Что такое металлоиды?

Металлоиды: свойства и использование

Термин «металлоиды» (или «полуметаллы») относится к тем элементам, свойства которых находятся где-то между теми, которые характерны для металлов, и теми, которые характерны для неметаллов.

Точное количество элементов, которые следует считать металлоидами, часто оспаривается, но обычно считается, что их не менее шести. Металлоидный элемент сурьма, вероятно, первым привлек внимание человека. Он использовался в Древнем Египте в пигментах и ​​лекарственных препаратах.

Металлоиды имеют металлический вид, очень твердые и хрупкие. Это делает их непригодными для структурных применений в чистом виде. Однако при добавлении металлоидов к другим элементам они помогают получать сплавы и полупроводники с уникальными свойствами, которые нельзя получить никаким другим способом.

В этой статье будет описано и определено, что такое металлоиды, представлены их химические и физические свойства, а также обсуждены некоторые типичные области применения.

Что такое металлоиды?

Четкого и однозначного определения металлоидов не существует. Это связано с тем, что металлоиды обладают промежуточными свойствами между металлами и неметаллами.

Они занимают строчку между металлами и неметаллами в периодической таблице элементов. Это часто приводит к разногласиям относительно того, какие конкретные элементы являются металлоидами.

Какие элементы являются металлоидами?

В зависимости от того, как определяется этот термин, ученые называют металлоиды от шести до девяти элементов. В периодической таблице элементов металлоиды занимают диагональную линию между металлами и неметаллами.

Шесть перечисленных ниже элементов общепризнаны как металлоиды:

1. Бор (B): используется для усиления конструкционных компонентов автомобилей.
2. Кремний (Si): наиболее распространенный полупроводниковый материал.
3. Германий (Ge): обычно используется для полупроводников.
4. Мышьяк (As): Часто используется как инсектицид.
5. Теллур (Te): используется в качестве добавки к стали для улучшения обрабатываемости.
6. Сурьма (Sb): используется для окрашивания красок и часто смешивается со свинцом.

Некоторые ученые считают металлоидами три дополнительных элемента. Эти элементы можно так же легко классифицировать как чистые металлы или неметаллы, отсюда двусмысленность и разногласия.

1. Полоний : Сильно радиоактивный; используется в качестве источника питания для космических зондов.
2. Астатин : Радиоактивный элемент, не имеющий текущих применений за пределами исследовательской лаборатории.
3. Висмут : используется для пожаротушения.

Когда впервые были использованы металлоиды?

Первый использованный металлоид восходит к Древнему Египту, где сурьма использовалась в качестве макияжа и красителя для красок и пятен. Однако он был классифицирован как металлоид только в 1500-х годах. Мышьяк также широко использовался в средние века.

Вероятно, он был впервые выделен немецким врачом Альбертом Магнусом около 1250 года. Мышьяк широко использовался в качестве пигмента, пока не была обнаружена его высокая токсичность.

Впервые кремний был открыт в 1823 году шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом. Первые коммерчески доступные полупроводники были изготовлены в 1954 году.

Каковы свойства металлоидов?

Металлоиды обычно имеют физический вид металлов. Они имеют тенденцию быть твердыми и хрупкими и вести себя как полупроводники. Металлоиды также склонны химически вести себя как неметаллы.

Таким образом, металлоиды обычно не используются для механических применений. Однако это поведение зависит от конкретных элементов, с которыми они реагируют. Это означает, что в некоторых химических реакциях металлоиды ведут себя как неметаллы, а в других — как металлы.

Физические свойства металлоидов

Физические свойства металлоидов, как правило, представляют собой смесь свойств металлов и неметаллов. Ниже перечислены некоторые физические свойства металлоидов:

• Электропроводность: Металлоиды не проводят электричество так же хорошо, как металлы. На самом деле многие металлоиды ведут себя как полупроводники. Это означает, что они могут быть либо проводниками, либо изоляторами, в зависимости от уровня присутствующих примесей или температурных эффектов.
• Физическая форма: Металлоиды твердые при комнатной температуре.
• Теплопроводность: металлоиды проводят тепло лучше, чем неметаллы, но не так хорошо, как металлы.
• Плотность: Плотность металлоидов сильно различается. Например, плотность кремния составляет 2,33 г/см3, а сурьмы — 6,69 г/см3.
• Твердость: Металлоиды имеют широкий диапазон твердости. Например, мышьяк имеет твердость по Моосу 3,5, а бор имеет твердость по шкале Мооса 9,3. Для сравнения, золото имеет твердость по шкале Мооса 2,5, а алмаз имеет твердость по шкале Мооса 10.
• Механические свойства: Металлоиды имеют плохую пластичность и, как следствие, очень хрупкие. Следовательно, металлоиды не могут использоваться в конструкционных целях.
• Металлический внешний вид: большинство металлоидов имеют блестящую отражающую поверхность, похожую на поверхность многих металлов.

Химические свойства металлоидов

Металлоиды обычно имеют химическое поведение неметаллов. Ниже перечислены некоторые общие химические свойства металлоидов:

• Электроотрицательность: Электроотрицательность относится к тому, насколько легко атом будет притягивать элементы при образовании химической связи. Чем выше число, тем сильнее притяжение. Металлоиды обычно имеют значения электроотрицательности от 1,8 до 2,2.
• Ковалентные связи: Металлоиды образуют ковалентные связи, но не образуют одноатомные ионы, как это делают металлы.
• Формирование сплава: Металлоиды могут быть введены в другие металлы для образования сплавов. Примером может служить сурьма, смешанная со свинцом для образования сурьмяно-свинцовых сплавов, которые используются в боеприпасах.
• Химическая активность: Металлоиды имеют тенденцию образовывать ковалентные связи, как и неметаллы. Обычно они не образуют одноатомных анионов, что типично для металлов.

Каковы применения металлоидов?

Металлоиды используются в широком спектре приложений, особенно из-за их полупроводниковых свойств. Ниже перечислены некоторые примеры:

• Полупроводники. Кремний широко используется в качестве полупроводника, и его можно найти в большинстве электронных устройств. Германий, легированный мышьяком, также обладает коммерчески полезными полупроводниковыми свойствами. Высокая подвижность заряда сурьмы делает ее полезной в некоторых специализированных полупроводниковых приложениях.
• Силиконовый каучук: кремний можно полимеризовать с кислородом с образованием полимера с силиконово-кислородной основной цепью (полимерные разветвления обычно представляют собой метил). Широкий диапазон свойств может быть достигнут путем модификации полимерной цепи. Силикон широко используется в качестве герметика для смазочных материалов, изоляции и кухонной утвари.
• Биологические агенты: Большинство металлоидных элементов обладают лечебными или токсическими свойствами. Мышьяк и сурьма относятся к ядовитым веществам. Мышьяк исторически использовался в пестицидах, но это применение стало менее распространенным. Кремний и бор, с другой стороны, могут обладать лечебными свойствами, такими как антисептики или пеногасители для полости рта. Борная кислота также используется при дрожжевых инфекциях.
• Легирующие элементы: Металлоиды часто используются в качестве легирующих элементов металлов. Примеры включают кремний в алюминии и бор в железе. Другие легирующие металлоиды включают сурьму и теллур.
• Стекло: бор в форме оксида буры смешивается с кремнием в виде кварцевого песка (SiO2) и кальцинированной соды для создания боросиликатного стекла. Это стекло обладает отличной стойкостью к тепловому удару. Pyrex — популярная стеклянная посуда для выпечки, изготовленная из боросиликатного стекла.

Сколько металлоидов в периодической таблице?

Точное количество металлоидных элементов в периодической таблице часто оспаривается, идентифицированное число варьируется от шести до одиннадцати.

Всего 7 или 8 металлоидов?

Поскольку не существует единого определения металлоидов, согласованного всеми учеными, нет единого мнения о том, сколько существует металлоидов.

Наиболее согласованный набор металлоидов включает бор, кремний, мышьяк, германий, сурьму и теллур. После этих шести нет согласованного окончательного числа, и некоторые исследователи выделяют до 9 или 11 металлоидных элементов.

Химические свойства металлоидов