원소는 금속, 비금속, 준금속(메탈로이드, Metalloids)으로 분류할 수 있습니다.
금속(Metals)은 열과 전기의 좋은 도체이며, 연성(판으로 압연 가능)과 전연성(선으로 뽑을 수 있음)을 가집니다. 대부분의 금속은 상온에서 고체이며 특유의 은백색 광택을 가집니다(수은은 액체라는 예외).
비금속(Nonmetals)은 (보통) 열과 전기의 나쁜 도체이며 연성이나 전연성이 없습니다. 많은 원소 비금속은 상온에서 기체이고, 다른 것들은 액체, 다른 것들은 고체입니다.
준금속(Metalloids)은 특성이 중간입니다. 물리적 특성에서는 비금속과 더 유사하지만, 특정 조건에서 일부는 전기를 전도하게 할 수 있습니다. 이러한 반도체는 컴퓨터와 기타 전자 장치에서 극도로 중요합니다.
많은 주기율표가 테이블 오른쪽을 따라 금속과 비금속을 분리합니다. 금속은 선의 왼쪽(수소는 비금속 예외)에, 비금속은 선의 오른쪽에, 선에 바로 인접한 원소들은 준금속입니다.
원소가 결합하여 화합물을 형성할 때, 두 가지 주요 결합 유형이 결과로 나타날 수 있습니다. 이온 결합은 한 종에서 다른 종으로 전자가 이동하여 강한 정전기적 상호작용으로 서로 강하게 끌어당기는 하전 이온을 생성할 때 형성되며, 공유 결합은 원자가 전자를 공유하여 중성 분자를 생성할 때 형성됩니다.
일반적으로 금속과 비금속이 결합하여 이온성 화합물을 형성하는 반면, 비금속은 다른 비금속과 결합하여 공유 결합 화합물(분자)을 형성합니다.
주기율표의 대부분의 원소는 금속입니다. 이들은 주기율표의 중간에서 왼쪽 편에 모여 있습니다. 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이 금속, 란타나이드, 악티나이드로 구성됩니다.
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알칼리 금속은 주기율표 왼쪽 첫 번째 열에서 찾을 수 있습니다. 최외각 s 부껍질에 전자 1개를 가진 부드럽고 높은 반응성의 금속입니다.
6대 알칼리 금속: 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 루비듐 광물 레피돌라이트, 세슘, 세슘, 프란슘.
알칼리 토금속은 주기율표 왼쪽 2족에서 찾을 수 있습니다. 일반적으로 알칼리 금속보다 더 단단하고 조밀하며, 최외각 s 부껍질에 전자 2개를 가지고, 각각 불꽃에서 고유한 색을 냅니다.
6대 알칼리 토금속: 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐.
전이 금속은 주기율표 주 본체 중앙에 있습니다. 때로는 중금속(Heavy Metals)이라고 불리며 알칼리 금속이나 알칼리 토금속보다 밀도가 높습니다.
38개 전이 금속 포함: 코발트, 구리, 애리조나산 천연 구리, 금, 철, 수은, 백금, 은, 티타늄, 텅스텐, 아연.
희토류 금속은 일반적으로 주기율표 아래 별도 표에 있습니다. 그러나 실제로는 주기율표 중간에 들어맞습니다. 희토류 금속은 두 가지 유형: 란타나이드(Lanthanides)와 악티나이드(Actinides).
주기율표에 15개 란타나이드가 나열되어 있습니다. 이 모든 원소는 매우 유사하여 구별하기 매우 어렵습니다.
란타나이드 예시: 세륨, 프로메튬, 가돌리늄, 디스프로슘, 루테튬.
주기율표에 15개 악티나이드가 나열되어 있습니다. 대부분 자연에서 발생하지 않으며 너무 불안정하여 원자로와 입자 가속기에서 생성됩니다.
악티나이드 예시: 토륨, 우라늄, 플루토늄, 캘리포늄, 멘델레븀.
기타 금속으로 나열된 금속은 주기율표 주 본체 오른쪽을 향합니다. 이들은 준금속(Semimetals)이라고도 하고 후기 전이 금속(Post-transition Metals)이라고도 합니다. 일반적으로 다른 금속보다 부드럽고 녹는점이 낮습니다.
과학자들은 이 범주에 어떤 원소가 속하는지 보편적으로 동의하지 않으므로, 보는 표에 따라 8~14개일 수 있습니다.
기타 금속 예시: 알루미늄, 비스무트, 비스무트 결정, 인듐, 납, 주석.
금속은 수소를 제외하고 화학 반응 중 전자를 잃어 양이온을 형성하는 원소입니다. 따라서 낮은 이온화 에너지를 가진 전기양성 원소입니다. 대부분의 금속은 광택이 나고, 매우 조밀하며, 높은 녹는점을 가진다는 특성을 공유합니다. 또한 전연성, 연성, 광택이 있습니다. 금속은 열과 전기의 좋은 도체입니다. 모든 금속은 상온에서 고체이나 수은은 액체입니다.
금속은 일반적으로 비금속과 이온 결합을 형성하지만 예외도 있습니다. 대부분의 금속은 최소 하나의 염기성 산화물을 형성하지만, 일부는 양쪽성입니다. 금속은 광범위한 반응성을 보입니다. 특수 금속 그룹에는 귀금속 Ru, Rh, Pd, Pt, Au, Os, Ir, Ag와 내열 금속 Nb, Mo, Ta, W, Re가 포함됩니다.
금속의 주요 물리적 특성은 다음과 같습니다.
금속은 일반적으로 산소와 염기성 또는 양쪽성 산화물을 형성하는 전기양성 원소입니다. 기타 화학적 특성:
Na⁰ → Na⁺ + e⁻
Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻
Al⁰ → Al³⁺ + 3e⁻
비금속과의 금속 화합물은 이온성 경향이 있습니다. 대부분의 금속 산화물은 염기성 산화물로 물에 녹아 금속 수산화물을 형성:
Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)
CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq)
금속 산화물은 산과 반응하여 금속 염과 물을 형성함으로써 염기적 화학적 본성을 나타냅니다:
MgO(s) + HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)
NiO(s) + H₂SO₄(aq) → NiSO₄(aq) + H₂O(l)
원소의 75% 이상이 금속이므로 주기율표의 대부분을 채웁니다. 금속은 테이블 왼쪽에 있습니다. 테이블 주 본체 아래 두 줄(란타나이드와 악티나이드)도 금속입니다.
주기율표에서 붕소(B), 원자 번호 5에서 시작하여 폴로늄(Po), 원자 번호 84까지 이어지는 계단 모양 선을 볼 수 있습니다. 게르마늄(Ge)과 안티모니(Sb)를 제외하고, 그 선 왼쪽에 있는 모든 원소는 금속으로 분류할 수 있습니다.
금속은 삶의 모든 측면에서 사용됩니다. 주요 용도 목록:
비금속 원소는 주기율표 오른쪽 위 모서리를 차지합니다. 비금속에는 비금속 그룹, 할로겐, 비활성 기체가 포함됩니다. 이 원소들은 금속으로 간주되는 원소들과 구별되는 유사한 화학적 특성을 서로 공유합니다.
비금속 원소 그룹은 비금속의 부분집합입니다. 비금속 원소 그룹은 수소, 탄소, 질소, 산소, 인, 황, 셀레늄으로 구성됩니다. 수소는 정상 온도와 압력에서 비금속으로 작용하며 일반적으로 비금속 그룹의 일부로 인정됩니다.
할로겐은 주기율표 7족의 비금속입니다. 이 원소들의 원자는 -1 산화 상태를 가집니다. 그룹 상단의 원소들은 기체지만 아래로 내려갈수록 액체와 고체가 됩니다. 할로겐은 플루오린, 염소, 브로민, 요오드, 아스타틴입니다. 테네신의 특성은 잘 알려져 있지 않습니다. 테네신은 할로겐이거나 준금속일 수 있습니다.
비활성 기체는 주기율표 8족(마지막 열)의 비교적 비반응성 기체입니다. 비활성 기체는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 오가네손입니다. 오가네손은 상온에서 기체가 아닐 가능성이 높습니다.
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화학 반응 중 전자를 얻어 음이온을 형성하는 경향이 있는 원소를 비금속이라고 합니다. 이들은 높은 이온화 에너지를 가진 전기음성 원소입니다. 비광택, 부서지기 쉬움, 열과 전기의 나쁜 도체(흑연 예외). 비금속은 기체, 액체, 고체일 수 있습니다.
비금속은 다른 원자와 전자를 얻거나 공유하는 경향이 있습니다. 전기음성 특성을 가집니다. 비금속이 금속과 반응할 때 전자를 얻는 경향(일반적으로 비활성 기체 전자 배치를 얻음)이 있으며 음이온이 됩니다:
3Br₂(l) + 2Al(s) → 2AlBr₃(s)
전적으로 비금속으로 구성된 화합물은 공유 물질입니다. 일반적으로 산소와 산성 또는 중성 산화물을 형성하여 물에 녹아 산을 만듭니다:
CO₂(g) + H₂O(l) → H₂CO₃(aq) 탄산
알다시피 탄산수는 약간 산성(탄산)입니다.
비금속 산화물은 염기와 결합하여 염을 형성할 수 있습니다.
CO₂(g) + 2NaOH(aq) → Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)
비금속은 수소를 제외하고 주기율표 맨 오른쪽 편에 위치합니다. 수소는 왼쪽 위 모서리에 있습니다.
17개 비금속 원소는 수소, 헬륨, 탄소, 질소, 산소, 플루오린, 네온, 인, 황, 염소, 아르곤, 셀레늄, 브로민, 크립톤, 요오드, 제논, 라돈입니다.
금속과 달리 비금속은 보편적인 용도가 없습니다. 하지만 특정 응용에서 함께 나타납니다:
비금속은 많은 화합물을 형성합니다. 사실 마주치는 대부분의 화합물은 비금속을 포함합니다. 물, 음식, 직물, 플라스틱, 기타 일상용품에 들어있습니다.
| 특성 | 금속 | 비금속 |
|---|---|---|
| 외관 | 광택 있음 | 칙칙함 |
| 상온 상태 | 고체 (수은은 액체 예외) | 약 절반 고체, 절반 기체, 하나(브로민) 액체 |
| 밀도 | 높음 (크기에 비해 무거움) | 낮음 (크기에 비해 가벼움) |
| 강도 | 강함 | 약함 |
| 연성/부서짐 | 연성 (부러지지 않고 구부러짐) | 부서지기 쉬움 (두드리면 깨지거나 부서짐) |
| 열전도성 | 좋음 | 나쁨 (절연체) |
| 전기전도성 | 좋음 | 나쁨 (절연체, 흑연 예외) |
| 자성 물질 | 철, 코발트, 니켈만 | 없음 |
| 소리 | 울리는 소리 (울림성) | 둔탁한 소리 |
| 산화물 유형 | 염기성 또는 알칼리성 | 산성 |
준금속 원소는 반금속(Semimetals)이라고도 하며, 금속과 비금속의 특성을 모두 가진 원소입니다. 준금속 정의는 주기율표에서 금속과 비금속 원소 사이의 기울어진 선을 따라 6~9개 원소가 포함된다고 간주됩니다.
만장일치로 준금속으로 간주되는 6개 원소는: 붕소, 실리콘, 게르마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨입니다.
이 6개 외에 준금속 원소 정의에는 때때로 비스무트, 폴로늄, 아스타틴도 포함됩니다. 이 모호성은 모든 준금속의 특성으로 간주되는 특정 속성이 부족한 데 크게 기인합니다.
대신 준금속 원소는 단순히 금속과 비금속 특성의 혼합을 가진 것으로 특징지어집니다. 구조적으로 공유 결합 결정 구조를 형성하며, 이는 주로 비금속에서 발견되는 특성입니다.
일부 준금속 원소의 잘 알려진 용도는 모든 가정에 사용되는 전자 기기 내부에 있는 반도체입니다.
준금속은 금속과 비금속 사이의 중간 특성을 가집니다. 준금속은 반도체 산업에 유용합니다. 준금속은 모두 상온에서 고체입니다. 다른 금속과 합금을 형성할 수 있습니다.
실리콘과 게르마늄 같은 일부 준금속은 적절한 조건에서 전기 도체로 작용할 수 있어 반도체라고 불립니다. 실리콘은 예를 들어 광택이 나지만 연성이나 전연성이 없습니다(부서지기 쉬움 - 일부 비금속의 특성).
금속보다 열과 전기를 훨씬 더 나쁜 도체입니다. 준금속의 물리적 특성은 금속적이지만 화학적 특성은 비금속적 경향이 있습니다. 이 그룹 원소의 산화수는 속한 그룹에 따라 +5에서 -2까지 범위를 가질 수 있습니다.
| 금속 | 비금속 | 준금속 |
| 금 | 산소 | 실리콘 |
| 은 | 탄소 | 붕소 |
| 구리 | 수소 | 비소 |
| 철 | 질소 | 안티모니 |
| 수은 | 황 | 게르마늄 |
| 아연 | 인 |
일반적으로 준금속은 다음 공통 특성을 공유합니다:
화학적 특성은 물질이 다른 물질과 어떻게 상호작용/반응하는지, 또는 한 물질에서 다른 물질로 어떻게 변화하는지 정의합니다. 화학 반응에서만 원소의 화학적 특성을 정량화할 수 있습니다. 화학 반응에는 녹슬기, 타기, 변색, 폭발 등이 포함됩니다. 준금속의 화학적 특성은 다음과 같습니다:
앞서 언급했듯 준금속은 주기율표에서 금속과 비금속 사이의 기울어진 선을 따라 발생하는 원소 그룹입니다. 이 준금속 원소 선은 13족에서 16, 17, 18족까지 이어집니다(진정으로 준금속으로 간주되는 원소 수에 따라 다름).
이 준금속 원소 선의 왼쪽에는 금속으로 분류된 원소들이, 오른쪽에는 비금속으로 분류된 원소들이 있습니다. 이 규칙의 유일한 예외는 수소로, 비금속으로 분류되지만 주기율표 왼쪽에 위치합니다.
6개 준금속 원소(붕소(B)부터 시작)가 베이지 색으로 표시된 원소 주기율표. 이 그룹에는 때때로 6주기의 비스무트(Bi), 폴로늄(Po), 아스타틴(At)도 포함됩니다.
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금속적 특성은 주기율표 가장 왼쪽 부분의 원소에서 가장 강하며, 어떤 주기(Period)에서든 오른쪽으로 이동할수록 감소하는 경향이 있습니다(비금속적 특성은 전기음성도와 이온화 에너지 값 증가와 함께 증가).
어떤 원소 그룹(열) 내에서든 금속적 특성은 위에서 아래로 증가합니다(전기음성도와 이온화 에너지 값은 일반적으로 그룹을 내려갈수록 감소). 이 일반적인 경향은 전이 금속에서는 반드시 관찰되지 않을 수 있습니다.
금속
주조소에서의 시험과 검사 주강은 최대 탄소 함량 약 0.75%의 철계 합금. 강철 주조품은 액체 강철로 몰드 내 빈 공간을 채워 생산되는 고체 금속 객체. 단조 금속으로 생산 가능한 많은 탄소강과 합금강 등급으로 이용 가능. 주강 기계적 특성은 일반적으로 단조강보다 낮으나 화학 조성 동일. 주강은 복잡한 형상을 더 적은 단계로 형성할 수 있어 이 단점 보완. 주강 특성 주강은 광범위한 특성으로 생산 가능. 주강 물리적 특성은 화학 조성과 열처리에 따라 크게 달라지며, 의도된 용도 성능 요구사항에 맞춰 선택. 경도(Hardness
주조 설계를 위한 금속 특성과 조성 녹일 수 있는 모든 고체 금속은 주조 가능. 주조소는 이 주조 작업을 하는 공장으로, 소수 금속과 공법에 전문성 개발, 표준 제품 설계로 생산 가치와 효율 극대화. 금속과 주조 방법은 서로 영향: 제품 최적 주조 선택은 용융, 냉각, 고체 상태에서 금속 거동에 영향받음. 이 의존성으로 주조소 전문분야가 제품 종류 결정 요소. 다이캐스트 아동 완구 주조소가 고품질 엔진 부품 생산 주조소와 같지 않음. 전문화 주요 구분 중 하나는 주조소가 철계 금속, 비철계 금속, 또는 둘 다 다루는지 여부. 철
