METALLOIDOK: JELLEMZŐK, TULAJDONSÁGOK ÉS FELHASZNÁLÁS - KÉMIA - 2026

A metalloidok vagy félfémek fizikai tulajdonságokkal rendelkező kémiai elemek csoportja, valamint a fémek és a nem fémek közötti kémiai köztitermékek. A legtöbb kémiai kutató metalloidként a következő kémiai elemeket fogadja el: bór, szilícium, arzén, germánium, antimon és tellurium (az alábbi képen zöld).

A kutatók kisebb csoportja viszont polóniumot, asztatát (kék színű) és szelént (rózsaszínű) ad a metalloidokhoz.

Forrás: Sandbh, a Wikimedia Commonsból

Még bizonyos tulajdonságok alapján azt sugallják, hogy a szén és az alumínium (sárga színű) kémiai elemeket is metalloidnak kell tekinteni.

A metalloidok fő jellemzői

A periódusos rendszer helyzete

A metalloidok a periódusos táblán lefelé átlósan vannak elhelyezve a 13., 14., 15., 16. és 17. oszlop között, kezdve a bal felső sarokban lévő bórral és a jobb alsó sarokban lévő asztatinnal.

A fémeket a metalloidoktól balra, a fémeket pedig jobbra kell elhelyezni; ezért ábrázolják a határt mindkét anyagtípus között.

Fémekkel ötvözeteket képeznek

A metalloidok ötvözeteket képeznek a fémekkel és nem fémekkel, például oxigénnel, kénnel és halogénekkel reagálnak.

Elektromos félvezetők

Ezeket nagyrészt elektromos félvezetőknek tekintik, vezetőképességük hőmérséklettől függ. Alacsony hőmérsékleten az elektromos vezetőképesség alacsony, tehát elektromos szigetelőként működnek, de felmelegedve nő az elektromos áramvezetési képességük.

Elektronikai ipar

A félvezetők képezik az elektronikai ipar, valamint a számítástechnika és az informatika fejlődésének alapját. Hasonlóképpen, a szilíciumból készült alkalmazás nagyon hasznos volt ezen a területen.

Allotropikus állapotok

A metalloidok különböző allotrop állapotúak (különböző kristályos formák); így például az arzén fekete, sárga vagy szürke kristályokkal rendelkezik.

A természetben ezeket nem általában tiszta kémiai elemekként, hanem ásványi anyagokban ólom, kén, vas stb.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Fizikai tulajdonságok

Fényes szilárd anyagként jelennek meg. Ebben a tekintetben hasonlítanak a fémekre. Törékenyek és nem túl rugalmasak, ezért nem húzhatók huzalba, azaz nem nagyon rugalmasak. Ezen túlmenően a lemezekké történő átalakítás nehéz, ezért a metalloidok nem nagyon formázhatók.

Képesek áramot és hőmérsékletet vezetni, bár kisebb mértékben, mint a fémek. A metalloidokon belül vannak olyan kémiai elemek, amelyeket sávszerkezetük alapján félvezetőknek osztályoznak.

Ezt a csoportot bór, szilícium, germánium és antimon alkotja. Az arzén és a tellurium félfémnek minősül.

Fúziós pontok

Bór 2 076 ° C; Szilícium 1414 ° C; Germánium 938,25 ° C; Arzén 817 ° C; Antimon 630,13 ° C; A tellúrium 449,51º C és a polónium 254ºC.

Forráspontok

Bór 3927 ° C; Szilícium 3 265 ° C; Germánium 2833 ° C; Arzén 614 ° C; Antimon 1,587º C; A telurium 988º C és a polónium 962ºC

sűrűség

Bór 2,34 g / cm ³: Silicon 2,33 g / cm ³; Germánium 5,323 g / cm ³; Arzén 5,727; Az antimon 6,697 g / cm ³; Tellúr 6,24 g / cm ³, és Polonium 9,32 g / cm ³.

Kémiai tulajdonságok

A nem fémekhez hasonlóan viselkednek, oxidokat képeznek, mint például SiO _2, és amfoter viselkedést mutatnak. A metalloidok savas vagy bázisként viselkedhetnek a közeg pH-jától függően.

Alkalmazások

Az élőlényekről

- Az arzént a mezőgazdaságban rovarirtó és herbicidként használják. Ezenkívül porként vagy folyékony oldatként az állatállományra helyezik azt, hogy az állatok rovarjait és parazitáit eltávolítsák. A kalcium-arzenátot megsemmisítik a gyapjúzsinór.

- Az arzént favédő szerként használják, mivel rovarokra és gombákra kifejtett mérgező hatású.

- Az arénicet akut promyelocyticus leukémia, egyfajta vérrák kezelésére használják. Fowler-féle oldat elkészítésében használják psoriasis kezelésére. Az arzén radioaktív izotópját (⁷⁴ As) használják az emberi testben található rákos daganatok lokalizálására.

Az arénic része a Melarsoprol gyógyszernek, amelyet humán afrikai trippanosomiasis kezelésére használnak. Parazita betegség, amelyet a tsetse repül.

-Tallérium-oxidot alkalmaztak a seborrheás dermatitis kezelésére. Hasonlóképpen, más tellúr-vegyületeket használnak antimikrobiális szerekként.

-Bór-bórsav formájában enyhe fertőtlenítőszerként alkalmazzák a szemben, az orrban és a torokban.

Pohárban és zománcban

-A teliuriumot kék, barna és piros szemüveg gyártásához használják. A metalloid elektrolitikus úton lerakódhat az ezüstre, sárgás színűvé válik.

-Antimonnal szemüvegeket és zománcokat kapnak sárga színben. A bórt üveg és kerámia gyártásában használják. Különösen a bór-szilikát üveg ellenáll a hőmérsékleti változásoknak, ezért használják laboratóriumokban kémiai reakciókban és desztillációkban.

-A házban ételeket boroszilikát üveg felhasználásával lehet sütni anélkül, hogy a használt edények eltörnének.

-A Szilikon az üvegipar fő bázisa, szinte valamennyi üvegtárgy gyártásával foglalkozik.

-A germánium-oxidot fényképezőgép lencsék és mikroszkóp lencsék gyártásához használják. Ezen túlmenően az optikai szálak magjának gyártásánál számos felhasználásra alkalmazzák.

Kiváló minőségű anyagok előállításakor

- Az arén ötvözeteket képez ólommal, és ezzel csökken az olvadáspontja. Ez nagyobb keménységet okoz a lövedék előállításához használt ötvözetben.

-A 0,1% és 0,6% közötti mennyiségű tellúr hozzáadása ólommal rendelkező ötvözettel növeli a korrózióállóságot és a tapadást a rugalmasság növekedésével. A tellériumot gyakran öntöttvashoz adják, hogy megkeményítsék a edzett részek felületi rétegét.

-Animonit ötvözetekben használnak csapágyak, akkumulátorlemezek és nyomtatási anyagok előállításához.

-A Szilíciumot olyan savakkal szemben állítják elő, amelyek jobban ellenállnak a savaknak. Ilyen a Duriron eset, amely 14% szilíciumot tartalmaz.

A szilícium, a vas és az alumínium ötvözetét nagyon kemény alkatrészek gyártásához használják, amelyeket az autóiparban használnak.

-Azarén ötvözeteket képez platina és réz formájában, hogy növelje korrózióállóságát. Arcint adnak az alfa-sárgarézhez a cink ellenállásának növelése érdekében. Az ilyen típusú sárgarézet vízvezeték kiegészítő anyagok gyártásában használják.

Az elektronika és a számítástechnika területén

- A metalloidekat félvezetőkként használják az elektronika és a számítástechnika területén. Ebben az értelemben a szilícium a vezető félvezető kereskedelemben, amely a modern elektronika és a számítástechnika alapját képezi. A szilíciumot és származékait számítógépekben, transzmitterekben, napelemekben és LCD-képernyőkben használják.

-Tellurium egy félvezető, amely alkalmazható az elektro-optikában és az elektronikában.

- A germánium egy félvezető metalloid, amelyet szilíciummal együtt alkalmaznak a nagy sebességű integrált áramkörökben a teljesítmény javítása érdekében. Bár a germánium félvezetőként kissé elmozdította a szilíciumot, a miniatürizált forgácsokban való felhasználása tovább javult.

- A germániumot napelemek gyártásához használják. Még a robotok felfedezése a Mars bolygón is tartalmaz germániumot a napelemeiben. Ezenkívül a germániumot használják a radarok gyártásához.

Metalloidok védelme

A bór és rokon vegyületei nagy ellenállást biztosítanak azoknak az anyagoknak, amelyek részét képezik. Ez lehetővé teszi használatát a térszerkezetek létrehozásában. Ezen felül ezeket használják golfklubok és horgászbotok gyártásában.

A bórkarbid védőhatása ellenőrző akadályokként szolgál a nukleáris reaktorokban, korlátozva a radioaktív anyag szivárgását. Ezenkívül a bórkarbidot is használják golyóálló mellényekben és a harci tankok páncéljain.

A szilícium-dioxid és a szilícium-dioxid, agyag vagy homok formájában, a tégla, a beton és a cement fontos alkotóelemei, amelyeket különféle építési formákban használnak.

Egyéb

-Animonszulfidot használnak a tűzijátékokban és a fényképezőgépek vakufényében.

-Boron része a neodimidium mágneseknek.

-A Szilikon, a szilikonból nyert polimer olajok és viaszok, emlőimplantátumok, kontaktlencsék, robbanóanyagok és pirotechnika előállításánál használatos.

- A germániumot fénycsövek és néhány LED-dióda gyártásához használják. Ezenkívül a germániumot használják az elektromos gitárban is, hogy jellegzetes torzító hangot hozzanak létre.

-A germániumot hőkamera alkalmazásban használják katonai felhasználásra és tűzoltásra.

-Animonit használják gyufák, nyomjelző és helymeghatározó gránátok gyártásához, valamint patronok alapozásához.

-Nátrium-borátot használnak égésgátlóként műanyagokban és gumikban.

A 8 metalloid elem

Ez a kémiai elemek csoportja bórból, szilíciumból, antimonból, tellúrból, germániumból, arzénből, polóniumból és asztatumból áll. A kémia területén azonban a legtöbb kutató kizárja a polóniumot és az asztatát mint metalloidokat.

Ezért a metalloidok legszélesebb körben elfogadott csoportját bór, szilícium, antimon, tellúr, germánium és arzén alkotná.

A polónium megkülönböztethetően fémes, mivel annak két allotrop alakja fémvezető. Másrészt az asztatint 2013-ban fémnek minősítették, bár korábban, 1950-ben, halogénnek, reaktív nem-fémnek nevezték el.

A fémek, metalloidok vagy nemfémek elemcsoportjai közötti határ nem egyértelmű. Ezért néhány kutató valamilyen tulajdonság alapján javasolja, hogy ezt vagy azt az elemet metalloidnak kell tekinteni. Hangsúlyozták például, hogy a szén, az alumínium vagy a szelént metalloidoknak kell besorolni.

Kísérlet történt olyan kiválasztási kritériumok meghatározására, amelyek lehetővé teszik egy kémiai elem fém, metalloid vagy nem fém osztályozását. Egyéb kiválasztási kritériumok magukban foglalják az ionizációs energiát, az elektronegativitást és a különböző kémiai elemek csomagolási hatékonyságát.

Irodalom

1. Eden Francis. (2002). Az elemek osztályozása. Feltöltve: dl.clackamas.edu
2. Fémek, metalloidok és nemfémek. Forrás: angelo.edu
3. Elements. Nemfémes. Feltöltve: elements.org.es
4. Például. (2013). Nemfémes. Forrás: examplede.com
5. Wikipedia. (2018). Félfém. Forrás: en.wikipedia.org
6. Gyors kémia. (2011). Metalloidok (félfémek). Forrás: chemistry.patent-invent.com
7. Az Encyclopaedia Britannica szerkesztői. (2016, október 18). Félfém. Forrás: britannica.com