비금속

금속성이 거의 없는 화학 원소를 통칭하는 비금속(nonmetal)은 녹는점과 끓는점이 상대적으로 낮고, 밀도도 작으며, 전형적으로 고체 상태는 잘 부서지고 열전도도 및 전기전도도가 작다. 화학적으로 비금속은 이온화 에너지가 비교적 크고, 전자 친화도 및 전기음성도도 크며, 다른 원소 또는 화합물과 반응하면 전자를 얻거나 공유한다. 일반적으로 주기율표에서 17개의 원소를 비금속으로 분류하는데, 대부분은 기체(수소, 헬륨, 질소, 산소, 플루오린, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈)이고, 액체는 한 종류(브로민), 고체는 5종(탄소, 인, 황, 셀레늄, 아이오딘)이다. 한편, 붕소, 규소, 저마늄과 같은 준금속(metalloid)도 종종 비금속으로 분류되기도 한다.

주기율표 속의 비금속 분류(노란색의 반응성 있는 비금속과 하늘색의 불활성 원소)()

비금속은 화합물을 형성하는 상대적인 경향성에 따라 다시 반응성 있는 비금속과 불활성 기체로 구분한다. 반응성을 가진 비금속이라도 각각의 비금속성은 다양하여, 탄소와 황은 전기음성도가 작고 비금속성이 크지 않아 금속과 공유 결합성 화합물을 형성한다. 반면에 산소와 플루오린과 같은 반응성 큰 비금속은 전기음성도가 커서 금속과 이온 결합성 화합물을 형성하는 경향성이 짙다. 한편, 불활성 기체는 다른 원소와 화합물을 형성하는 경향이 거의 없다.

금속(metal)과 비금속을 분류한 범주는 명확하지 않고 경계면에서는 준금속이 존재하여 덜 분명하여 혼성적 성질이나 비전형적 성질을 가지는 경향이 있다.

비금속보다 금속의 종류가 5배나 많지만, 수소와 헬륨은 관측 가능한 우주의 99% 이상을 차지한다. 또 다른 비금속인 산소는 지각, 해양, 대기의 거의 절반을 구성한다. 생명체는 대부분 수소, 산소, 탄소, 질소 등 거의 비금속들로 이루어져 있다. 비금속은 금속보다 훨씬 더 많은 화합물을 형성한다.

목차

비금속에 대한 엄격한 정의는 없지만, 광범위하게 금속성이 우세하지 않은 원소를 비금속으로 간주한다.

일반적으로 비금속에 속하는 원소는 1족의 수소, 14족의 탄소, 15족의 질소와 인, 16족의 산소, 황, 셀레늄, 17족의 대부분 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘) 및 18족의 모든 원소(오가네손의 경우는 예외일 수 있음)이다. 한편, 비금속은 반응성이 큰 비금속과 불활성 기체로 다시 구분할 수 있다. 반응성이 큰 비금속으로는 5개의 고체(탄소, 셀레늄, 아이오딘, 황, 인), 한 개의 액체(브로민) 및 5개의 기체(수소, 질소, 산소, 플루오린, 염소)가 있고, 불활성 기체로는 18족 원소인 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈이 있다.

주기율표에서 금속과 비금속이 만나는 경계에 있는 원소는 전문가에 따라 서로 다르게 분류하기도 한다. 종종 비금속으로 분류되는 원소로는, 준금속인 붕소, 규소, 저마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨, 아스타틴이 있다. 한편, 비금속인 셀레늄은 환경 화학에서 때때로 준금속으로 분류되기도 한다.

비금속은 금속보다 성질이 다양한데, 이들 성질은 비금속이 가진 원자가 전자 수에 따라 달라지는 원자간 결합 세기나 분자 구조에 의해 주로 결정된다. 반면에, 금속은 균일한 구조를 갖는 경향이 있으며, 비금속보다 유사한 성질을 나타내기 쉽다.

물리적으로 비금속은 주로 이원자 분자나 단원자 분자로 된 기체로 존재한다. 특정 비금속의 경우에는 실질적인 형태(금속처럼 고체형 또는 조밀하게 쌓인 것이 아니라 아무렇게나 쌓인 형태)를 갖는 것도 있다. 고체 비금속은 겉보기로 준금속(가루 형인 황은 예외임)의 성질을 갖지만, 광택 및 연성과 전성을 가진 금속과는 다르게 대부분 잘 부서진다. 또한 금속보다 밀도 및 열과 전기 전도성이 작을 뿐만 아니라, 녹는점과 끓는점이 매우 낮다.

화학적으로 비금속은 대부분 이온화 에너지가 크고, 전자 친화도(불활성 기체와 질소는 예외)와 전기음성도 값이 크다. 따라서 일반적으로 원소의 이온화 에너지, 전자 친화도, 전기음성도가 클수록 원소의 비금속성이 크다고 볼 수 있다. 수용액에서 비금속은 대개 음이온이나 산화음이온(oxyanion)으로 존재한다. 금속들은 다른 금속과 대부분 합금을 형성하는 데 반해, 비금속은 금속과 결합하여 이온결합성 화합물이나 공유결합성 화합물을 형성한다. 또한 금속 산화물은 거의 염기성인 데 반해, 비금속 산화물은 산성 산화물이다.

준금속, 반응성이 큰 비금속, 불활성 기체의 성질을 다음 표에 정리하여 나타내었다. 준금속은 비금속 화학의 관점에서 포함시켰으며, 물리적 성질은 파악하기 쉬운 성질부터 나열하였고, 화학적 성질은 일반적인 것부터 특별한 것 순으로 정리하였다.