금속, 비금속 및 준금속의 성질

원소는 금속, 비금속 또는 반금속(준금속)으로 분류할 수 있습니다.

금속은 열과 전기의 좋은 전도체이며 가단성이 있고(시트로 스웨이징될 수 있음) 연성(철사로 끌어당길 수 있음)입니다. 대부분의 금속은 실온에서 고체이며 은빛 광택이 특징입니다(액체인 수은 제외).

비금속은 (일반적으로) 열과 전기의 열악한 전도체이며 가단성 또는 연성이 아닙니다. 많은 기본 비금속은 실온에서 기체이고, 나머지는 액체이고, 나머지는 고체입니다.

준금속은 특성이 중간입니다. 물리적 특성은 비금속과 더 유사하지만 특정 상황에서 일부는 전기를 전도하도록 만들 수 있습니다. 이러한 반도체는 컴퓨터 및 기타 전자 장치에서 매우 중요합니다.

표의 오른쪽에 있는 많은 주기율표는 금속과 비금속을 구분합니다. 금속은 선의 왼쪽에 있고(비금속인 수소는 제외), 비금속은 선의 오른쪽에 있으며, 선에 바로 인접한 원소는 준금속입니다.

 

 

요소가 결합하여 화합물을 형성할 때 두 가지 주요 유형의 결합이 발생할 수 있습니다. 이온 결합은 한 종에서 다른 종으로 전자가 이동할 때 형성되어 정전기 상호 작용에 의해 서로 매우 강하게 끌어당기는 하전 이온을 생성하고, 원자가 전자를 공유하여 중성 분자를 생성할 때 생성되는 공유 결합을 생성합니다.

일반적으로 금속과 비금속은 결합하여 이온성 화합물을 형성하고, 비금속은 다른 비금속과 결합하여 공유결합 화합물(분자)을 형성합니다.

 

주기율표의 금속

주기율표의 대부분의 원소는 금속입니다. 그들은 주기율표의 중앙에서 왼쪽으로 함께 그룹화됩니다. 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토류, 전이 금속, 란탄족 및 악티늄족으로 구성됩니다.

 

알칼리 금속
알칼리 금속은 주기율표의 왼쪽 첫 번째 열에서 찾을 수 있습니다. 그들은 반응성이 높고 가장 바깥 쪽의 하위 껍질에 하나의 전자가 있는 부드러운 금속입니다.
6가지 알칼리 금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 루비듐에 대한 레피돌라이트 광물 공급원 및 세슘, 세슘, 프랑슘입니다.

알칼리 토금속
알칼리 토금속은 주기율표 왼쪽의 2열에 있습니다. 그것들은 일반적으로 알칼리 금속보다 더 단단하고 밀도가 높으며, 최외각의 하위 껍질에 2개의 전자를 가지고 있으며, 각각은 화염에서 뚜렷한 색상을 만듭니다.
6가지 알칼리 토금속은 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐입니다.

전이금속
전이 금속은 주기율표 본체의 중앙에 있습니다. 그들은 때때로 중금속이라고 불리며 알칼리 또는 알칼리 토금속보다 밀도가 높습니다.
코발트, 구리, 애리조나산 천연 구리, 금, 철, 수은, 백금, 은, 티타늄, 텅스텐, 아연 등 38가지 전이 금속이 있습니다.

희토류 금속
희토류 금속은 일반적으로 주요 주기율표 아래의 자체 표에서 발견됩니다. 그러나 그들은 실제로 주기율표의 중간에 맞습니다. 희토류 금속에는 Lanthanides와 Actinides의 두 가지 유형이 있습니다.

란탄족 금속
주기율표에는 15개의 란탄족이 나열되어 있습니다. 이 모든 요소는 매우 유사하여 구별하기가 매우 어렵습니다.
란타나이드의 예로는 세륨, 프로메튬, 가돌리늄, 디스프로슘, 루테튬이 있습니다.

악티늄족 금속
주기율표에는 15개의 악티늄족이 나열되어 있습니다. 이들 중 대부분은 매우 불안정하기 때문에 자연에서 발생하지 않지만 원자로 및 입자 가속기에서 생성됩니다.
악티늄족의 예로는 토륨, 우라늄, 플루토늄, 캘리포늄, 멘델레븀이 있습니다.

기타 금속
다른 금속으로 나열된 금속은 주기율표 본문의 오른쪽에 있습니다. 이들은 때때로 반금속(semimetal)이라고 불리고 때때로 전이 금속(post-transition metal)이라고 불립니다. 그들은 일반적으로 다른 금속보다 부드럽고 융점이 낮습니다.
과학자들은 어떤 요소가 이 범주에 속하는지에 대해 보편적으로 동의하지 않습니다. 따라서 보고 있는 표에 따라 8-14 사이에 있을 수 있습니다.
다른 금속의 예로는 알루미늄, 비스무트, 비스무트 결정, 인듐, 납, 주석이 있습니다.

 

금속의 성질

금속은 수소를 제외하고 화학 반응 중에 전자를 잃어 양이온을 형성하는 원소입니다. 따라서 이온화 에너지가 낮은 양전하 원소입니다. 대부분의 금속은 광택이 있고 매우 조밀하며 융점이 높은 특성을 공유합니다. 또한 연성, 가단성 및 광택이 있습니다. 금속은 또한 열과 전기의 좋은 전도체입니다. 액체인 수은을 제외한 모든 금속은 실온에서 고체입니다.

금속은 일반적으로 비금속과 이온 결합을 형성하지만 예외가 있습니다. 대부분의 금속은 적어도 하나의 염기성 산화물을 형성하지만 일부는 양쪽성입니다. 금속은 광범위한 반응성을 나타냅니다. 금속의 특수 그룹에는 귀금속 Ru, Rh, Pd, Pt, Au, Os, Ir, Ag 및 내화 금속 Nb, Mo, Ta, W 및 Re가 포함됩니다.

 

금속의 물리적 특성
금속의 주요 물리적 특성 중 일부는 다음과 같습니다.

▷ 금속은 고체 상태에서 가단성이 있으며 두드려서 얇은 판으로 만들 수 있습니다. 금은 모든 금속 중에서 가장 가단성
▷ 금속은 연성이므로 와이어로 끌어당길 수 있습니다. 은은 가장 연성이 있는 금속 중 하나입니다.
▷ 금속은 열과 전기를 잘 전도합니다.
▷ 금속은 광택이 있어 광택이 있는 외관을 가지고 있습니다. 일부 금속은 녹청을 형성하고 광택이 손실됩니다.
▷ 금속은 인장 강도가 높습니다. 그것은 그들이 헤비급을 견딜 수 있음을 의미합니다.
▷ 금속은 소리가 납니다. 그것은 우리가 그들을 치면 그들이 울리는 소리를 낸다는 것을 의미합니다.
▷ 금속은 단단합니다. 쉽게 자를 수 없다는 뜻입니다.
▷ 전자를 잃음으로써 수용액에서 양이온을 형성
▷ 금속의 녹는점: 금속은 녹는점과 끓는점이 높은 경우가 많지만 세슘, 갈륨, 수은, 루비듐, 주석과 같이 녹는점이 매우 낮은 예외가 많습니다. 그러나 대부분의 끓는점은 여전히 ​​상당히 높습니다.
▷ 금속은 광범위한 밀도를 나타내지만 일반적으로 비금속보다 밀도가 높습니다. 텅스텐, 백금, 오스뮴, 금 및 이리듐은 매우 밀도가 높습니다.
▷ 대부분의 금속은 은색이지만 금, 세슘 및 구리와 같은 일부는 착색되어 있습니다.

금속의 화학적 성질
금속은 일반적으로 산소와 함께 염기성 또는 양쪽성 산화물을 형성하는 전기양성 원소입니다. 기타 화학적 특성은 다음과 같습니다.

양전하 특성
금속은 이온화 에너지가 낮은 경향이 있으며 일반적으로 화학 반응을 겪을 때 전자를 잃습니다(즉, 산화됨). 일반적으로 전자를 받지 않습니다. 

예를 들어
알칼리 금속은 항상 1+입니다(s subshell에서 전자를 잃음).
알칼리 토금속은 항상 2+입니다(s subshell에서 두 전자를 모두 잃음).
전이 금속 이온은 명백한 패턴을 따르지 않으며 2+가 일반적이며(s subshell에서 두 전자를 모두 잃음) 1+ 및 3+도 관찰됩니다.

Na0→Na++e−Na0→Na++e−

Mg0→Mg2++2e-Mg0→Mg2++2e-

Al0→Al3++3e−Al0→Al3++3e−

금속과 비금속의 화합물은 본질적으로 이온성인 경향이 있습니다. 대부분의 금속 산화물은 염기성 산화물이며 물에 용해되어 금속 수산화물을 형성합니다.

Na2O(s)+H2O(l)→2NaOH(aq)Na2O(s)+H2O(l)→2NaOH(aq)

CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(aq)CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(aq)

금속 산화물은 산과 반응하여 금속 염과 물을 형성함으로써 기본적인 화학적 성질을 나타냅니다.

MgO(s)+HCl(aq)→MgCl2(aq)+H2O(l)MgO(s)+HCl(aq)→MgCl2(aq)+H2O(l)

NiO(s)+H2SO4(aq)→NiSO4(aq)+H2O(l)

 

주기율표에서 금속의 위치

원소의 75% 이상이 금속이므로 주기율표의 대부분을 차지합니다. 금속은 테이블의 왼쪽에 있습니다. 표의 본체 아래에 있는 두 줄의 원소(란탄족 및 악티늄족)는 금속입니다.

주기율표에서 원자번호 5인 붕소(B)에서 시작하여 원자번호 84인 폴로늄(Po)까지 이어지는 계단식 선을 볼 수 있습니다. 게르마늄(Ge)과 안티몬(Sb)은 제외 ), 해당 선의 왼쪽에 있는 모든 요소는 금속으로 분류될 수 있습니다.

 

금속의 용도

금속은 삶의 모든 측면에서 사용됩니다. 다음은 몇 가지 용도 목록입니다.

▷ 구조적 구성요소
▷ 컨테이너
▷ 전선 및 전기 제품
▷ 방열판
▷ 거울
▷ 동전
▷ 보석류
▷ 무기
▷ 영양(철, 구리, 코발트, 니켈, 아연, 몰리브덴)

 

주기율표의 비금속

비금속 원소는 주기율표의 오른쪽 상단을 차지합니다. 비금속에는 비금속 그룹, 할로겐 및 희가스가 포함됩니다. 이러한 원소는 금속으로 간주되는 원소와 구별되는 서로 유사한 화학적 특성을 가지고 있습니다.

 

비금속 그룹

비금속 원소 그룹은 비금속의 하위 집합입니다. 비금속 원소 그룹은 수소, 탄소, 질소, 산소, 인, 황 및 셀레늄으로 구성됩니다. 수소는 상온 및 압력에서 비금속으로 작용하며 일반적으로 비금속 그룹의 일부로 받아들여집니다.

할로겐은 주기율표 7족에 속하는 비금속이다. 이들 원소의 원자는 -1-산화 상태를 갖는다. 그룹의 맨 위에 있는 요소는 기체이지만 그룹 아래로 이동하면서 액체와 고체가 됩니다. 할로겐은 불소, 염소, 브롬, 요오드 및 아스타틴입니다. 테네신의 특성은 잘 알려져 있지 않습니다. 테네신은 할로겐이거나 준금속일 수 있습니다.

희가스는 주기율표의 8족(마지막 열)에서 발견되는 비교적 비반응성 기체입니다. 희가스는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 및 오가네손입니다. oganesson은 실온에서 가스가 아닐 가능성이 높습니다.

 

비금속의 성질

화학 반응 중에 음이온을 형성하기 위해 전자를 얻는 경향이 있는 원소를 비금속이라고 합니다. 이들은 높은 이온화 에너지를 가진 전기 음성 요소입니다. 그들은 광택이 없고 부서지기 쉬우며 열과 전기의 전도도가 낮습니다(흑연 제외). 비금속은 기체, 액체 또는 고체일 수 있습니다.

 

비금속의 물리적 특성
상태
대부분의 비금속은 실온에서 기체(산소)와 고체(탄소)의 세 가지 물질 상태 중 두 가지 상태로 존재합니다. 브롬만 실온에서 액체로 존재합니다.
비 가단성 및 연성: 비금속은 매우 부서지기 쉽고 와이어로 말리거나 시트로 두들겨질 수 없습니다.

전도
그들은 열과 전기의 열악한 전도체입니다.
광택: 금속 광택이 없고 빛을 반사하지 않습니다.

녹는점과 끓는점
금속이 녹거나 끓을 때 이것은 물리적 상태의 변화입니다. 에너지는 물질로 전달되어 물질을 녹이거나 끓입니다. 이 에너지는 금속 이온과 금속의 비편재화된 전자 사이의 인력을 극복하는 데 필요합니다. 필요한 에너지가 많을수록 녹는점이나 끓는점이 높아집니다. 금속은 거대한 격자구조이기 때문에 파단되는 정전기력이 매우 커서 녹는점과 끓는점이 높다. 이것은 금속의 녹는점과 끓는점이 공유 물질보다 이온성 화합물의 녹는점과 끓는점과 더 유사하다는 것을 의미합니다.

7개의 비금속은 표준 조건에서 이원자 분자로 존재합니다.

H2(g)H2(g), N2(g)N2(g), O2(g)O2(g), F2(g)F2(g), Cl2( g)Cl2(g), Br2(l)Br2(l), I2(s)I2(s).

비금속의 화학적 성질
비금속은 다른 원자와 전자를 얻거나 공유하는 경향이 있습니다. 그들은 특성이 전기 음성입니다. 비금속은 금속과 반응할 때 전자를 얻고(일반적으로 희가스 전자 구성을 얻음) 음이온이 되는 경향이 있습니다.

3Br2(l)+2Al(s)→2AlBr3(s)3Br2(l)+2Al(s)→2AlBr3(s)

전적으로 비금속으로 구성된 화합물은 공유 물질입니다. 그들은 일반적으로 물에 용해되어 산을 형성하는 산소와 함께 산성 또는 중성 산화물을 형성합니다.

CO2(g)+H2O(l)→H2CO3(aq)탄산CO2(g)+H2O(l)→H2CO3(aq)탄산

아시다시피 탄산수는 약산성(탄산)입니다.

비금속 산화물은 염기와 결합하여 염을 형성할 수 있습니다.

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

 

주기율표에서 비금속의 위치

비금속은 왼쪽 상단 모서리에 있는 수소를 제외하고 주기율표의 맨 오른쪽에 있습니다.

17가지 비금속 원소는 수소, 헬륨, 탄소, 질소, 산소, 불소, 네온, 인, 황, 염소, 아르곤, 셀레늄, 브롬, 크립톤, 요오드, 크세논, 라돈입니다.

 

비금속의 용도

금속과 달리 비금속은 보편적인 용도가 없습니다. 그러나 특정 응용 프로그램에서는 함께 나타납니다.

▷ 생명에 필수(탄소, 수소, 질소, 산소, 황, 염소, 인)
▷ 비료(수소, 질소, 인, 황, 염소, 셀레늄)
▷ 냉매 및 극저온(수소, 헬륨, 질소, 산소, 불소, 네온)
▷ 산업용 산(탄소, 질소, 불소, 인, 황, 염소)
▷ 레이저 및 램프
▷ 의학 및 의약품

비금속은 많은 화합물을 형성합니다. 사실, 당신이 만나는 대부분의 화합물에는 비금속이 포함되어 있습니다. 물, 음식, 직물, 플라스틱 및 기타 일상용품에서 발생합니다.

 

주기율표의 준금속

준금속이라고도 하는 준금속 원소는 금속과 비금속의 성질을 모두 가진 원소입니다. 준금속 정의는 주기율표의 금속과 비금속 원소 사이의 사선을 따라 발생하는 6~9개의 원소를 포함하는 것으로 간주됩니다.

만장일치로 준금속으로 간주되는 6가지 원소는 붕소, 규소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 텔루륨입니다.

이 6가지 원소 외에도 준금속 원소의 정의에는 때때로 비스무트, 폴로늄 및 아스타틴 원소도 포함됩니다. 이 모호성은 대부분 모든 준금속의 특성으로 간주되는 특정 특성의 부족으로 인해 발생합니다.

대신, 준금속 원소는 단순히 금속과 비금속의 특성 사이에 있는 특성이 혼합되어 있는 것으로 특징지어집니다. 구조적으로, 그들은 공유 결합된 결정 구조를 형성하는데, 이는 주로 비금속에서 발견되는 특성입니다.

일부 준금속 원소의 잘 알려진 용도 중 하나는 모든 가정에서 사용되는 많은 전자 장치 내부에서 발견되는 반도체입니다.

 

준금속의 속성

준금속은 금속과 비금속의 중간 성질을 가지고 있습니다. 준금속은 반도체 산업에서 유용합니다. 준금속은 실온에서 모두 고체입니다. 그들은 다른 금속과 합금을 형성할 수 있습니다.

실리콘 및 게르마늄과 같은 일부 준금속은 적절한 조건에서 전기 전도체로 작용할 수 있으므로 반도체라고 합니다. 예를 들어 실리콘은 광택이 나는 것처럼 보이지만 가단성도 연성도 아닙니다(취성 - 일부 비금속의 특성).

금속보다 열과 전기의 전도도가 훨씬 열악합니다. 준금속의 물리적 특성은 금속성 경향이 있지만 화학적 특성은 비금속성 경향이 있습니다. 이 그룹에 있는 원소의 산화수는 해당 원소가 위치한 그룹에 따라 +5에서 -2 사이입니다.

 

메탈로이드의 일반적인 속성

일반적으로 준금속은 다음과 같은 공통 속성을 공유합니다.

▷ 준금속의 전기 음성도는 비금속과 금속 사이에 있습니다.
▷ 준금속의 이온화 에너지도 비금속과 금속 사이에 있습니다.
▷ 반금속/준금속은 비금속의 일부 특성과 금속의 일부 특성을 가지고 있습니다.
▷ 준금속의 반응성은 상호 작용하는 원소의 특성에 따라 다릅니다.
▷ 준금속은 좋은 반도체 경향이 있습니다.
▷ 준금속은 금속 광택을 가질 수 있지만 비금속 외관을 가질 수 있는 트로피도 있습니다.
▷ 준금속은 일반적으로 부서지기 쉽고 일반적으로 고체이며 드문 조건에서만 고체가 되지 않습니다.
▷ 준금속은 일반적으로 화학 반응에서 비금속으로 작용하며 금속과 합금을 만들 수 있습니다.

 

준금속의 화학적 성질

화학적 성질은 물질이 다른 물질과 어떻게 상호 작용/반응하거나 한 물질에서 다른 물질로 변화하는지 정의하는 속성입니다. 화학 반응은 원소의 화학적 성질을 정량화할 수 있는 유일한 시간입니다. 화학 반응에는 돌진, 연소, 변색, 폭발 등과 같은 것들이 포함됩니다. 준금속의 화학적 특성은 다음과 같습니다.

▷ 준금속은 산화될 때 쉽게 기체를 형성합니다.
▷ 준금속은 금속과 결합하여 합금을 만들 수 있습니다.
▷ 준금속은 금속 및 비금속 동소체가 다릅니다.
▷ 준금속이 녹을 때 그들 중 일부는 수축할 것입니다.
▷ 준금속은 할로겐과 반응하여 화합물을 형성할 수 있습니다.

 

주기율표에서 준금속의 위치

앞서 언급했듯이 준금속은 주기율표에서 금속과 비금속 사이에 사선으로 발생하는 원소의 그룹입니다. 이 준금속 원소 라인은 13족에서 16족, 17족 또는 18족 사이에 걸쳐 있습니다(얼마나 많은 원소가 실제로 준금속으로 간주되는지에 따라 다름).

이 준금속 원소 라인의 왼쪽에는 금속으로 분류된 원소가 있고, 오른쪽에는 비금속으로 분류된 원소가 있습니다. 이 규칙의 한 가지 예외는 비금속으로 분류되지만 주기율표의 왼쪽에 나타나는 수소 원소입니다.

베이지색으로 표시된 6개의 준금속 원소(붕소(B)로 시작)가 있는 원소 주기율표. 이 그룹에는 때때로 표의 6주기에 있는 비스무트(Bi), 폴로늄(Po) 및 아스타틴(At) 원소도 포함됩니다.

 

금속 및 비금속 특성의 추세

금속성은 주기율표의 가장 왼쪽 부분에 있는 원소에 대해 가장 강하고 어느 주기에서나 오른쪽으로 이동할 때 감소하는 경향이 있습니다(비금속 특성은 전기 음성도 및 이온화 에너지 값이 증가함에 따라 증가함).

모든 요소 그룹(열) 내에서 금속 특성은 위에서 아래로 증가합니다(전기 음성도 및 이온화 에너지 값은 일반적으로 그룹 아래로 이동함에 따라 감소합니다). 이러한 일반적인 경향은 전이 금속에서 반드시 관찰되는 것은 아닙니다.