Die Elemente, die Leben aufbauen, statt Elektrizität zu leiten
Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Schwefel und Selen. Sie leiten Strom schlecht, sind im festen Zustand spröde und absolut unverzichtbar: Mehr als 99 % jedes Lebewesens bestehen ihrer Masse nach aus nur vier dieser Elemente.
Im Periodensystem hervorgehoben
Jedes Mitglied
Was sie definiert
Hohe Elektronegativität und hohe Ionisierungsenergie bewirken, dass Nichtmetalle Elektronen zu sich ziehen. Mit Metallen bilden sie Ionenverbindungen; untereinander teilen sie Elektronen und bilden so die kovalenten Moleküle, auf denen die Biologie beruht.
Ohne ein Meer delokalisierter Elektronen gibt es nichts, was Wärme oder Elektrizität leiten könnte, und nichts, wodurch Atome aneinander vorbeigleiten könnten. Nichtmetalle sind daher isolierend, spröde und häufig gasförmig.
Kleine Nichtmetall-Atome bilden starke Doppel- und Dreifachbindungen — deshalb ist N₂ so unreaktiv und CO₂ gasförmig, während SiO₂ Gestein ist. Viele nehmen mehrere Strukturformen an: Kohlenstoff als Diamant, Graphit und Graphen; Phosphor als weißer, roter und schwarzer Phosphor.
Periodische Trends
Elektronegativität und Ionisierungsenergie steigen in Richtung der oberen rechten Ecke der Tabelle und erreichen bei Fluor und Sauerstoff ihren Höchstwert. Schmelzpunkte variieren stark, weil die Struktur und nicht allein die Bindungsstärke über sie entscheidet: Kohlenstoff sublimiert oberhalb von 3.800 K, während Stickstoff bei 77 K siedet.
In der Welt
Ammoniaksynthese, Erdölraffination, Raketentreibstoff und – zunehmend – Energiespeicherung.
Stahl, Kunststoffe, Brennstoffe, Fasern und jedes organische Molekül, das existiert. Als Diamant schneidet Kohlenstoff; als Graphit schmiert er.
Dünger mithilfe des Haber-Bosch-Verfahrens, das ungefähr die Hälfte der Weltbevölkerung ernährt. Flüssiger Stickstoff ist das wichtigste Kryogen.
Stahlherstellung, Medizin, Wasseraufbereitung und Atmung. Es ist das häufigste Element der Erdkruste und des menschlichen Körpers, gemessen an der Masse.
Dünger, Waschmittel, Streichhölzer – sowie das Rückgrat der DNA und des ATP, des Moleküls, das jede Zelle mit Energie versorgt.
Schwefelsäure, die Industriechemikalie mit der weltweit höchsten Produktionsmenge, außerdem vulkanisierter Kautschuk und Fungizide.
Handhabung
Extrem unterschiedlich. Sauerstoff und Stickstoff sind in den richtigen Anteilen ungefährlich beim Atmen und in den falschen gefährlich — reiner Sauerstoff macht Brände unkontrollierbar, und reiner Stickstoff führt ohne Vorwarnung zum Ersticken. Weißer Phosphor entzündet sich an der Luft und verursacht tiefe Verbrennungen. Schwefelwasserstoff ist so giftig wie Cyanid und setzt Ihren Geruchssinn bei gefährlichen Konzentrationen außer Kraft.
Wissenswertes
Häufige Fragen
Halogene und Edelgase sind Nichtmetalle – sie sind einfach die beiden Familien, die besonders eigenständig sind und deshalb separat benannt werden. Alles Übrige wird als „andere Nichtmetalle“ oder „reaktive Nichtmetalle“ bezeichnet: Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Schwefel und Selen.
Für die Leitfähigkeit werden Elektronen benötigt, die sich durch das Material bewegen können. In einem Metall sind die Außenelektronen über das gesamte Gitter delokalisiert. In einem Nichtmetall sind sie an bestimmte kovalente Bindungen oder freie Elektronenpaare gebunden. Graphit ist die berühmte Ausnahme: Seine Schichtstruktur lässt pro Kohlenstoffatom ein Elektron über jede Schicht delokalisiert, sodass es entlang der Schichten leitet.
Sechs machen etwa 99 % Ihres Körpers aus: Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Calcium und Phosphor — vier davon sind Nichtmetalle. Schwefel und Selen werden in geringeren Mengen benötigt: Schwefel in zwei Aminosäuren und Selen in den Enzymen, die oxidative Schäden beseitigen.
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