金属・非金属・メタロイドの主要特性：導電性・展延性・物理状態

元素は金属、非金属、半金属（メタロイド）に分類できます。

金属は熱と電気の良導体で、展延性（薄板に延ばせる）と延性（線材に引き伸ばせる）を持ちます。ほとんどの金属は室温で固体で、特徴的な銀白色の光沢を持ちます（水銀は液体の例外）。

非金属は（通常）熱と電気の不良導体で、展延性も延性もありません。元素非金属の多くは室温で気体、一部は液体、一部は固体です。

メタロイドは性質が中間的です。物理的性質では非金属に近いですが、特定条件下で電気を通すものもあります。これらの半導体はコンピュータなど電子デバイスで極めて重要です。

多くの周期表では右側に階段状の線で金属と非金属を分けています。金属は線の左側（水素を除く非金属）、非金属は右側、線に隣接する元素がメタロイドです。

元素が結合して化合物を形成する際、2つの主要な結合タイプが生じます。イオン結合は電子が一方から他方へ移動し、帯電イオンが静電相互作用で強く引き合うことで生成。共有結合は原子が電子を共有して中性分子を生成することで生成されます。

一般に金属と非金属はイオン性化合物を形成し、非金属同士は共有結合化合物（分子）を形成します。

周期表における金属

周期表上のほとんどの元素は金属です。これらは周期表の中央から左側にグループ化されています。金属はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、ランタノイド、アクチノイドで構成されます。

参考資料： 金属とは？その種類は？

アルカリ金属

アルカリ金属は周期表左側の第1列に位置します。最外殻s副殻に1電子を持つ柔らかく高反応性の金属です。

6つのアルカリ金属： リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、ルビジウム鉱物源リピドライト、セシウム、セシウム、フランシウム。

アルカリ土類金属

アルカリ土類金属は周期表左側の第2列に位置します。一般にアルカリ金属より硬く密度が高く、最外殻s副殻に2電子を持ち、それぞれ炎色反応で固有の色を示します。

6つのアルカリ土類金属： ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム。

遷移金属

遷移金属は周期表メインボディの中央に位置します。重金属と呼ばれることもあり、アルカリ金属やアルカリ土類金属より高密度です。

38の遷移金属を含む： コバルト、銅、アリゾナ産天然銅、金、鉄、水銀、白金、銀、チタン、タングステン、亜鉛。

希土類金属

希土類金属は通常、メイン周期表の下に別テーブルで示されます。しかし実際は周期表の中央に適合します。希土類金属には2タイプ： ランタノイドとアクチノイド。

ランタノイド金属

周期表に15のランタノイドが記載されています。これらすべての元素は非常に類似しており、区別が非常に困難です。

ランタノイドの例： セリウム、プロメチウム、ガドリニウム、ジスプロシウム、ルテチウム。

アクチノイド金属

周期表に15のアクチノイドが記載されています。これらの多くは非常に不安定で自然界に存在せず、原子炉と粒子加速器で生成されます。

アクチノイドの例： トリウム、ウラン、プルトニウム、カリフォルニウム、メンデレビウム。

その他の金属

「その他の金属」としてリストされる金属は、メイン周期表ボディの右側に位置します。半金属や後遷移金属と呼ばれることもあります。一般に他の金属より軟らかく、融点が低いです。

科学者はどの元素がこのカテゴリーに属するかについて普遍的には合意しておらず、見るテーブルによって8〜14元素の幅があります。

その他の金属の例： アルミニウム、ビスマス、ビスマス結晶、インジウム、鉛、錫。

金属の性質

金属は水素を除き、化学反応で電子を失って正イオンを形成する元素です。したがって低イオン化エネルギーを持つ陽性元素です。ほとんどの金属は光沢があり、高密度、高融点という性質を共有します。さらに延性、展延性、光沢があります。金属は熱と電気の良導体です。すべての金属は室温で固体ですが、水銀は液体の例外です。

金属は一般に非金属とイオン結合を形成しますが、例外もあります。ほとんどの金属は少なくとも1つの塩基性酸化物を形成しますが、両性のものもあります。金属は幅広い反応性を示します。特殊な金属グループには貴金属（Ru, Rh, Pd, Pt, Au, Os, Ir, Ag）と難融金属（Nb, Mo, Ta, W, Re）があります。

金属の物理的性質：

金属の主要な物理的性質を以下に示します。

• 金属は固体状態で展延性があり、薄板に叩き延ばせる。金は全金属中最も展延性が高い
• 金属は延性があり、線材に引き伸ばせる。銀は最も延性の高い金属の一つ
• 金属は熱と電気の良導体
• 金属は光沢があり、光沢のある外観。一部はパティナを形成し光沢を失う
• 金属は高い引張強度を持つ。重い重量にえられる
• 金属は共鳴性がある。叩くと鳴る音を出す
• 金属は硬い。容易には切断できない
• 水溶液中で電子を失って陽イオンを形成
• 金属の融点：多くの金属は高融点・高沸点だが、セシウム、ガリウム、水銀、ルビジウム、錫などかなり低い融点の例外も多い。しかし沸点の多くは依然としてかなり高い
• 金属は幅広い密度を示すが、一般に非金属より高密度。タングステン、白金、オスミウム、金、イリジウムは極めて高密度
• ほとんどの金属は銀白色だが、金、セシウム、銅など有色のものもある

金属の化学的性質

金属は陽性元素で、一般に酸素と反応して塩基性または両性酸化物を形成します。その他の化学的性質には：

• 陽性の特徴： 金属は低イオン化エネルギーを持ち、化学反応で電子を失う傾向がある（酸化される）。通常電子を受け取らない。例：
  • アルカリ金属は常に1+（s副殻の電子を失う）
  • アルカリ土類金属は常に2+（s副殻の両電子を失う）
  • 遷移金属イオンは明確なパターンに従わない。2+が一般的（s副殻両電子喪失）、1+と3+も観察される

Na⁰ → Na⁺ + e⁻

Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻

Al⁰ → Al³⁺ + 3e⁻

非金属との金属化合物はイオン性になりやすい。ほとんどの金属酸化物は塩基性酸化物で、水に溶解して金属水酸化物を形成：

Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq)

金属酸化物は酸と反応して金属塩と水を生成することで塩基性を示す：

MgO(s) + HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)

NiO(s) + H₂SO₄(aq) → NiSO₄(aq) + H₂O(l)

周期表における金属の位置

元素の75%以上が金属なので、周期表の大部分を占めます。金属はテーブルの左側にあります。メインボディ下部の2行（ランタノイドとアクチノイド）も金属です。

周期表では、ホウ素(B)原子番号5からポロニウム(Po)原子番号84まで階段状の線が伸びています。ゲルマニウム(Ge)とアンチモン(Sb)を除き、この線の左側のすべての元素は金属に分類できます。

金属の用途

金属は生活のあらゆる側面で使用されます。主な用途：

• 構造部材
• 容器
• 電線と電気機器
• ヒートシンク
• 鏡
• 硬貨
• 宝飾品
• 武器
• 栄養（鉄、銅、コバルト、ニッケル、亜鉛、モリブデン）

周期表における非金属

非金属元素は周期表の右上隅を占めます。非金属には非金属グループ、ハロゲン、希ガスが含まれます。これらの元素は、金属と見なされる元素とは区別される類似の化学的性質を互いに持ちます。

非金属のグループ

非金属元素グループは非金属のサブセットです。非金属元素グループは水素、炭素、窒素、酸素、リン、硫黄、セレンで構成されます。水素は常温常圧で非金属として振る舞い、一般に非金属グループの一員と見なされます。

ハロゲンは周期表第17族の非金属。これらの元素原子は-1酸化数を持ちます。グループ上部の元素は気体ですが、下に進むにつれ液体・固体になります。ハロゲンはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン。テネシンの性質は不明。テネシンはハロゲンまたはメタロイドの可能性があります。

希ガスは周期表第18族（最終列）にある比較的非反応性気体。ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、オガネソン。オガネソンは室温で気体でない可能性が高い。

参考資料： 非金属とは？

非金属の性質

化学反応で電子を獲得して陰イオンを形成する傾向のある元素を非金属と呼びます。これらは高イオン化エネルギーを持つ陰性元素です。非光沢、脆い、熱と電気の不良導体（黒鉛を除く）。非金属は気体、液体、固体のいずれかです。

非金属の物理的性質

• 物理状態： ほとんどの非金属は室温で3物質状態のうち2つ（気体：酸素、固体：炭素）で存在。臭素のみ室温で液体。
• 非展延・非延性： 非金属は非常に脆く、線材に引き伸ばしたり薄板に叩き延ばしたりできない。
• 伝導性： 熱と電気の不良導体。
• 光沢： 金属光沢がなく光を反射しない。
• 融点と沸点： 金属が融解/沸騰すると物理状態変化。物質にエネルギーを与えて融解/沸騰させる。このエネルギーは金属イオンと非局在化電子間の静電引力を克服するために必要。必要エネルギーが大きいほど融点/沸点が高い。金属は巨大格子構造のため破壊すべき静電力が極めて多く、金属は高融点・高沸点。これは金属の融点・沸点が共有結合物質よりイオン性化合物に類似することを意味する。
• 標準状態で二原子分子として存在する7非金属： H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂(l), I₂(s)

非金属の化学的性質

非金属は他原子と電子を獲得または共有する傾向があります。陰性の性質を持ちます。非金属は金属と反応するとき、電子を獲得する傾向があり（典型的には希ガス電子配置を達成）、陰イオンになります：

3Br₂(l) + 2Al(s) → 2AlBr₃(s)

非金属のみで構成される化合物は共有結合性物質です。一般に酸素と反応して酸性または中性酸化物を形成し、水に溶解して酸を生成：

CO₂(g) + H₂O(l) → H₂CO₃(aq) 炭酸

ご存知の通り、炭酸水はわずかに酸性（炭酸）です。

非金属酸化物は塩基と結合して塩を形成：

CO₂(g) + 2NaOH(aq) → Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)

周期表における非金属の位置

非金属は周期表の極右側に位置します。水素を除き、左上隅に位置します。

17非金属元素は水素、ヘリウム、炭素、窒素、酸素、フッ素、ネオン、リン、硫黄、塩素、アルゴン、セレン、臭素、クリプトン、ヨウ素、キセノン、ラドン。

非金属の用途

金属と異なり非金属に普遍的用途はありません。しかし特定用途で共に登場します：

• 生命維持に必須（炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、塩素、リン）
• 肥料（水素、窒素、リン、硫黄、塩素、セレン）
• 冷媒と極低温技術（水素、ヘリウム、窒素、酸素、フッ素、ネオン）
• 工業用酸（炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素）
• レーザーとランプ
• 医薬品

非金属は多くの化合物を形成します。実際、遭遇するほとんどの化合物は非金属を含みます。水、食品、繊維、プラスチック、その他日用品に存在します。

金属と非金属の性質の違い

性質	金属	非金属
外観	光沢	鈍い
室温での状態	固体（水銀は液体の例外）	約半分固体、約半分気体、1つ(臭素)液体
密度	高い（サイズの割に重い）	低い（サイズの割に軽い）
強度	強い	弱い
展延性/脆さ	展延性（曲げても割れない）	脆い（叩くと割れる/砕ける）
熱伝導	良い	悪い（絶縁体）
電気伝導	良い	悪い（絶縁体、黒鉛除く）
磁性材料	鉄、コバルト、ニッケルのみ	なし
叩いた時の音	鳴る音（共鳴性）	鈍い音
酸化物の種類	塩基性/アルカリ性	酸性

周期表におけるメタロイド

メタロイド元素（半金属とも呼ばれる）は、金属と非金属両方の性質を持つ元素です。メタロイドの定義は、周期表上で金属と非金属元素の間の斜めの線上に現れる6〜9元素を含むとされます。

全会一致でメタロイドと見なされる6元素は：ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルル。

これら6元素以外に、ビスマス、ポロニウム、アスタチンもメタロイド定義に含まれることがあります。この曖昧さは、すべてのメタロイドの特徴とされる具体的性質がないことが主因です。

代わりに、メタロイド元素は単に金属と非金属の間の性質のミックスを持つと特徴づけられます。構造的には共有結合結晶構造を形成し、これは主に非金属の特徴です。

一部メタロイド元素のよく知られた用途は、家庭のあらゆる電子デバイスに搭載される半導体です。

メタロイドの性質

メタロイドは金属と非金属の中間的性質を持ちます。メタロイドは半導体産業で有用。すべて室温で固体。他金属と合金を形成可能。

ケイ素やゲルマニウムなど一部メタロイドは、適切な条件下で電気伝導体として振る舞うため半導体と呼ばれます。ケイ素は光沢があるが展延性も延性もない（脆い、非金属の特徴）。

金属よりはるかに熱と電気の不良導体。メタロイドの物理的性質は金属的傾向だが、化学的性質は非金属的傾向。このグループ元素の酸化数は属する族により+5〜-2の範囲。

金属	非金属	メタロイド
金	酸素	ケイ素
銀	炭素	ホウ素
銅	水素	ヒ素
鉄	窒素	アンチモン
水銀	硫黄	ゲルマニウム
亜鉛	リン

メタロイドの一般的性質

一般にメタロイドは以下の共通性質を共有します：

• メタロイドの電気陰性度は非金属と金属の間
• メタロイドのイオン化エネルギーも非金属と金属の間
• 半金属/メタロイドは非金属と金属の両特性を持つ
• メタロイドの反応性は相互作用する元素の性質に依存
• メタロイドは優れた半導体になりやすい
• メタロイドは金属光沢を持つこともあるが、非金属的外観の同素体も持つ
• メタロイドは通常脆く、通常固体、稀な条件下でのみ非固体になる
• メタロイドは化学反応で通常非金属のように振る舞い、金属と合金を形成できる

メタロイドの化学的性質

化学的性質とは、物質が他物質とどう相互作用/反応するか、または一物質から別物質へどう変化するかを定義するもの。化学反応のときのみ元素の化学的性質を定量化できる。化学反応には錆び、燃焼、変色、爆発などが含まれる。メタロイドの化学的性質は以下の通り：

• 酸化時に容易に気体を形成
• 金属と結合して合金を形成可能
• 異なる金属的・非金属的同素体を持つ
• 融解時に一部は収縮
• ハロゲンと反応して化合物を形成可能

周期表におけるメタロイドの位置

前述の通り、メタロイドは周期表上で金属と非金属の間の斜めの線上に現れる元素グループです。このメタロイド元素の線は第13族から第16、17、または18族まで（真にメタロイドと見なされる元素数により）伸びています。

このメタロイド元素線の左側には金属に分類される元素、右側には非金属に分類される元素があります。このルールの唯一の例外は水素で、非金属に分類されるが周期表左側に位置します。

ベージュ色でマークされた6メタロイド元素（ホウ素(B)から始まる）を示す元素周期表。このグループには有时第6周期のビスマス(Bi)、ポロニウム(Po)、アスタチン(At)も含まれる。

参考資料： メタロイドは周期表のどこにある？

金属的・非金属的性質の傾向

金属的性質は周期表の最左部分の元素で最も強く、いずれかの周期（横行）で右に進むにつれ減少傾向（非金属的性質は電気陰性度とイオン化エネルギー値の増大とともに増加）。

いずれかの族（縦列）内では、金属的性質は上から下へ増加（電気陰性度とイオン化エネルギー値は一般に族を下るにつれ減少）。この一般的傾向は遷移金属では必ずしも観察されない。