Φυσικές Ιδιότητες Στοιχείων

Η έννοια των φυσικών ιδιοτήτων αναφέρεται σε εκείνες τις ιδιότητες των στοιχείων που δεν σχετίζονται με τη χημική τους σύνθεση ή την αλλαγή στη χημική τους σύνθεση. Με άλλα λόγια, μπορούμε να πούμε ότι οι φυσικές ιδιότητες ενός στοιχείου είναι παρατηρήσιμες χωρίς καμία αλλαγή στην ταυτότητα της ουσίας. Τα παραδείγματα φυσικών ιδιοτήτων περιλαμβάνουν πυκνότητα, διαλυτότητα, πλαστιμότητα, ελατότητα, σκληρότητα, χρώμα, σημείο τήξης, σημεία βρασμού, ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ. Τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα ποικίλλουν σε αυτές τις ιδιότητες ανάλογα με τη φύση τους, π.χ. μέταλλο, μη μέταλλο, ή μεταλλοειδή. Υπάρχουν συνολικά 118 στοιχεία στον περιοδικό πίνακα, από τα οποία τα 92 είναι μέταλλα, τα 20 είναι αμέταλλα και τα 6 είναι μεταλλοειδή (που λειτουργούν ως μέταλλα και ως αμέταλλα και τα δύο). Παρόμοιες ομάδες έχουν τις ίδιες ή μικρές διαφορές στις φυσικές τους ιδιότητες. Ας μελετήσουμε λεπτομερώς τις φυσικές ιδιότητες των μετάλλων και των μη μετάλλων.

Φυσικές ιδιότητες των μετάλλων

Οι κοινές και βασικές φυσικές ιδιότητες των μετάλλων του περιοδικού πίνακα είναι οι εξής:

• Λάμψη:Τα μέταλλα έχουν συνήθως μια λαμπερή επιφάνεια, δηλαδή λόγω της ανάκλασης του φωτός λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων.
• Υψηλά σημεία τήξης:Οι δομές πλέγματος των μετάλλων είναι τεράστιες, με ισχυρή ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ των ιόντων και των ηλεκτρονίων σθένους. Λόγω της υψηλής ηλεκτροστατικής δύναμης έλξης, απαιτείται μεγαλύτερη ενέργεια για να σπάσει ο δεσμός μεταξύ των μετάλλων, επομένως, τα σημεία τήξης και βρασμού των μετάλλων είναι υψηλότερα.
• Καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού:Όπως γνωρίζουμε, τα μέταλλα έχουν συνήθως 1 έως 3 ηλεκτρόνια σθένους τα οποία είναι ελεύθερα να κινούνται. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι χαλαρά συνδεδεμένα και μεταφέρουν το ηλεκτρικό φορτίο ακόμα και στο ελάχιστο ρεύμα που παρέχεται. Έτσι, τα μέταλλα λειτουργούν ως καλός αγωγός του ηλεκτρισμού, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή ηλεκτρικών καλωδίων (για παράδειγμα, σύρματα χαλκού).
• Καλοί αγωγοί θερμότητας:Ακριβώς όπως ο ηλεκτρισμός, τα μέταλλα είναι επίσης ένας εξαιρετικός αγωγός της θερμότητας. Ο λόγος αυτής της αγωγιμότητας είναι η παρουσία κινητών ελεύθερων ηλεκτρονίων στο κέλυφος σθένους τους. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κατά τη θέρμανση συγκρούονται μεταξύ τους, παράγοντας τεράστια ποσότητα κινητικής ενέργειας. Αυτή η κινητική ενέργεια στη συνέχεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Έτσι, τα μέταλλα λειτουργούν ως καλοί αγωγοί της θερμότητας, λόγω των οποίων χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή σκευών για το μαγείρεμα.
• Υψηλή πυκνότητα:Η υψηλή πυκνότητα των μετάλλων οφείλεται στη σφιχτά συσκευασμένη κρυσταλλική δομή χωρίς κενά αέρα. Το πιο πυκνό μέταλλο στη Γη είναι το όσμιο, δηλαδή ένα σπάνιο στοιχείο που βρίσκεται σε ιχνοστοιχεία με τα μεταλλεύματα πλατίνας.
• Ελακτότητα:Τα μέταλλα παρουσιάζουν την ιδιότητα της ελασιμότητας, δηλαδή μπορούν εύκολα να καλουπωθούν ή να χτυπηθούν σε λεπτά φύλλα. Το μέταλλο είναι ελατό όταν μετατρέπεται εύκολα σε φύλλα με σφυρηλάτηση ή κύλιση. Μεταξύ όλων των μετάλλων, ο χρυσός και το αλουμίνιο είναι τα πιο ελατά, δηλαδή είναι τα πιο εύκολα στην κατασκευή φύλλων.
• Ελκιμότητα:Η ολκιμότητα οποιουδήποτε μετάλλου είναι η χαρακτηριστική ιδιότητά του να μετατρέπεται σε σύρματα κατά το σφυρί ή το τέντωμα χωρίς να σπάει. Αυτές οι ιδιότητες των μετάλλων είναι χρήσιμες στην κατασκευή ηλεκτρικών καλωδίων. Μέταλλα όπως ο χρυσός, το ασήμι, το αλουμίνιο είναι τα καλύτερα παραδείγματα ολκιμότητας μεταξύ των μετάλλων.

Φυσικές ιδιότητες των μη μετάλλων

• Εύθραυστα:Τα μη μέταλλα έχουν αδύναμο δέσιμο λόγω του οποίου είναι εύκολα σπάσιμο. Έτσι, τα αμέταλλα είναι πιο εύθραυστα από τα μέταλλα (εκτός από το διαμάντι και τον γραφίτη).
• Κακοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού:Τα μη μέταλλα είναι αναμφίβολα οι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού και της θερμότητας λόγω της απουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων στο κέλυφος σθένους τους. Τα ηλεκτρόνια σε μη μέταλλα δεν είναι ελεύθερα να μεταφέρουν θερμότητα ή ηλεκτρισμό, επομένως είναι κακοί αγωγοί και χρησιμοποιούνται ως μονωτές για την κατασκευή λαβών σκευών.
• Μη γυαλιστερό:Τα μη μέταλλα στερούνται ελεύθερων ηλεκτρονίων, επομένως δεν υπάρχει ανάκλαση του φωτός. Έτσι, τα αμέταλλα είναι θαμπά στην εμφάνιση, δηλαδή χωρίς λάμψη.
• Μη όλκιμο:Όπως ήδη αναφέρθηκε, τα μη μέταλλα είναι εύθραυστα, επομένως δεν είναι δυνατό να κατασκευαστούν σύρματα σφυρηλατώντας τα. Όταν σφυρηλατηθούν, τα αμέταλλα όπως το θείο σπάνε, και έτσι δεν μπορούν να σχηματιστούν σύρματα.
• Μη ελατό:Τα αμέταλλα είναι μη ελατά λόγω της χαμηλής αντοχής σε εφελκυσμό, δηλαδή του μέγιστου φορτίου που μπορεί να αντέξει οποιοδήποτε υλικό χωρίς να σπάσει ή να σπάσει.
• Χαμηλά σημεία τήξης και βρασμού:Τα μη μέταλλα συγκρατούνται μεταξύ τους από την ασθενή διαμοριακή δύναμη έλξης από τα μέταλλα, επομένως απαιτούν λιγότερη θερμότητα για να σπάσουν και να μετατραπούν σε υγρά ή ακόμα και αέρια.

Φυσικές ιδιότητες των μεταλλοειδών

Τα μεταλλοειδή υπάρχουν μεταξύ μετάλλων και μη μετάλλων και παρουσιάζουν μερικές από τις κοινές φυσικές τους ιδιότητες. Οι Φυσικές Ιδιότητες των Μεταλλοειδών είναι:

• Μοιάζουν με μέταλλα στην εμφάνιση.
• Είναι λιγότερο αγώγιμα από τα μέταλλα αλλά περισσότερο από τα μη μέταλλα, δηλαδή ημιαγώγιμα.
• Τα μεταλλοειδή τείνουν να είναι πιο εύθραυστα από τα μέταλλα.
• Τείνουν να υπάρχουν ως στερεά σε θερμοκρασία δωματίου όπως τα μέταλλα.

Συμπέρασμα

Οι φυσικές ιδιότητες ενός στοιχείου είναι παρατηρήσιμες χωρίς καμία αλλαγή στην ταυτότητα ή τη χημική σύνθεση της ουσίας. Τα παραδείγματα φυσικών ιδιοτήτων περιλαμβάνουν πυκνότητα, διαλυτότητα, ολκιμότητα, ελατότητα, σκληρότητα, χρώμα, σημείο τήξης, σημεία βρασμού, ηλεκτρική αγωγιμότητα κ.λπ. Οι κοινές και βασικές φυσικές ιδιότητες των μετάλλων του περιοδικού πίνακα είναι η στιλπνότητα, το υψηλό σημείο τήξης και βρασμού, καλή αγωγοί ηλεκτρισμού και θερμότητας, υψηλής πυκνότητας, ολκιμότητας, ελατότητας κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, τα αμέταλλα είναι θαμπά, μη ελατά και μη ελατά, κακοί αγωγοί θερμότητας και ηλεκτρισμού, χαμηλό σημείο τήξης και βρασμού, κ.λπ. Τα μέταλλα είναι καλοί αγωγοί λόγω της παρουσίας ελεύθερων ηλεκτρονίων ή των ηλεκτρονίων σθένους που φέρουν φορτία. Ομοίως, το μη μέταλλο στερείται ελεύθερων ηλεκτρονίων, δηλαδή των φορέων φορτίου, επομένως είναι κακοί αγωγοί.