5 Fundamental Properties Of Nonmetals
原子記号と原子番号を示した簡単な周期表です。 Credit: WikiCommons CC0 1.0化学の世界では、金属的な性質を持たない元素や化合物を「非金属」と呼んでいます。 既知の118元素のうち17元素しか占めていないにもかかわらず、非金属は、私たちが知っているような生命体には欠かせない最も重要な元素の一つです。
非金属は、金属に比べて、その原子的・化学的挙動において、非常に多様な性質を示す。
金属に比べて非金属は、原子間や分子間の結合力が大きく異なるため、原子的にも化学的にも非常に多様な性質を持っています。 ほとんどの非金属は、標準的な温度と圧力では気体になる傾向があり、密度も低い。 すべての非金属は、元素のpブロックの中で周期表の右側に位置しています（水素を除く）。 非金属によく見られる性質は以下の通りです。
- イオン/共有結合のため
- 脆い、非可溶性
- 低い融点/沸点
- イオン化エネルギーが高く、密度が低い。
- 高いイオン化エネルギーと電気陰性度
- 熱と電気の伝導性に乏しい
この特性のリストは必須でも網羅的でもありません。 非金属の中には、これらの特性をすべて備えているものもあれば、ほとんど備えていないものもあります。 例えば、黒鉛は非金属化合物ですが、非常に優れた電気伝導性を持っており、電子機器に使用されています。
非金属の種類
一般的に非金属は、反応性非金属とハロゲンの2つに分けられます。 反応性非金属は、物理的・化学的性質のバリエーションが多いのが特徴です。 炭素や硫黄のように、常温で固体であり、電気陰性度が低いものもある。 また、酸素のように、室温では気体であり、非常に電気陰性であるものもある。 反応性非金属には、周期表の第17族元素であるハロゲンも含まれる。 ハロゲンはすべて7個の電子を持っているので、非常に反応性が高く、容易にマイナスイオンを形成します。 反応性の高い非金属には次のようなものがあります。
- 水素(H)
- 炭素(C)
- 窒素(N)
- 酸素(O)
- リン(P)
- 硫黄(S)
- セレン(Se)
ハロゲンは以下の通りです。
- フッ素（F）
- 塩素（Cl）
- 臭素（B）
- ヨウ素（I）
- アスタチン（As）
これに対して、希ガスは不活性な化学的挙動を示すことが特徴である。 貴ガスは8個の電子からなる完全な価電子殻を持ち、非常に安定した電子配置で存在しています。 そのため、希ガスは通常、他の元素と反応して化合物を作ることはありません。 貴族ガスとは
- ヘリウム（He）
- ネオン（Ne）li
- アルゴン(Ar)
- クリプトン(Kr)
- キセノン(Xe)
- ラドン(Rn)
- 元素118(Oganesson Og)
5 Characteristics Of Nonmetals
Form Covalent/Ionic Bonds
非金属の主要な特徴の1つは、共有結合やイオン結合をして化学物質を形成することです。 共有結合では、2つの元素が完全な殻になるまで価電子を共有します。 日常的な共有結合化合物には、二酸化炭素、エタノール（アルコール）、グルコース、四塩化炭素などがある。 共有結合を構成する元素は、それぞれが安定した電子配置になるように電子を共有します。 共有結合を持つ化合物は、その分子形状の変化が最も大きい傾向にある。 共有結合化合物は、電子ペア間の静電反発が最小になるような形をとる。
これに対して、イオン結合は非金属と金属の間で形成される傾向があります。 イオン結合では、ある元素が他の元素から電子を奪い、カチオンとアニオンを作ります。 反対に帯電したイオンは互いに引き合い、まとまってイオン化合物を形成します。 一般的なイオン化合物には、食塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化カリウムなどがあります。 イオン結合は、電気陰性度が大きく異なる元素間で形成される傾向があります（ΔEN > 2.0）。
脆い 非金属の共有結合やイオン結合の多くは脆く、大きな力を加えると粉々になる傾向があります。 金属と違って、非金属化合物は可鍛性や延性がありません。
非金属化合物が脆くなりがちなのは、イオン結合と共有結合の性質によるものです。 イオン結合も共有結合も、電子を共有したり捕まえたりします。 どちらの化合物も、静電反発が最小になるように配置されている。 例えば、イオン性化合物では、プラスとマイナスの原子が緊密な結晶構造で固定され、プラスのイオンとマイナスのイオンが並んでいる。 力を加えると、正と正、負と負のようにイオンの配列がずれてしまう。
共有結合も同様に、電子や原子の配置が決まっていて、機械的な力を加えるとその配置が崩れ、化合物が破壊されてしまう。 一方、金属結合は、電子の結合が非局在化しているため、お互いに動いたりすり抜けたりすることができる。
融点・沸点の低さ
金属以外の化合物がすべて融点・沸点が低いかというとそうではありません。 例えば、塩の融点は801℃であり、非常に高い。 しかし、金属に比べれば、非金属化合物の融点や沸点は比較的低い。
非金属化合物、特に共有結合を持つ化合物の融点や沸点が低いのは、分子間の相互作用が比較的弱いためである。
非金属化合物、特に共有結合化合物は、分子間の相互作用が比較的弱いため、融点や沸点が低い。 金属の融点や沸点が非常に高いのは、分子間の引力が非常に強いからである。 一方、共有結合を持つ化合物は、分子間の引力が強くありません。
イオン化合物の融点・沸点は、共有結合に比べて高いが、金属には及ばない。 イオン化合物を加熱すると、粒子の運動エネルギーが増大する。ある閾値を超えると、運動エネルギーが静電引力に勝り、格子構造が崩れてしまう。
高いイオン化エネルギー/電気陰性度
非金属はイオン化エネルギーが高い傾向にあります。 これは、非金属原子から電子を取り除くのが難しいことを意味します。 非金属のイオン化エネルギーが高いのは、原子核の大きさと電子殻の大きさを比較した結果です。
同じ理由で、非金属も金属よりも電気陰性になりやすいことが説明できます。
Poor Conductors Of Heat and Electricity
非金属も熱や電気の伝導性が比較的低い傾向にありますが、例外もあります。 非金属が熱や電気を伝えにくいのは、金属が比較的熱を伝えやすいことと関係があります。 金属が熱をよく通すのは、結合を切らずに大きな運動エネルギーを吸収できるからだ。 一方、非金属は、原子の配置が固定されていないと安定しないため、運動エネルギーが大きすぎると結合が切れてしまうのです。 金属が電気をよく通すのは、電子が移動できる開放軌道を多数持っているからです。 非金属は完全な軌道を持つ傾向があるため、電圧をかけると電子の行き場がなくなってしまうのです。
一般的には、最初の元素である水素は非金属に分類されます。 しかし、水素は非常にユニークな性質を持っているため、金属にも非金属にも分類することができません。 例えば、水素は共有結合を形成し、非金属のように自然に気体として存在します。 一方で、水素は1個の電子を容易に放出して、金属に多く見られる正電荷のイオンを形成する。
1935年、物理学者のユージン・ウィグナーとヒラード・ハンティントンは、水素が超高温高圧下で凝縮し、金属性の液体または固体になることを予言した。 このエキゾチックな水素の相は、金属のように振る舞い、熱や電気の伝導性が非常に高いと予測されている。 現在のところ、水素は気体の状態でしか観測されていないが、木星や土星のような巨大ガス惑星のコアには、液体の金属水素が存在している可能性があると考えられている。
まとめますと、非金属とは、金属的な性質を持たない化学物質のことです。 非金属は通常、室温では気体または液体で、反応性非金属と希ガスに分けられます。 非金属は共有結合を持ち、脆くて壊れやすい化合物を形成し、融点や沸点が低く、イオン化エネルギーや電気陰性度が高く、電気の伝導性に乏しい。 非金属は、原子核の大きさや電子の配置が比較的広範囲であるため、金属よりも化学的に変化しやすい。
😊 ☹️