วัสดุอโลหะหรือในภาษาที่ไม่ใช่ศัพท์เทคนิค เรียกว่า อโลหะหมายถึงวัสดุที่ไม่ใช่โลหะการใช้งานจะแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับบริบท ในชีวิตประจำวัน คำนี้มักใช้เรียกวัสดุทั่วไป เช่น พลาสติก ไม้ หรือเซรามิก ซึ่งไม่ใช่โลหะทั่วไป เช่น โลหะผสมเหล็กที่ใช้ในสะพาน ในบางสาขาของวิชาเคมี โดยเฉพาะในตารางธาตุคำนี้ใช้สำหรับธาตุเคมีที่ไม่เป็นโลหะที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานนอกจากนี้ยังใช้เพื่ออธิบายกลุ่มอะตอมเจือปนในวัสดุโดยทั่วไป ในทางวิทยาศาสตร์ คำนี้หมายถึงวัสดุที่ไม่มีอิเล็กตรอนที่สามารถเคลื่อนที่ได้ง่าย กล่าวคือ ไม่มีสถานะใดๆ ที่พลังงานเฟอร์มิ ซึ่งเป็นพลังงานสมดุลของอิเล็กตรอน ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์ นิยามของ โลหะในทางดาราศาสตร์จึงแตกต่างกันมากโดยมีเพียงไฮโดรเจนและฮีเลียมเท่านั้นที่เป็นอโลหะ คำนี้อาจใช้ในเชิงลบของวัสดุที่สนใจ เช่น ในโลหะวิทยาหรือการแปรรูปโลหะ

การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอุณหภูมิและความดัน สามารถเปลี่ยนอโลหะให้กลายเป็นโลหะ และในทางกลับกันได้ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างครั้งใหญ่ หรือการเปลี่ยนสถานะสิ่งกระตุ้นภายนอกอื่นๆ เช่น สนามไฟฟ้า ก็สามารถทำให้เกิดอโลหะเฉพาะที่ได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ บางชนิด นอกจากนี้ยังมีปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ หลายอย่าง ที่พบได้เฉพาะในอโลหะ เช่นเพียโซอิเล็กทริซิตี้หรือเฟล็กโซอิเล็กทริซิตี้

แนวทางดั้งเดิมในการนำไฟฟ้าและอโลหะคือโครงสร้างแถบที่มีอิเล็กตรอนที่กระจายตัว (กล่าวคือ กระจายออกไปในอวกาศ) ในแนวทางนี้ อโลหะจะมีช่องว่างในระดับพลังงานของอิเล็กตรอนที่ระดับเฟอร์มิ [ ^{1 ] :บทที่ 8 และ 19} ในทางตรงกันข้าม โลหะจะมีแถบที่ถูกครอบครองบางส่วนอย่างน้อยหนึ่งแถบที่ระดับเฟอร์มิ^{[ 1 ]}ในสารกึ่งตัวนำหรือฉนวน จะไม่มีสถานะที่กระจายตัวที่ระดับเฟอร์มิ ดูตัวอย่างเช่นAshcroft และ Mermin [ ^{1 ] คำ}จำกัดความเหล่านี้เทียบเท่ากับการระบุว่าโลหะนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ดังที่ Nevill Francis Mottแนะนำ[ ^{2 ] : 257} และคำจำกัดความที่เทียบเท่ากันที่อุณหภูมิอื่นๆ ก็ใช้กันทั่วไปเช่นกัน เช่นในตำราเรียนเคมีของอโลหะโดยRalf Steudel ^{[ 3 ]}และงานเกี่ยวกับการเปลี่ยนผ่านจากโลหะเป็นฉนวน^{[ 4 ] [ 5 ]}

ในงานช่วงแรก^{[ 6 ] [ 7 ]}การตีความโครงสร้างแถบพลังงานนี้ขึ้นอยู่กับวิธีการอิเล็กตรอนเดี่ยวโดยมีระดับเฟอร์มิอยู่ในช่องว่างแถบพลังงานดังที่แสดงในรูป โดยไม่ได้รวมภาพที่สมบูรณ์ของปัญหาหลายอนุภาคซึ่งทั้ง เทอม การแลกเปลี่ยนและการสัมพันธ์กันอาจมีความสำคัญ เช่นเดียวกับผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพเช่นการเชื่อมโยงสปิน-ออร์บิตการเพิ่มเติมที่สำคัญโดย Mott และRudolf Peierlsคือสิ่งเหล่านี้ไม่สามารถละเลยได้^{[ 8 ]}ตัวอย่างเช่นนิกเกิลออกไซด์จะเป็นโลหะหากใช้วิธีการอิเล็กตรอนเดี่ยว แต่ในความเป็นจริงมีช่องว่างแถบพลังงานค่อนข้างใหญ่^{[ 9 ]}ณ ปี 2024 การใช้วิธีการที่อิงตามทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นซึ่งรวมถึงเทอมหลายอนุภาค เป็นเรื่องปกติมากขึ้น ^{[ 10 ] [ 11 ]}แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอนเดี่ยว การเติมเกี่ยวข้องกับอนุภาคเสมือนที่เรียกว่าออร์บิทัล ซึ่งเป็นโซลูชันคล้ายอนุภาคเดี่ยวสำหรับระบบที่มีอิเล็กตรอนหลายร้อยถึงหลายพันตัว แม้ว่าการคำนวณที่แม่นยำยังคงเป็นความท้าทาย แต่ปัจจุบันมีผลลัพธ์ที่สมเหตุสมผลในหลายกรณี^{[ 12 ] [ 13 ]}

นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องปกติที่จะปรับเปลี่ยนคำจำกัดความเบื้องต้นของAlan Herries Wilsonและ Mott เล็กน้อย ดังที่นักเคมีPeter Edwardsและเพื่อนร่วมงานได้ กล่าวถึง ^{[ 15 ]}เช่นเดียวกับFumiko Yonezawa [ ^{2 ] : 257–261} ในทางปฏิบัติก็เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาอุณหภูมิที่ใช้ทั้งโลหะและอโลหะ Yonezawa ให้คำจำกัดความทั่วไปไว้ว่า: ^{[ 2 ] : 260}

เมื่อวัสดุใด ' นำไฟฟ้า ' และในขณะเดียวกัน ' ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการนำไฟฟ้าของวัสดุนั้นไม่เป็นค่าบวกภายใต้สภาวะแวดล้อมบางอย่าง' วัสดุนั้นจะเป็นโลหะภายใต้สภาวะแวดล้อมนั้น วัสดุที่ไม่ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้จะไม่ใช่โลหะภายใต้สภาวะแวดล้อมนั้น

นิยามโครงสร้างแถบของความเป็นโลหะเป็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด และใช้ได้กับทั้งธาตุเดี่ยว เช่น โบรอนที่เป็นฉนวน^{[ 16 ]}และสารประกอบ เช่นสตรอนเทียมไททาเนต [ ^{17 ] (}มีสารประกอบหลายชนิดที่มีสถานะที่ระดับเฟอร์มิและเป็นโลหะ เช่นไททาเนียมไนไตรด์ [ ^{18 ] )}มีวิธีการทดลองมากมายในการตรวจสอบอโลหะโดยการวัดช่องว่างแถบหรือโดยการคำนวณทางกลศาสตร์ควอนตัมแบบ ab-initio ^{[ 19 ]}

ทางเลือกหนึ่งในโลหะวิทยาคือการพิจารณา โลหะผสม ที่อ่อนตัวได้ หลายชนิด เช่นเหล็กโลหะผสมอะลูมิเนียมและวัสดุที่คล้ายกันเป็นโลหะ และวัสดุอื่นๆ เป็นอโลหะ^{[ 20 ]}การผลิตโลหะเรียกว่างานโลหะ^{[ 21 ]}แต่ไม่มีคำที่สอดคล้องกันสำหรับอโลหะ คำจำกัดความที่ไม่เคร่งครัดเช่นนี้มักใช้กันทั่วไป แต่ก็อาจไม่ถูกต้องเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานนี้ พลาสติกเป็นอโลหะ แต่ในความเป็นจริงมีพอลิเมอร์นำไฟฟ้า^{[ 22 ] [ 23 ]}ซึ่งควรได้รับการอธิบายอย่างเป็นทางการว่าเป็นโลหะ ในทำนองเดียวกัน แต่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อย วัสดุหลายชนิดที่เป็นเซมิคอนดักเตอร์ (อโลหะ) จะมีพฤติกรรมเหมือนโลหะเมื่อมีสารเจือปน ในความเข้มข้นสูง เรียกว่า เซ มิคอนดักเตอร์เสื่อมสภาพ^{[ 24 ]}บทนำทั่วไปเกี่ยวกับเรื่องนี้ส่วนใหญ่สามารถพบได้ในหนังสือปี 2017 โดยFumiko Yonezawa ^{[ 2 ] : บทที่ 1}

คำว่าอโลหะ (เคมี)ยังใช้สำหรับธาตุที่ไม่ใช่โลหะในสถานะพื้นฐานปกติด้วย บางครั้งสารประกอบจะไม่ถูกนำมาพิจารณา ตำราเรียนบางเล่มใช้คำว่าธาตุอโลหะเช่นเคมีของอโลหะโดยRalf Steudel [ ^{25 ] : 4} ซึ่งใช้^คำจำกัดความทั่วไปในแง่ของการนำไฟฟ้าและระดับเฟอร์มิ^{[ 25 ] : 154} แนวทางที่อิงตามธาตุมักใช้ในการสอนเพื่อช่วยให้นักเรียนเข้าใจตารางธาตุ^{[ 26 ]}แม้ว่าจะเป็นการทำให้ง่ายเกินไปในการสอนก็ตาม^{[ 27 ] [ 28 ]}ธาตุที่อยู่ทางด้านบนขวาของตารางธาตุเป็นอโลหะ ธาตุที่อยู่ตรงกลาง ( โลหะทรานซิชันและแลนทานัม ) และด้านซ้ายเป็นโลหะ มีการใช้การกำหนดโลหะ กึ่งโลหะ สำหรับธาตุบางชนิด

บางครั้งคำนี้ยังใช้เมื่ออธิบายสารเจือปนประเภทธาตุเฉพาะในสารประกอบ โลหะผสม หรือส่วนผสมของวัสดุ โดยใช้การจำแนกประเภทตามตารางธาตุ ตัวอย่างเช่น โลหะกึ่งโลหะมักใช้ในโลหะผสมอุณหภูมิสูง^{[ 29 ]}และอโลหะในการเสริมความแข็งแรงด้วยการตกตะกอนในเหล็กกล้าและโลหะผสมอื่นๆ^{[ 30 ]}ในที่นี้ คำอธิบายจะรวมข้อมูลโดยปริยายว่าสารเจือปนมีแนวโน้มที่จะเป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่นำไปสู่ สารประกอบ ที่มีพันธะโควาเลนต์มากกว่าพันธะโลหะหรือตัวรับอิเล็กตรอนหรือไม่

ใน ทางดาราศาสตร์มีการใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป โดย ใช้คำว่า " ความเป็นโลหะ" สำหรับธาตุทั้งหมดที่หนักกว่าฮีเลียม ดังนั้นธาตุอโลหะจึงมีเพียงไฮโดรเจนและฮีเลียมเท่านั้น นี่เป็นความผิดปกติทางประวัติศาสตร์ ในปี ค.ศ. 1802 วิ ลเลียม ไฮด์ วอลลาสตัน^{[ 31 ]}สังเกตเห็นลักษณะมืดจำนวนหนึ่งในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์^{[ 32 ]}ในปี ค.ศ. 1814 โจเซฟ ฟอน ฟราวน์โฮเฟอร์ค้นพบเส้นเหล่านี้อีกครั้งโดยอิสระ และเริ่มศึกษาและวัดความยาวคลื่น อย่างเป็นระบบ และปัจจุบันเส้นเหล่านี้เรียกว่าเส้นฟราวน์โฮเฟอร์เขาทำแผนที่เส้นมากกว่า 570 เส้น โดยกำหนดเส้นที่เด่นที่สุดด้วยตัวอักษร A ถึง K และเส้นที่อ่อนกว่าด้วยตัวอักษรอื่นๆ^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}

ประมาณ 45 ปีต่อมาGustav KirchhoffและRobert Bunsen ^{[ 36 ]}สังเกตเห็นว่าเส้น Fraunhofer หลายเส้นตรงกับเส้นการปล่อย ลักษณะเฉพาะ ที่ระบุในสเปกตรัมของธาตุเคมีที่ได้รับความร้อน^{[ 37 ]}พวกเขาสรุปว่าเส้นมืดในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์เกิดจากการดูดซับโดยธาตุเคมีในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์^{[ 38 ]} การสังเกตของพวกเขา^{[ 39 ]}อยู่ในช่วงที่มองเห็นได้ ซึ่งเส้นที่แรงที่สุดมาจากโลหะ เช่น Na, K, Fe [ ^{40 ] ใน}งานช่วงแรกเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์ ธาตุเดียวที่ตรวจพบในสเปกตรัมคือไฮโดรเจนและโลหะต่างๆ^{[ 41 ] : 23–24} โดยมักใช้คำว่าโลหะเมื่ออธิบายถึงธาตุเหล่านี้^{[ 41 ] : ตอนที่ 2} ในการใช้งานในปัจจุบัน ธาตุพิเศษทั้งหมดที่นอกเหนือจากไฮโดรเจนและฮีเลียมจะถูกเรียกว่าโลหะ

นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์Carlos Jaschekและนักดาราศาสตร์และนักสเปกโตรส โคปีดาวฤกษ์ Mercedes Jaschek ในหนังสือThe Classification of Stars ของพวกเขา สังเกตว่า: ^{[ 42 ]}

ผู้เชี่ยวชาญด้านโครงสร้างภายในของดาวฤกษ์ใช้คำว่า 'โลหะ' เพื่อหมายถึงธาตุใดๆ ก็ตามที่ไม่ใช่ไฮโดรเจนและฮีเลียม ดังนั้น 'ความอุดมสมบูรณ์ของโลหะ' จึงหมายถึงธาตุทั้งหมดที่ไม่ใช่สองธาตุแรก สำหรับนักสเปกโทรสโกปีแล้ว นี่เป็นเรื่องที่ทำให้เข้าใจผิดอย่างมาก เพราะพวกเขาใช้คำนี้ในความหมายทางเคมี ในทางกลับกันนักโฟโตเมตริกส์ซึ่งสังเกตผลกระทบรวมของเส้นสเปกตรัมทั้งหมด (เช่น โดยไม่แยกแยะธาตุต่างๆ) มักใช้คำว่า 'ความอุดมสมบูรณ์ของโลหะ' ซึ่งในกรณีนี้อาจรวมถึงผลกระทบของเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนด้วย

มีหลายกรณีที่ธาตุหรือสารประกอบเป็นโลหะภายใต้สถานการณ์บางอย่าง แต่เป็นอโลหะในสถานการณ์อื่น ตัวอย่างหนึ่งคือไฮโดรเจนที่เป็นโลหะซึ่งเกิดขึ้นภายใต้ความดันสูงมาก^{[ 44 ]}มีกรณีอื่นๆ อีกมากมายดังที่ได้กล่าวถึงโดย Mott ^{[ 4 ]} Inada et al. ^{[ 5 ]}และล่าสุดโดย Yonezawa ^{[ 2 ]}

นอกจากนี้ยังอาจมีการเปลี่ยนผ่านไปยังอโลหะในระดับท้องถิ่น โดยเฉพาะในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ตัวอย่างหนึ่งคือทรานซิสเตอร์แบบสนาม ไฟฟ้า ซึ่งสนามไฟฟ้าสามารถนำไปสู่บริเวณที่ไม่มีอิเล็กตรอนที่พลังงานเฟอร์มิ ( โซนพร่อง ) ^{[ 45 ] [ 46 ]}

อโลหะมีคุณสมบัติหลากหลาย ตัวอย่างเช่นเพชร ซึ่งเป็นอโลหะ เป็นวัสดุที่แข็งที่สุดเท่าที่รู้จัก ในขณะที่โมลิบเดนัมไดซัลไฟด์ซึ่งเป็น อโลหะ เป็นสารหล่อลื่นแข็งที่ใช้ในอวกาศ^{[ 47 ]}มีคุณสมบัติบางอย่างที่เฉพาะเจาะจงสำหรับพวกมันที่ไม่มีอิเล็กตรอนที่พลังงานเฟอร์มิ คุณสมบัติหลัก ซึ่งมีรายละเอียดเพิ่มเติมอยู่ในลิงก์ ได้แก่: ^{[ 1 ] : บทที่ 27-29 [ 48 ]}

• การโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก^{[ 49 ]}เทียบเท่าโดยประมาณกับการจัดเรียงไดโพลท้องถิ่นตามสนามไฟฟ้า เช่นเดียวกับใน ตัว เก็บประจุ
• Electrostriction [ ^{50 ]}การเปลี่ยนแปลงปริมาตรเนื่องจากสนามไฟฟ้า หรือที่แม่นยำกว่านั้น^คือความหนาแน่นของโพลาไรเซชัน
• เฟล็กโซอิเล็กทริซิตี้ซึ่งมีการเชื่อมโยงระหว่างความชันของความเครียดและโพลาไรเซชัน^{[ 51 ]}สิ่งนี้มีบทบาทในการสร้างไฟฟ้าสถิตเนื่องจากผลของไตรโบอิเล็กทริก^{[ 52 ]}
• เพียโซอิเล็กทริกคือการเชื่อมโยงระหว่างโพลาไรเซชันและความเครียดเชิงเส้น^{[ 50 ]}
• ความต้านทานที่ลดลงตามอุณหภูมิ เนื่องมาจากมีตัวนำมากขึ้น (ผ่านสถิติ Fermi–Dirac ) ที่มีอยู่ในแถบพลังงานสูงที่ถูกครอบครองบางส่วน^{[ 1 ] [ 53 ]}
• การนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเมื่อได้รับแสงหรือรังสีอัลตราไวโอเลต เรียกว่า การนำไฟฟ้าด้วยแสง ซึ่งคล้ายกับผลของอุณหภูมิ แต่โฟตอนจะกระตุ้นอิเล็กตรอนให้เข้าสู่สถานะที่ถูกครอบครองบางส่วน^{[ 54 ]}
• ส่งผ่านสนามไฟฟ้าดังเช่นในรูปตัวเก็บประจุข้างต้น ในโลหะมีการกำบังสนามไฟฟ้าที่ป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้นเกินระยะทางที่เล็กมาก ดูได้จากพลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิก^{[ 55 ]}

• ความอุดมสมบูรณ์ของธาตุเคมี
• ฉนวนถ่ายโอนประจุ  – อโลหะ เนื่องจากมีการถ่ายโอนประจุระหว่างอะตอม
• กลไกการขนส่งประจุ  – แบบจำลองการไหลของกระแสไฟฟ้า
• ความแข็งแรงของฉนวน  – ระดับความเป็นฉนวน
• การนำไฟฟ้า  – การวัดความสามารถของสารในการต้านทานหรือนำกระแสไฟฟ้าหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• ฉนวนคอนโด  – ระบบที่มีความสัมพันธ์กันอย่างมากและมีช่องว่างแถบพลังงานแคบที่อุณหภูมิต่ำ
• รายชื่อเอกสารอ้างอิงข้อมูลสำหรับธาตุเคมี
• รายการกระบวนการผลิต  – กระบวนการผลิต
• รายการคุณสมบัติของวัสดุ
• รายชื่อสถานะของสสาร
• ฟังก์ชันการกระจายตัวของโลหะ  – การกระจายตัวของอัตราส่วนเหล็กต่อไฮโดรเจนในดาวฤกษ์ภายในกลุ่มดาว
• ฉนวนมอตต์  – วัสดุที่โดยทั่วไปคาดว่าจะเป็นตัวนำ แต่ในความเป็นจริงแล้วเป็นฉนวน
• การเปลี่ยนสถานะจากตัวนำยิ่งยวดเป็นฉนวน  – ประเภทของการเปลี่ยนสถานะควอนตัมหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• ฉนวนเชิงทอพอโลยี  – สถานะของสสารที่มีเนื้อในเป็นฉนวน แต่มีขอบเขตเป็นตัวนำ