Hvad er det mest metalliske grundstof?

I det periodiske system stiger metallisk karakter fra højre til venstre over en periode og fra top til bund over en gruppe. Af denne grund er det mest metalliske grundstof i det periodiske system Francium.

Men francium er et grundstof, der har en ustabil kerne og derfor hurtigt går i opløsning og danner andre mindre kerner. Dette gør det meget svært at finde francium naturligt. Faktisk er det et af de mindst udbredte metaller i jordskorpen, der naturligt kun findes i malme af andre radioaktive grundstoffer såsom uran, hvor der konstant dannes franciumkerner, som genopbygger enhver mængde, der henfalder over tid.

Cæsium vil have titlen

Det faktum, at francium er så ustabilt, og at det normalt kun syntetiseres kunstigt i partikelacceleratorer, får mange til at betragte francium som et syntetisk grundstof og derfor ikke betragte det som en kandidat til det mest stabile grundstof metal. For dem, der tænker på denne måde, er cæsium, som sidder lige over francium i det periodiske system, det mest metalliske naturligt forekommende grundstof (hovedvægt på naturligt).

Dette argument er fuldstændig gyldigt for syntetiske grundstoffer, da disse kun kan opnås i små mængder og kun for brøkdele af et sekund, hvilket gør enhver eksperimentel evaluering af deres fysiske og kemiske egenskaber næsten umulig. Men uanset hvor ustabil det er, forekommer francium i naturen, og mange af de egenskaber, der bestemmer dets metalliske karakter, er blevet målt.

På den anden side kan det argumenteres, at francium ikke har nogen anvendelighed som metal, fordi det til sidst vil henfalde til at danne andre grundstoffer. Dette er også et gyldigt argument.

Derfor vil vi fra nu af betragte francium som det mest metalliske grundstof i det periodiske system, mens cæsium som det mest metalliske “stabile” grundstof i det periodiske system.

Dernæst vil vi undersøge, hvad der gør et grundstof til et metal, og hvorfor disse grundstoffer i nederste venstre hjørne af det periodiske system er de bedste metaller, vi kender til.

Egenskaber af metaller

Metaller er grundstoffer kendetegnet ved at have følgende egenskaber:

• De er gode termiske og elektriske ledere.
• De fleste er faste stoffer med højt smeltepunkt.
• De har en metallisk glans.
• De er duktile, det vil sige, de kan forlænges til at danne lange ledninger.
• De er formbare, det vil sige, at de kan knuses til tynde plader.
• De har høj tæthed.
• De har normalt få elektroner i deres valensskal.
• De er de mindst elektronegative elementer i det periodiske system, det vil sige, de er elektropositive.
• De har lav ioniseringsenergi, hvilket gør det meget nemt at fjerne elektroner fra deres valensskal for at danne kationer.
• De har en høj elektronaffinitet, hvilket betyder, at det er meget svært at omdanne dem til anioner (næsten umuligt under normale forhold).

Periodisk tendens til metalliske egenskaber

At forstå, hvorfor francium er det mest metalliske grundstof, involverer at forstå, hvordan dets fysiske og kemiske egenskaber varierer gennem det periodiske system. Mange af disse egenskaber har en forudsigelig adfærd, når man sammenligner elementerne i en gruppe eller en periode, og i de fleste tilfælde skyldes det den elektroniske konfiguration af atomerne og den effektive kerneladning.

Periodisk trend og elektronisk konfiguration

Den elektroniske konfiguration består af den måde, hvorpå elektronerne er fordelt i de forskellige orbitaler, som et atom besidder. På det periodiske system har grundstoffer, der er en del af samme periode, deres valenselektroner på samme energiniveau. Det vil sige, at de har den samme valensskal.

På den anden side deler elementer, der er en del af den samme gruppe, normalt den samme elektroniske konfiguration af valensskal og adskiller sig kun i energiniveauet for denne valensskal. Når vi bevæger os fra højre mod venstre gennem en gruppe, har grundstofferne færre og færre valenselektroner, indtil alkalimetallerne kun har én.

Periodisk tendens til ioniseringsenergi

Ioniseringsenergi svarer til den mængde energi, der skal investeres for at fjerne den yderste elektron i sin grundtilstand fra et atom i gasform. Derfor måler den, hvor let det er at fjerne en elektron fra et atom.

Denne egenskab afhænger af, hvor tæt bundet valenselektronerne er til kernen, samt af den elektroniske stabilitet af kationen, der dannes ved at miste elektronen. Førstnævnte afhænger af den effektive kerneladning, som valenselektronerne mærker, som falder kraftigt fra den ene periode til den næste på grund af stigningen i antallet af afskærmningselektroner. Over en periode stiger den effektive kerneladning i takt med at kernens samlede ladning øges, men elektronernes afskærmningseffekt gør det ikke (fordi den er i samme valensskal).

På den anden side afhænger stabiliteten af ​​kationen, der dannes ved tab af en elektron, af kationens elektroniske konfiguration. Når vi bevæger os fra højre til venstre på det periodiske system, da grundstoffer har færre og færre valenselektroner, bringer tabet af en elektron dem tættere på den elektroniske konfiguration af en ædelgas.

Som en konsekvens falder ioniseringsenergien nedad og til venstre.

I tilfælde af alkalimetaller som cæsium og francium, der kun har én valenselektron, kan disse grundstoffer opnå en ædelgas elektronisk konfiguration ved at miste den enkelte elektron, hvorfor de har den laveste ioniseringsenergi i hele det periodiske system.

Periodisk tendens til elektronegativitet

Til dels på grund af stigningen i effektiv nuklear ladning, når vi bevæger os til højre og op i det periodiske system, stiger elektronegativiteten i samme retning. Dette skyldes, at elektronegativitet er et mål for et atoms evne til at tiltrække elektroner i en kemisk binding.

Som følge deraf, når den effektive kerneladning falder til venstre og ned, falder elektronegativiteten i samme retning, hvilket gør cæsium og francium til de to mindst elektronegative (eller mest elektropositive) grundstoffer i det periodiske system.

kemisk reaktivitet

Elektronegativitet bestemmer blandt andet, hvilke typer kemiske bindinger grundstoffer kan danne, når de kombineres med andre. Et typisk kendetegn ved metaller er deres tendens til at reagere med ikke-metaller for at danne salte og oxider. Jo større forskellen er i elektronegativitet mellem de to reagerende grundstoffer, jo større er tendensen til at danne ioniske forbindelser. Dette er grunden til, at francium og cæsium er de mest reaktive grundstoffer af alle metaller, der reagerer voldsomt med vand for at danne ioniske hydroxider såvel som med andre ikke-metaller for at danne stærkt ioniske halogenidsalte.

Andre egenskaber, der ikke følger en klar periodisk tendens

smeltepunkt

Med nogle undtagelser, såsom kviksølv og nogle andre metaller, har de fleste metalliske grundstoffer et højt smeltepunkt. I modsætning til de tidligere egenskaber er smeltepunktet en egenskab, der ikke viser en tydelig periodisk adfærd. Dette skyldes, at forholdet mellem atomnummeret og den elektroniske konfiguration ikke er så simpelt som i de tidligere tilfælde.

Generelt har smeltepunktet en tendens til at stige ned i det periodiske system, men adfærden over en periode er ikke ensartet. Faktisk har det først tendens til at stige, når man går fra alkalimetallerne til overgangsmetallerne, og falder derefter igen, når man går til p-blokken i det periodiske system.

Det betyder, at set fra smeltepunktets synspunkt indtager hverken francium eller cæsium førstepladsen.

ledningsevne

Med hensyn til termisk og elektrisk ledningsevne er hverken cæsium eller francium virkelig mestrene. For eksempel har cæsium en elektrisk ledningsevne på 4.88.10 ⁶ S/m, hvilket er mindre end en tiendedel af ledningsevnen for sølv, det mest ledende metal i det periodiske system. Noget lignende sker, når man sammenligner disse to elementer med guld, som er den bedste termiske leder. Men både cæsium og francium er stadig fremragende ledere, så ikke at blive placeret først betyder ikke nødvendigvis, at de generelt ikke er mere metalliske i karakter end de andre metaller.

Der er andre metalliske egenskaber, som heller ikke har en veldefineret periodisk adfærd, og som cæsium og francium ikke er de bedste repræsentanter for. Men på samme måde er disse egenskaber, som omfatter tæthed, formbarhed og duktilitet, i høj grad til stede i disse to elementer, så det at have den første position betyder ikke, at vi ikke betragter dem som de mest metalliske elementer i periodiske system.

Referencer

Bolívar, G. (2021, 14. marts). Metallisk karakter . livsvarigt. https://www.lifeder.com/caracter-metalico-elementos/

Educaplus.org. (nd). Elementegenskaber . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/energia-ionizacion-1.html

At vide er praktisk. (2013, 1. maj). Hvordan den METALLISKE KARAKTER stiger i det periodiske system . https://www.saberespractico.com/quimica/%C2%BFcomo-saber-que-elemento-quimico-tiene-mayor-caracter-metalico/

AllTheFacts.com. (nd). Hvilke grundstoffer har den største metalliske karakter? Alle fakta. https://todosloshechos.es/cuales-son-los-elementos-con-mayor-caracter-metalico

TP Kemisk Laboratorium. (nd). Periodiske egenskaber . TP Kemisk Laboratorium. https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/la-tabla-periodica/propiedades-periodicas.html