deren Strukturen sich allmählich von mehratomigen ändern, um zweiatomigen, um einatomigen gespiegelt.

Wie es der Fall mit den Hauptkategorien von Metallen, Halbmetallen und Nichtmetallen, sind einige Unterschiede und Überschneidungen von Eigenschaften innerhalb und zwischen den einzelnen Kategorien von Nichtmetall. Unter den mehratomigen Nichtmetalle, Kohlenstoff, Phosphor und Selen, die die Halbmetalle Grenze beginnen, einige metallischen Charakter zu zeigen. Schwefel, ist das Mindeste, metallic der mehratomigen Nichtmetallen aber auch hier zeigt einige erkennbaren Metallcharakter. Der zweiatomigen Nichtmetalle, Iod ist die metallische. Die Anzahl seiner nächsten Nachbarn wird manchmal als 1 + 2 beschriebenen daher ist es fast eine mehratomige Metall. Innerhalb der Jod-Molekül, treten signifikante elektronische Wechselwirkungen mit den beiden nächsten nächsten Nachbarn jedes Atoms, und diese Wechselwirkungen ergeben, in Groß Jod, um ein glänzendes Aussehen und halbleitenden Eigenschaften. Der einatomigen nometals Radon ist die meisten metallischen und beginnt, eine kationische Verhalten, das für eine Nichtmetall ungewöhnlich zeigen.

Mehratomigen Nichtmetallen

Vier Nichtmetallen werden durch mehratomige Bindung in ihren Standardzuständen unterschieden, entweder diskrete oder erweiterten molekularen Formen: Kohlenstoff; Phosphor; Schwefel; und Selen. Im Einklang mit ihrer höheren Koordinationszahlen, die mehratomige Nichtmetallen weitere metallische Charakter als die benachbarten zweiatomigen Nichtmetallen; sie sind alle festen, meist halbglänzende Halbleiter mit Elektronegativität Werte, die Mittelstufe bis mäßig hoch sind. Schwefel ist das Mindeste, metallic der mehratomigen Nichtmetallen aufgrund seiner mattes Aussehen, spröde Verhalten und geringe Leitfähigkeit Attribute, die für alle Schwefel Allotrope. Es zeigt jedoch einige metallische Charakter entweder intrinsisch oder seine Verbindungen mit anderen Nichtmetallen. Beispiele hierfür sind die Formbarkeit von Kunststoff-Schwefel und die glänzenden Bronze Aussehen und metallische Leitfähigkeit Polyschwefelsilane Nitrid.

Die mehratomigen Metalle werden aus den zweiatomigen Metallen durch eine höhere Koordinationszahlen, höhere Schmelzpunkte und höhere Siedepunkte unterscheiden; und mit größeren Flüssigkeitsbereiche und niedrigere Raumtemperatur Volatilität. Generell zeigen sie eine deutliche Tendenz in allotropen Formen existieren und eine stärkere Neigung, kettenförmiger; und haben eine schwächere Fähigkeit, Wasserstoffbindungen zu bilden. Die Fähigkeit von Kohlenstoff zu kettenförmiger, insbesondere, ist grundlegend für das Gebiet der organischen Chemie und Leben auf der Erde. Alle mehratomigen Nichtmetallen sind Feststoffe, und alle sind entweder dehnbar, biegsam oder duktilen Formen bekannt; die meisten haben auch niedrigere Ionisationsenergien und Elektronegativität als die der zweiatomigen Nichtmetallen.

Zweiatomigen Nichtmetallen

Seven Nichtmetalle existieren als zweiatomigen Molekülen in ihrem Standardzustände: Wasserstoff; Stickstoff; Sauerstoff; Fluor; Chlor; Brom; und Jod. Sie sind im Allgemeinen hochisolierenden, stark elektro, nicht reflektierende Gasen und bemerkte, dass Brom, eine Flüssigkeit und Iod, eine solide, sind beide bei Raumtemperatur flüchtig. Ausnahmen von dieser verallgemeinerte Beschreibung treten an den Grenzen der Klasse: Wasserstoff eine vergleichsweise niedrigen Elektronegativität aufgrund seiner einzigartigen atomaren Struktur; Jod, in kristalliner Form, halbglänzende und einem Halbleiter in der Richtung ihrer Ebenen, die beide dieser Attribute konsistent mit dem Beginn eines metallischen Charakter.

Die zweiatomigen Nichtmetalle werden aus den mehratomigen Nichtmetallen durch mit niedrigeren Koordinationszahlen, niedrigere Schmelzpunkte und niedrigere Siedepunkte unterscheiden; und mit schmaler Flüssigkeitsbereiche und größere Raumtemperatur Volatilität. Allgemeiner gesagt, zeigen sie weniger Neigung, in allotropen Formen existieren, und kettenförmiger; und haben eine stärkere Fähigkeit, Wasserstoffbindungen zu bilden. Die meisten sind auch Gase und haben höhere Ionisationsenergien und höhere Elektronegativität als die der mehratomigen Nichtmetallen.

Edelgase

Sechs Nichtmetalle kommen in der Natur als einatomigen Edelgasen: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und radioaktive Radon. Sie bestehen aus einer Gruppe von chemischen Elementen mit sehr ähnlichen Eigenschaften. In der Standardzustände sind sie alle farb- und geruchlose, nicht brennbare Gase mit charakteristisch sehr niedrige chemische Reaktivität.

Mit ihrer geschlossenen Valenzschalen haben die Edelgase höchste zuerst Ionisationspotentiale in jedem ihrer Perioden und schwachen interatomaren Kräfte der Anziehung, mit dieser Immobilie was zu sehr niedrigen Schmelz- und Siedepunkte. Deshalb sind sie alle Gase unter Standardbedingungen, auch solche mit Atommassen größer als viele normalerweise festen Elemente sind.

Der Status der Zeit vom 7. Kongeners der Edelgase, wird das Element 118 nicht bekannt, es kann oder kann nicht ein Edelgas sein. Es wurde ursprünglich vorausgesagt, um ein Edelgas sein, sondern kann stattdessen eine ziemlich reaktive Feststoff mit einem ungewöhnlich niedrigen ersten Ionisationspotential aufgrund relativistischer Effekte. Auf der anderen Seite, wenn relativistische Effekte Spitze in Periode 7 bei Element 112, Copernicium ,, Element 118 kann sich als ein Edelgas, nachdem alle, wenn auch reaktiver als entweder Xenon oder Radon ist.

Elementargase

Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Chlor, zuzüglich der Edelgase werden zusammenfassend als die elementaren Gase bezeichnet. Diese Elemente sind gasförmig bei Standardtemperatur und -druck. Sie sind auch durch die niedrigsten Dichten niedrigsten Schmelz- und Siedepunkt, am stärksten isolierenden Eigenschaften und höchste Elektronegativität und Ionisierungsenergie Werte im Periodensystem aus.

Es ist nicht wissenschaftlich erwiesen, wenn irgendwelche synthetischen Elemente mit den Ordnungszahl über 108 Gasen. Sollte sich herausstellen, dass Copernicium und Flerovium sind gasförmigen Metallen bei oder nahe Raumtemperatur, da einige Berechnungen haben vorgeschlagen, muss die Kategorie der elementaren Gase unterteilt in nichtmetallischen und metallischen Gasen Gasen sein.

Vergleich der Eigenschaften

Charakteristisch und andere Eigenschaften der mehratomigen Nichtmetalle, zweiatomigen Nichtmetalle, und den einatomigen Edelgase sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Physikalischen Eigenschaften werden in loser Reihenfolge der Leichtigkeit der Bestimmung aufgeführt sind; chemischen Eigenschaften vom Allgemeinen zum Besonderen, um beschreibende laufen, und dann.

Allotrope

Viele Nichtmetalle haben weniger stabil Allotrope, entweder mit nichtmetallischen oder metallischen Eigenschaften. Graphit, der Standardzustand für Kohlenstoff, ein glänzendes Aussehen auf und ist ein recht guter elektrischer Leiter ist. Der Diamant allotrope Kohlenstoff deutlich nichtmetallischer jedoch lichtdurchlässig ist und eine relativ schlechte elektrische Leitfähigkeit. Kohlenstoff ist auch in verschiedenen anderen allotropen Formen, einschließlich halb buckminsterfullerene bekannt. Stickstoff kann gasförmig tetranitrogen, eine instabile mehratomigen Molekül mit einer Lebensdauer von etwa einer Mikrosekunde zu bilden. Sauerstoff ist ein zweiatomigen Moleküls in seinem Standardzustand; es besteht auch Ozon, einer instabilen mehratomigen nichtmetallischer allotrope mit einer Halbwertszeit von etwa einer halben Stunde. Phosphor, eindeutig, existiert in mehreren allotropen Formen, die stabiler als die der Standardzustand als weiße Phosphor sind. Die roten und schwarzen Allotrope sind wohl der bekannteste; beide Halbleitern; schwarzer Phosphor zusätzlich ein glänzendes Aussehen auf. Phosphor ist auch als Di-Phosphor, einem instabilen zweiatomigen Allotrop bekannt. Schwefel mehr Allotrope als jedes andere Element; alle diese, Bar Kunststoff Schwefel, der verformbar ist, haben nichtmetallische Eigenschaften. Selen hat mehrere nichtmetal Allotrope, die alle viel geringer elektrisch leitend als der Standardzustand grauen "metallic" Selen. Iod wird auch in einem halbleitenden amorphen Form bekannt. Unter ausreichend hohem Druck, etwas mehr als die Hälfte der Nichtmetalle, die mit Phosphor bei 1,7 GPa, wurde beobachtet, dass metallische Allotrope bilden.

Fülle und Extraktion

Wasserstoff und Helium sind schätzungsweise im Universum machen etwa 99 Prozent aller gewöhnlichen Materie. Weniger als fünf Prozent des Universums wird angenommen, dass der gewöhnlichen Materie, durch Sterne, Planeten und Lebewesen dargestellt werden. Der Restbetrag ist von dunkler Energie und dunkler Materie, die beide sind schlecht zur Zeit verstanden werden.

Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und bilden die große Masse der Erdatmosphäre, die Ozeane, Kruste, und Biosphäre; die restlichen Nichtmetalle haben Häufigkeiten von 0,5 Prozent oder weniger. Im Vergleich dazu wird 35 Prozent der Kruste bis der Metalle Natrium, Magnesium, Aluminium, Kalium und Eisen; zusammen mit einem Metalloid Silicium ist. Alle anderen Metallen und Metalloiden haben Häufigkeiten innerhalb der Kruste, Ozeane oder Biosphäre von 0,2 Prozent oder weniger.

Salzlösung: Nichtmetalle in ihren elementaren Formen, sind entnommen aus Cl, Br, I; flüssige Luft: N, O, Ne, Ar, Kr, Xe; Mineralien: C; F; P; ICH ; Erdgas: H, He, S; und aus Erzen, als Verarbeitungsnebenprodukte: Se; und Rn.

Anwendungen gemeinsam

Nichtmetallen keine universellen oder nahezu universellen Einsatz. Dies ist nicht der Fall mit Metallen, von denen die meisten strukturellen Zwecken; noch die Halbmetalle, die typischen Anwendungen von denen zu verlängern, um Oxidgläser, Legierungsbestandteile und Halbleitern.

Freigegebenen Anwendungen von verschiedenen Untergruppen der Nichtmetalle statt umfassen ihre Präsenz in oder spezifische Anwendungen in den Bereichen: Kryotechnik und Kältemittel: H, He, N, O, F und Ne; Düngemittel: H, N, P, S, Cl und Se; Haushalts accoutrements: H, He, C, N, O, F, Ne, P, S, Cl, Ar, Se, Br, Kr, I, Xe und Rn; Industrie Säuren: C, N, F, P, S und Cl; inerten Luftersatz: N, NO, S, Ar, Kr und Xe; Laser und Licht: He, C, N, O, F, Ne, S, Ar, Kr und Xe; und Medizin und Pharmazie: He, O, F, Cl, Br, I, Xe und Rn.

Die Anzahl der Verbindungen, die durch Nichtmetallen gebildet ist riesig. Die ersten neun Plätze in einem "Top-20" System der Elemente in 8.427.300 Verbindungen am häufigsten auftretenden, wie in dem Chemical Abstracts Service genannten Eintragungs zum Juli 1987 wurden von Nichtmetallen besetzt. Wasserstoff, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff wurden in der Mehrzahl von Verbindungen gefunden. Die am besten bewerteten Metall, mit einer Auftrittshäufigkeit von 2,3 Prozent war Eisen, auf dem 11. Platz.