Nichtmetalle

Grundbegriff

Nichtmetalle sind chemische Elemente, denen typische metallische Eigenschaften fehlen. Dazu gehören vor allem gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, metallischer Glanz, Härte und gute Formbarkeit. Sie stehen damit im Gegensatz zu Metallen, wobei die Grenze nicht immer eindeutig ist.

Zu den Nichtmetallen nach dieser Definition gehören Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, gelbes Arsen, Sauerstoff, Schwefel, Selen, die Halogene Fluor, Chlor, Brom und Iod sowie die Edelgase Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und Oganesson. Beim Halogen Tenness ist bisher nicht eindeutig bestimmt, ob es ein Nichtmetall ist.

Einteilungen

Nichtmetalle können auf verschiedene Weise geordnet werden. Eine Einteilung unterscheidet reaktive Nichtmetalle und Edelgase. Zu den reaktiven Nichtmetallen werden H, C, N, P, O, S, Se, F, Cl, Br und I gezählt; zu den Edelgasen He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn.

Eine andere Einteilung trennt Nichtmetalle in sonstige Nichtmetalle, Halogene und Edelgase. Sonstige Nichtmetalle sind H, C, N, P, O, S und Se. Halogene sind F, Cl, Br und I. Edelgase sind He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn.

Nach dem Aggregatzustand bei üblichen Bedingungen gibt es feste, flüssige und gasförmige Nichtmetalle. Fest sind C, P, S, Se und I. Flüssig ist Br. Gasförmig sind H, N, O, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn.

Grenzen und Modifikationen

Die Grenzen zwischen Nichtmetallen, Halbmetallen und Elementhalbleitern sind fließend. Ein Grund dafür ist, dass Chemie und Physik die Elemente teilweise unterschiedlich betrachten. Ein weiterer Grund ist, dass verschiedene Modifikationen eines Elements sehr unterschiedliche Eigenschaften haben können. Eine Modifikation ist eine Erscheinungsform desselben Elements mit anderer Struktur und dadurch anderen Eigenschaften.

Kohlenstoff zeigt dies besonders deutlich: Graphit und Diamant sind bekannte Modifikationen. Graphit besitzt im Gegensatz zu Diamant eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit. Diamant hat dagegen trotz seiner sehr schlechten elektrischen Leitfähigkeit eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, sogar besser als Metalle. Ursache sind unterschiedliche Mechanismen der Wärmeübertragung im Diamant und in Metallen.

Solche stark unterschiedlichen Eigenschaften kommen nur bei einem Teil der Nichtmetalle vor. Metallische Modifikationen bilden sich in manchen Fällen nur unter besonderen Bedingungen, etwa Wasserstoff unter extrem hohem Druck im Inneren von Planeten oder Iod bei hohem Druck.

Chemisches Verhalten

Die Elektronenaffinität der Nichtmetalle ist, mit Ausnahme der Edelgase, im Allgemeinen die höchste unter den chemischen Elementen. Elektronenaffinität beschreibt die Neigung eines Atoms, ein Elektron aufzunehmen. Deshalb sind nichtgebundene Atome vieler Nichtmetalle bestrebt, Elektronen aufzunehmen, um eine stabile, vollbesetzte Valenzschale zu erhalten. Die Valenzschale ist die äußerste Elektronenschale eines Atoms.

Dieses Verhalten passt zur Oktettregel: Viele Atome streben eine Außenschale mit acht Elektronen an. Nichtmetalle nehmen daher eher Elektronen auf, während die meisten Metalle eher Elektronen abgeben. Ausnahmen sind neben den Edelgasen vor allem Stickstoff.

Die Elemente Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff sowie die Halogene kommen nur als zweiatomige Moleküle vor. Das bedeutet, dass ihre Teilchen aus jeweils zwei Atomen bestehen, zum Beispiel als Moleküle aus zwei Atomen desselben Elements.