Els no-metalls són divuit elements químics que presenten propietats força diferents de les dels metalls. En general, són mals conductors de la calor i electricitat i no són dúctils. S'inclouen en aquesta sèrie de la taula periòdica els gasos nobles, els halògens, els tres calcògens més lleugers, el dos pnicurs més lleugers, el carboni i l'hidrogen. Excepte l'hidrogen i l'heli que tenen configuracions electròniques 1s¹ i 1s², respectivament, tots tenen configuracions ns np. L'hidrogen, el carboni, l'oxigen i el nitrogen són absolutament essencials per a la vida humana. L'hidrogen i l'heli representen junts aproximadament el 99 % de la massa de l'Univers, mentre que l'escorça de la Terra i el cos humà són composts principalment d'oxigen, amb components importants de carboni, nitrogen i hidrogen. De fet, gran part de la vida —humana, animal i vegetal— es pot resumir amb aquests quatre elements, que junts fan que la Terra sigui diferent de qualsevol altre planeta conegut.
No-metalls Grup 1 14 15 16 17 18 Període 1 H He 2 C N O F Ne 3 P S Cl Ar 4 Se Br Kr 5 I Xe 6 Rn
A excepció de l'hidrogen, situat al grup 1 de la taula periòdica, sobre els metalls alcalins, els no-metalls omplen un espai en forma de triangle a l'angle superior dret de la taula periòdica. Tots els elements gasosos són no-metàl·lics, un grup que també inclou alguns sòlids, a més del brom, l'únic element diferent del mercuri que és líquid a temperatura ambient. En general, els no-metalls es caracteritzen per propietats oposades a les dels metalls. Són mals conductors de la calor i de l'electricitat (malgrat que el grafit i el grafè, al·lòtrops del carboni, són bons conductors), i tendeixen a formar anions guanyant electrons. No són especialment mal·leables i, mentre que la majoria dels metalls són brillants, els no-metalls poden ser de color apagat, negre (en el cas del carboni en alguns al·lòtrops) o invisibles, com és el cas de la majoria dels no-metalls gasosos.
La majoria dels no-metalls tenen aplicacions biològiques, tecnològiques o domèstiques. Els organismes vius són compostos gairebé íntegrament pels no-metalls hidrogen, oxigen, carboni i nitrogen. Gairebé tots els no-metalls tenen usos individuals en medicina, farmàcia, il·luminació, làser i articles domèstics.
Encara que el terme «no-metàl·lic» es remunta a 1566, no hi ha una definició precisa de no-metall àmpliament acceptada. Alguns elements presenten una marcada barreja de propietats metàl·liques i no-metàl·liques, i els casos límit que es consideren no-metalls varien en funció dels criteris de classificació. Catorze elements es reconeixen sempre com a no-metalls i nou més es qualifiquen parcialment com a no-metalls.
Definició i elements aplicables Un no-metall és un element químic que es considera que no té una preponderància de propietats metàl·liques com la brillantor, la deformabilitat, una bona conductivitat tèrmica i elèctrica i la capacitat de formar un òxid bàsic (en lloc d'àcid).Glinka 1958, p. 77; Oxtoby, Gillis & Butler 2015, p. I.23 Com que no hi ha una definició rigorosa de no-metall,Godovikov & Nenasheva 2020, p. 4Sanderson 1957, p. 229Morely & Muir 1892, p. 241 hi ha certa variació entre les fonts quant a quins elements es classifiquen com a tals. Les decisions implicades depenen de quina propietat o propietats es consideren més indicatives del caràcter no-metàl·lic o metàl·lic.Kneen, Rogers & Simpson 1972, p. 321, 404, 436
Encara que Steudel,Steudel 2020, p. 43 el 2020, va reconèixer vint-i-tres elements com no-metalls, qualsevol llista és oberta a qüestionament.Larrañaga, Lewis & Lewis 2016, p. 988 Catorze gairebé sempre reconeguts són hidrogen, oxigen, nitrogen i sofre; els altament reactius halògens fluor, clor, brom i iode; i els gasos nobles heli, neó, argó, criptó, xenó i radó (vegeu, per exemple, Larrañaga et alii). Els autors van reconèixer el carboni, el fòsfor i el seleni com a no-metalls; VernonVernon 2013 havia informat anteriorment que aquests tres elements de vegades es consideraven metal·loides. Els elements comunament reconeguts com metal·loides, és a dir, bor; silici i germani; arsènic i antimoni; i tel·luri es compten de vegades com una classe intermèdia entre els metalls i els no-metalls quan els criteris utilitzats per distingir entre metalls i no-metalls no són concloents.Hill 2017 En altres ocasions es compten com a no-metalls a la llum de la seva química no-metàl·lica.Johnson 1966, p. 4
Dels 118 elements conegutsTaula Periòdica dels Elements de la IUPAC no més del 20% es consideren no-metalls.Johnson 2007, p. 13 L'estatus d'uns quants elements és menys segur. L'àstat, el cinquè halogen, sovint s'ignora a causa de la seva raresa i intensa radioactivitat;Bodner & Pardue 1993, p. 354; Cherim 1971, p. 98 la teoria i les proves experimentals suggereixen que és un metall.Restrepo et al. 2006, p. 411; Thornton & Burdette 2010, p. 86; Hermann, Hoffmann & Ashcroft 2013, p. 11604-1-11604-5 Els elements superpesants copernici (Z= 112), flerovi (114), i oganessó (118) poden ser no-metalls; llur estatus encara no va ser confirmat.Mewes et al. 2019; Smits et al. 2020; Florez et al. 2022
Propietats Configuracions electròniques Amb l'excepció de l'hidrogen i de l'heli, que tenen configuracions electròniques 1s¹ i 1s², la resta de no-metalls tenen els darrers electrons ocupant completament un orbital s, això és ns², i parcialment o completament els orbitals np. El grup que té els orbitals p complets, això és configuració ns² np⁶, són els anomenats gasos nobles, gens o molt poc reactius (només el xenó presenta diferents composts). La resta d'elements tenen tendència a agafar tant d'electrons com els necessaris per adquirir aquesta configuració de gas noble, excepte el carboni que n'ha menester de quatre. Les afinitats electròniques són elevades, per la qual cosa formen anions; i les energies d'ionització són elevades, raó per la qual en condicions habituals no s'observen cations d'aquests elements, excepte de l'hidrogen. Tanmateix, quan es combinen amb elements més electronegatius que ells, presenten estats d'oxidació positius elevats.
Electronegativitats Les electronegativitats d'aquests elements són les més altes de la taula periòdica. Els valors, per ordre decreixen de l'electronegativitat de Pauling són: χF = 3,98; χO = 3,44; χCl = 3,16; χN = 3,04; χBr = 2,96; χI = 2,66; χS = 2,58; χC = χSe = 2,55. Pels gasos nobles no existeixen electronegativitats de Pauling i cal observar que a la sèrie anterior que es corresponen als nou elements amb electronegativitat més alta, tots són no-metalls i per tant, atreuen en força els electrons compartits amb altres elements en els enllaços covalents.
Abundància Només dos no-metalls, l'hidrogen i l'heli, que ocupen les dues primeres posicions de la taula periòdica, representen el 99,9 % de la matèria de l'Univers sencer, però el percentatge de matèria que formen a la Terra és molt petit. La raó d'aquesta disparitat és que, mentre que el nostre propi planeta és únic per mantenir la vida (que requereix oxigen, carboni, nitrogen i altres elements), la gran majoria de l'univers està formada per estrelles, compostes principalment d'hidrogen i heli.
Els no-metalls representen una gran part de la massa elemental total coneguda de l'escorça terrestre, les aigües i l'atmosfera del planeta. Els percentatges són: oxigen 49,2%; hidrogen 0,87%; clor 0,19%; fòsfor 0,11 %; carboni 0,08 %; sofre 0,06 %; nitrogen 0,03 %; fluor 0,03 %. A l'atmosfera terrestre, la composició és totalment no-metàl·lica, com es podria esperar: nitrogen 78 %; oxigen 21 %; argó 0,93 %. El carboni, juntament amb l'oxigen i l'hidrogen, representa el 93 % de la massa corporal. Els percentatges són: oxigen 65 %; carboni 18 %; hidrogen 10 %; nitrogen 3 %; fòsfor 1,0 %; sofre 0,26 % i clor 0,14 %.
Referències
Bibliografia
Abbott D 1966, An Introduction to the Periodic Table, J. M. Dent & Sons, London Addison WE 1964, The Allotropy of the Elements, Oldbourne Press, London Atkins PA et al. 2006, Shriver & Atkins' Inorganic Chemistry, 4th ed., Oxford University Press, Oxford, Aylward G and Findlay T 2008, SI Chemical Data, 6th ed., John Wiley & Sons Australia, Milton, Bache AD 1832, "An essay on chemical nomenclature, prefixed to the treatise on chemistry; by J. J. Berzelius", American Journal of Science, vol. 22, p. 248–277 Baker et al. PS 1962, Chemistry and You, Lyons and Carnahan, Chicago Barton AFM 2021, States of Matter, States of Mind, CRC Press, Boca Raton, Beach FC (ed.) 1911, The Americana: A universal reference library, vol. XIII, Mel–New, Metalloid, Scientific American Compiling Department, New York Beard A, Battenberg, C & Sutker BJ 2021, "Flame retardants", in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Beiser A 1987, Concepts of modern physics, 4th ed., McGraw-Hill, New York, Benner SA, Ricardo A & Carrigan MA 2018, "Is there a common chemical model for life in the universe?", in Cleland CE & Bedau MA (eds.), The Nature of Life: Classical and Contemporary Perspectives from Philosophy and Science, Cambridge University Press, Cambridge, Benzhen et al. 2020, Metals and non-metals in the periodic table, Philosophical Transactions of the Royal Society A, vol. 378, 20200213 Berger LI 1997, Semiconductor Materials, CRC Press, Boca Raton, Bertomeu-Sánchez JR, Garcia-Belmar A & Bensaude-Vincent B 2002, "Looking for an order of things: Textbooks and chemical classifications in nineteenth century France", Ambix, vol. 49, no. 3, Berzelius JJ 1811, 'Essai sur la nomenclature chimique', Journal de Physique, de Chimie, d'Histoire Naturelle, vol. LXXIII, p. 253‒286 Bhuwalka et al. 2021, "Characterizing the changes in material use due to vehicle electrification", Environmental Science & Technology vol. 55, no. 14, Bogoroditskii NP & Pasynkov VV 1967, Radio and Electronic Materials, Iliffe Books, London Bohlmann R 1992, "Synthesis of halides", in Winterfeldt E (ed.), Heteroatom manipulation, Pergamon Press, Oxford, Boreskov GK 2003, Heterogeneous Catalysis, Nova Science, New York, Brady JE & Senese F 2009, Chemistry: The study of Matter and its Changes, 5th ed., John Wiley & Sons, New York, Brande WT 1821, A Manual of Chemistry, vol. II, John Murray, London Brandt HG & Weiler H, 2000, "Welding and cutting", in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Brannt WT 1919, Metal Worker's Handy-book of Receipts and Processes, HC Baird & Company, Philadelphia Brown TL et al. 2014, Chemistry: The Central Science, 3rd ed., Pearson Australia: Sydney, Burford N, Passmore J & Sanders JCP 1989, "The preparation, structure, and energetics of homopolyatomic cations of groups 16 (the chalcogens) and 17 (the halogens)", in Liebman JF & Greenberg A (eds.), From atoms to polymers: isoelectronic analogies, VCH, New York, Bynum WF, Browne J & Porter R 1981 (eds), Dictionary of the History of Science, Princeton University Press, Princeton, Cahn RW & Haasen P, Physical Metallurgy: Vol. 1, 4th ed., Elsevier Science, Amsterdam, Cao C et al. 2021, "Understanding periodic and non-periodic chemistry in periodic tables", Frontiers in Chemistry, vol. 8, no. 813, Carapella SC 1968, "Arsenic" in Hampel CA (ed.), The Encyclopedia of the Chemical Elements, Reinhold, New York Carmalt CJ & Norman NC 1998, "Arsenic, antimony and bismuth: Some general properties and aspects of periodicity", in Norman NC (ed.), Chemistry of Arsenic, Antimony and Bismuth, Blackie Academic & Professional, London, p. 1–38, Carrasco et al. 2023, "Antimonene: a tuneable post-graphene material for advanced applications in optoelectronics, catalysis, energy and biomedicine", Chemical Society Reviews, vol. 52, no. 4, p. 1288–1330, Challoner J 2014, The Elements: The New Guide to the Building Blocks of our Universe, Carlton Publishing Group, Chambers E 1743, in "Metal", Cyclopedia: Or an Universal Dictionary of Arts and Sciences (etc.), vol. 2, D Midwinter, London