Nichtmetalle

Nichtmetalle, Sammelbegriff für chemische Elemente, die nicht die charakteristischen Eigenschaften der Metalle aufweisen. Nichtmetalle zeichnen sich (im Normalzustand) durch geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit aus, ihnen fehlt der metallische Glanz, und sie neigen mehr zur Bildung negativ geladener Ionen – im Gegensatz zu den Metallen, die bevorzugt positive Ionen bilden. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal sind die verschiedenartigen Bindungstypen – metallische Bindungen bei Metallen, eher kovalente Bindungen bei Nichtmetallen (siehe chemische Bindung).

Formal stehen die Nichtmetalle im Periodensystem der Elemente rechts oben, und zwar ausschließlich in den Hauptgruppen. Zu ihnen zählen u. a. Wasserstoff und die Elemente der siebten sowie der achten Hauptgruppe, also die Edelgase (Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon) und die Halogene (Fluor, Chlor, das einzige bei Raumtemperatur flüssige Nichtmetall Brom sowie Iod und Astat). Weitere typische Nichtmetalle sind aus der sechsten Hauptgruppe die Elemente Sauerstoff und Schwefel, aus der fünften Hauptgruppe die Elemente Stickstoff und Phosphor sowie aus der vierten Hauptgruppe das Element Kohlenstoff.

Einen Übergang zwischen Nichtmetallen und Metallen bilden die so genannten Halbmetalle. Zu diesen zählt man in der Fachliteratur unterschiedliche Elemente: In den meisten Fällen handelt es sich um Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon, Bismut, Selen, Tellur und Polonium.

Nichtmetalle tendieren zur Aufnahme von Elektronen, um die Elektronenschale des rechts benachbarten Edelgases zu erreichen. Daher haben sie relativ hohe Elektronegativitäten und bilden leicht Anionen. Alle Nichtmetalle außer den leichteren Edelgasen verbinden sich mit Sauerstoff zu Oxiden, von denen die meisten in wässriger Lösung sauer reagieren. Wegen der geringen elektrischen Leitfähigkeit eignen sich viele Nichtmetalle als Isolationsmaterialien oder als Dielektrika. Zu den typischen Eigenschaften der Nichtmetalle zählen die normale optische Dispersion (mit steigender Wellenlänge sinkende Brechzahl), eine schlechte Formbarkeit, ferner die Neigung zur Ausbildung mehratomiger Moleküle sowie die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln. In der Technik werden oft auch Gemische oder chemische Verbindungen als Nichtmetalle bzw. als nichtmetallische Werkstoffe bezeichnet – z. B. Kunststoffe und keramische Materialien (siehe Keramik).

Mittlerweile sind auch Materialien entwickelt worden, die gleichzeitig metallische und nichtmetallische Eigenschaften zeigen. Dieses als „halbmetallischer Zustand” beschriebene Phänomen beobachteten amerikanische Forscher erstmals 1998 an einem dünnen Film aus Manganperowskit. Die Elektronen des Materialfilms verhielten sich bei den Experimenten, je nach Ausrichtung ihres Spins, mal wie ein leitendes Metall oder wie ein nichtmetallischer Isolator.