非金属の7つの特性とは？

非金属は、私たちが呼吸する空気から生命を定義するDNAまで、私たちの周りの世界の多くを構成する魅力的な元素のグループです。金属の仲間のような光沢や導電性はないかもしれませんが、そのユニークな特性は、数え切れないほどの化学的および生物学的プロセスに不可欠です。これらの特性を理解することは、工業的用途から自然界に至るまで、あらゆるものにおける彼らの役割を理解するための鍵となります。以下に、非金属の最も重要な7つの特性を示します。

1. 電気と熱の不良導体

非金属の最も特徴的な特性の1つは、電気と熱を効率的に伝導できないことです。電荷を運んだり熱エネルギーを伝達したりするために自由に移動できる「非局在化電子の海」を持つ金属とは異なり、非金属は電子をしっかりと保持しています。この自由移動電荷担体の欠如は、非金属が優れた絶縁体として機能することを意味します。電気ワイヤーを覆うために使用されるゴムやプラスチックなどの材料を考えてみてください。これらはどちらも非金属化合物でできています。この特性は、熱い鍋に入れたときに木のスプーンが金属のスプーンほど早く手を燃やさない理由でもあります。

2. 脆くて非延性

非金属は通常、固体状態では脆いです。これは、変形したり曲がったりするのではなく、ストレスを受けると壊れたり粉々になったりする可能性が高いことを意味します。硫黄の塊を新しい形にハンマーで叩くことはできません。単に崩れてしまうでしょう。これは、展性（シートにハンマーで叩ける能力）と延性（ワイヤーに引き伸ばせる能力）で知られる金属とは対照的です。非金属の脆い性質は、原子間の強固で局在化した結合によるもので、層がスムーズに互いにスライドするのを防ぎます。このプロセスにより、金属は壊れることなく形状を変えることができます。

3. 光沢がない

金属は特徴的な金属光沢で知られていますが、非金属は一般的にこの特性を欠いています。彼らは鈍い外観を持ち、同じように光を反射しません。非金属の表面は、粉末状、ガラス状、または土のような外観をしています。たとえば、木炭の形の固体炭素は鈍く黒く、硫黄は鈍い黄色の粉末です。この鈍さは、電子構造に直接関係しています。可視スペクトル全体で光を吸収して再放出する自由電子がないため、その光沢のある反射品質がありません。

4. 低い融点と沸点

金属と比較して、非金属は一般的に非常に低い融点と沸点を持っています。これが、酸素、窒素、水素など多くの非金属が室温で気体として存在する理由です。硫黄やリンなどの他のものは固体ですが、比較的低い温度で融解します。これは、非金属の原子または分子を一緒に保持する力が、金属に見られる金属結合よりも一般的に弱いためです。これらの結合を破壊し、物質の状態を固体から液体、気体に変化させるには、より少ないエネルギー（熱）が必要です。

5. 高いイオン化エネルギーと高い電気陰性度

これらの2つの特性は深く関連しており、非金属の化学的反応性を理解するための鍵となります。イオン化エネルギーとは、原子から電子を取り除くために必要なエネルギーです。非金属は、原子が外側の電子を非常にしっかりと保持しているため、高いイオン化エネルギーを持っています。これにより、非金属原子を陽イオンに変えることが困難になります。電気陰性度とは、化学結合において原子が電子を引き付けて保持する能力の尺度です。非金属は非常に電気陰性度が高く、他の原子、特に金属と結合するときに電子を自分自身に引き寄せる傾向があります。これが、イオン性化合物で負イオン（アニオン）を形成し、共有結合で電子を不均等に共有することが多い理由です。

6. 高い電子親和力

非金属は高い電子親和力を持っています。これは、中性原子に電子が追加されて負イオンが形成されるときに発生するエネルギーの変化です。非金属は外殻を完成させるために電子を獲得することを非常に熱望しているため、このプロセスはかなりの量のエネルギーを放出し、好ましいプロセスになります。塩素やフッ素などのハロゲンは典型的な例です。それらの高い電子親和力は、それらの強力な反応性と、他の多くの元素との化合物を形成する能力を促進します。

7. 可変の物理的状態

いくつかの特性は一貫していますが、非金属の最も興味深い側面の1つは、標準温度および圧力での幅広い物理的状態です。すべての3つの一般的な物質の状態で見つけることができます。たとえば、酸素、窒素、塩素は気体です。臭素は、室温で液体である2つの元素のうちの1つです（もう1つは水銀です）。そして、炭素、硫黄、リンなどの非金属は固体です。この物理的状態の多様性は、原子間の分子間力の強さの変動に直接起因しており、ほとんどの金属を固体状態に保つ強力な金属結合よりも著しく弱くなっています。