Metalloids: ลักษณะคุณสมบัติและการใช้งาน

Metalloids หรือ semimetals เป็นกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีระดับกลางระหว่างโลหะและอโลหะ นักวิจัยทางเคมีส่วนใหญ่ยอมรับองค์ประกอบทางเคมีดังต่อไปนี้เป็น metalloids: โบรอน, ซิลิคอน, สารหนู, เจอร์เมเนียม, พลวงและเทลเลียม (สีเขียวในภาพด้านล่าง)

อย่างไรก็ตามนักวิจัยกลุ่มเล็ก ๆ ได้เพิ่มพอโลเนียมแอสทาทีน (สีน้ำเงิน) และซีลีเนียม (สีชมพู) ลงในเมทัลรอยด์

ถึงแม้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติบางอย่างพวกเขาแนะนำว่าองค์ประกอบทางเคมีของคาร์บอนและอลูมิเนียม (สีเหลือง) ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นโลหะ

คุณสมบัติหลักของ metalloid

สถานการณ์ในตารางธาตุ

metalloids อยู่ในตารางธาตุในแนวทแยงมุมลงมาระหว่างคอลัมน์ 13, 14, 15, 16 และ 17 เริ่มต้นด้วยโบรอนที่มุมซ้ายบนและลงท้ายด้วยแอสตาไทน์ที่มุมขวาล่าง

โลหะตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของ metalloid และไม่ใช่โลหะไปทางขวา; ดังนั้นจึงเป็นตัวแทนเขตแดนระหว่างสสารทั้งสองประเภท

พวกเขาสร้างโลหะผสมด้วยโลหะ

Metalloids สร้างโลหะผสมกับโลหะและทำปฏิกิริยากับโลหะที่ไม่ใช่โลหะเช่นกับออกซิเจนซัลเฟอร์และฮาโลเจน

สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า

ส่วนใหญ่พวกเขาจะถือว่าเป็นสารกึ่งตัวนำไฟฟ้าสื่อนำไฟฟ้าของพวกเขาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิต่ำตัวนำไฟฟ้าจะต่ำดังนั้นจึงทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า แต่เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้นความสามารถในการทำกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ฐานอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

เซมิคอนดักเตอร์เป็นพื้นฐานของการพัฒนาอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เช่นเดียวกับการคำนวณและวิทยาการคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้แอปพลิเคชันที่ทำจากซิลิคอนยังมีประโยชน์อย่างมากในด้านนี้

รัฐ Allotropic

metalloids มีสถานะ allotropic ที่แตกต่างกัน (รูปแบบผลึกที่แตกต่างกัน); ตัวอย่างเช่นสารหนูมีผลึกสีดำสีเหลืองหรือสีเทา

ในธรรมชาติพวกมันมักจะไม่พบว่าเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่บริสุทธิ์ แต่มีความสัมพันธ์หรือก่อตัวเป็นมวลรวมในแร่ธาตุพร้อมกับตะกั่วกำมะถันเหล็ก ฯลฯ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

คุณสมบัติทางกายภาพ

พวกเขาปรากฏเป็นของแข็งสดใส ในด้านนี้พวกเขามีลักษณะโลหะ มีความเปราะและไม่ยืดหยุ่นมากดังนั้นจึงไม่สามารถยืดได้ในรูปแบบของเส้นลวดนั่นคือพวกเขาจะไม่เหนียวมาก นอกจากนี้การเปลี่ยนรูปเป็นแผ่นเป็นเรื่องยากดังนั้นเมทัลรอยด์จึงไม่อ่อนมาก

พวกเขามีความสามารถในการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิถึงแม้ว่าจะน้อยกว่าโลหะ ภายใน metalloids มีองค์ประกอบทางเคมีที่ยึดตามโครงสร้างวงของพวกเขาจัดเป็นสารกึ่งตัวนำ

กลุ่มนี้ประกอบด้วยโบรอนซิลิคอนเจอร์เมเนียมและพลวง สารหนูและเทลลูเรียมจัดเป็น semimetals

คะแนนฟิวชั่น

Boro 2.076º C; ซิลิคอน1.414º C; เจอร์เมเนียม 938.25 C; สารหนู817º C; พลวง 630.13 ° C; เทลเลียม449.51ºCและพอโลเนียม254ºซี

คะแนนเดือด

โบรอน3.927º C; ซิลิกอน 3, 265 ° C; เจอร์เมเนียม2, 833º C; สารหนู614º C; พลวง 1, 587 ° C; Telurio 988º C และ Polonio 962º C

ความหนาแน่น

โบรอน 2.34 g / cm3: ซิลิคอน 2.33 g / cm3; เจอร์เมเนียม 5, 323 g / cm3; สารหนู 5, 727; พลวง 6.697 g / cm3; Telurium 6.24 g / cm3 และ Polonium 9.32 g / cm3

คุณสมบัติทางเคมี

พวกมันมีพฤติกรรมคล้ายกันกับอโลหะก่อตัวเป็นกรดออกซิดเช่น SiO ₂ และมีพฤติกรรมของแอมโฟเทอริก metalloid สามารถทำงานได้เหมือนกรดหรือเบสขึ้นอยู่กับค่าความเป็นกรดเป็นด่างของสื่อ

การใช้งาน

เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต

- สารหนูใช้ในการเกษตรเป็นยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช นอกจากนี้ยังใช้เพื่อวางเป็นผงหรือน้ำยาเหลวในวัวเพื่อกำจัดแมลงและปรสิตจากสัตว์ แคลเซียมอาร์เซเนตใช้ในการกำจัดมอดจากแคปซูลฝ้าย

- สารหนูใช้เป็นสารกันบูดไม้เนื่องจากความเป็นพิษต่อแมลงและเชื้อรา

- สารหนูใช้ในการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลัน มันถูกใช้ในการพัฒนาโซลูชั่นฟาวเลอร์สำหรับใช้ในการรักษาโรคสะเก็ดเงิน ไอโซโทปกัมมันตรังสีของสารหนู (74As) ถูกใช้ในการแปลเนื้องอกมะเร็งที่มีอยู่ในร่างกายมนุษย์

-Arsenic เป็นส่วนหนึ่งของ Melarsoprol ซึ่งเป็นยาที่ใช้ในการรักษา Human Human Trypanosomiasis โรคกาฝากที่ส่งโดยแมลงวัน tsetse

- เทลเลียมออกไซด์ถูกใช้ในการรักษาโรคผิวหนัง seborrheic เทลลูเรียมชนิดอื่นจะใช้เป็นยาต้านจุลชีพ

โบรอนในรูปของกรดบอริกใช้เป็นน้ำยาฆ่าเชื้อที่ไม่รุนแรงในสายตาจมูกและลำคอ

ในแก้วและเคลือบ

- เทลลูเรียมใช้ในการผลิตแว่นตาสีฟ้าสีน้ำตาลและสีแดง metalloid สามารถฝากด้วยไฟฟ้าบนเงินทำให้เกิดสีดำ

พลวงถูกใช้เพื่อให้แว่นตาและเคลือบสีเหลือง โบรอนถูกนำมาใช้ในการผลิตแก้วและเซรามิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งแก้ว borosilicate สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมันถูกใช้ในห้องปฏิบัติการสำหรับปฏิกิริยาทางเคมีและการกลั่น

- ในบ้านคุณสามารถอบอาหารโดยใช้แก้ว borosilicate โดยไม่ใช้ภาชนะที่ใช้

- ซิลิกอนเป็นฐานหลักของอุตสาหกรรมแก้วโดยมีส่วนร่วมในการผลิตวัตถุแก้วเกือบทั้งหมด

- เจอร์เมเนียมออกไซด์ถูกนำมาใช้ในการผลิตเลนส์ของกล้องและเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์ นอกจากนี้ยังใช้ในการพัฒนาแกนกลางของเส้นใยนำแสงของแอพพลิเคชั่นมากมาย

ในการผลิตวัสดุที่มีคุณภาพสูงขึ้น

- สารหนูในรูปแบบของโลหะผสมกับตะกั่วทำให้จุดหลอมเหลวลดลงเหมือนกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดความแข็งมากขึ้นในโลหะผสมที่ใช้ในการผลิตช็อต

- การเติมเทลเลียมในปริมาณระหว่าง 0.1% ถึง 0.6% ของโลหะผสมตะกั่วจะเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนและแรงดึงพร้อมความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้น เทลเลียมมักถูกเติมลงในเหล็กหล่อเพื่อผลิตชั้นผิวแข็งของชิ้นส่วนที่ชุบแข็ง

- พลวงถูกใช้ในโลหะผสมเพื่อผลิตตลับลูกปืนแผ่นสะสมและวัสดุการพิมพ์

- ซิลิคอนถูกใช้ในการผลิตโลหะผสมที่มีความต้านทานต่อกรดมากกว่า ดังกล่าวเป็นกรณีของDurirónซึ่งประกอบด้วยซิลิคอน 14%

โลหะผสมของซิลิคอนเหล็กและอลูมิเนียมใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งสูงซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์

- สารหนูสร้างโลหะผสมด้วยทองคำขาวและทองแดงเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน ในทำนองเดียวกันสารหนูจะถูกเพิ่มเข้าไปในอัลฟา - ทองเหลืองเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อสังกะสี ทองเหลืองชนิดนี้ใช้ในการผลิตวัสดุอุปกรณ์เสริมสำหรับการประปา

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์

-Metalloids ใช้เป็นสารกึ่งตัวนำในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ ในแง่นี้ซิลิคอนเป็นผู้นำในการค้าเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย ซิลิคอนและอนุพันธ์ของมันถูกใช้ในคอมพิวเตอร์เครื่องแปลงสัญญาณเซลล์แสงอาทิตย์และหน้าจอ LCD

- เทลลูเรียมเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการใช้งานในเลนส์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์

- Germanium เป็นสารกึ่งตัวนำกึ่งตัวนำที่ใช้ร่วมกับซิลิคอนในวงจรรวมความเร็วสูงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ แม้ว่าเจอร์เมเนียมจะแทนที่ซิลิกอนในระดับหนึ่งในการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์ แต่การใช้งานก็เพิ่มขึ้นในการผลิตชิปขนาดจิ๋ว

- เจอร์เมเนียมใช้ในการพัฒนาแผงโซลาร์เซลล์ แม้แต่หุ่นยนต์ลูกเสือของดาวอังคารยังมีเจอร์เมเนียมในเซลล์สุริยะ นอกจากนี้เจอร์เมเนียมยังถูกนำมาใช้ในการผลิตเรดาร์

การกระทำการป้องกันของ metalloids

โบรอนและสารประกอบที่เกี่ยวข้องมอบความต้านทานอย่างมากต่อวัสดุที่เป็นส่วนหนึ่ง สิ่งนี้อนุญาตให้ใช้ในการสร้างโครงสร้างเชิงพื้นที่ นอกจากนี้ยังใช้ในการทำไม้กอล์ฟและคันเบ็ด

การดำเนินการป้องกันของโบรอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นอุปสรรคในการควบคุมเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ จำกัด การรั่วไหลของสารกัมมันตรังสี นอกจากนี้โบรอนคาร์ไบด์ยังใช้ในเสื้อเกราะกันกระสุนและเกราะของรถถังสงคราม

ซิลิกอนไดออกไซด์และซิลิกาในรูปแบบของดินเหนียวหรือทรายเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของอิฐคอนกรีตและซีเมนต์ที่ใช้ในรูปแบบต่าง ๆ ของการก่อสร้าง

คนอื่น ๆ

- พลวงซัลไฟด์ถูกใช้ในดอกไม้ไฟและหลอดไฟชนิดแฟลชของกล้อง

- โบรอนเป็นส่วนหนึ่งของแม่เหล็กนีโอไดเมีย

- ซิลิโคนซึ่งเป็นโพลิเมอร์ที่มาจากซิลิคอนใช้ในการเตรียมน้ำมันและแว็กซ์การปลูกถ่ายเต้านมคอนแทคเลนส์วัตถุระเบิดและดอกไม้ไฟ

- เจอร์เมเนียมใช้ในการพัฒนาหลอดฟลูออเรสเซนต์และไดโอด LED บางตัว นอกจากนี้เจอร์เมเนียมยังถูกใช้ในกีต้าร์ไฟฟ้าเพื่อสร้างโทนเสียงที่ผิดเพี้ยน

- เจอร์เมเนียมถูกนำมาใช้ในการประยุกต์ใช้ภาพความร้อนสำหรับการใช้งานทางทหารและการดับเพลิง

- พลวงถูกนำมาใช้ในการผลิตไม้ขีดไฟและระเบิดและอุปกรณ์ติดตามรวมถึงตลับรองพื้น

- โซเดียมเบตเตตถูกใช้เป็นสารหน่วงการเผาไหม้ในพลาสติกและยาง

องค์ประกอบ 8 ธาตุ

องค์ประกอบทางเคมีกลุ่มนี้ประกอบด้วยโบรอนซิลิคอนพลวงเทลลูเรียมเจอร์เมเนียมอาร์เซนอลพอโลเนียมและแอสทาทีน อย่างไรก็ตามนักวิจัยจำนวนมากที่สุดในสาขาเคมีไม่รวม polonium และ astatus เป็น metalloids

ดังนั้นกลุ่มเมทัลรอยด์ที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุดคือโบรอนซิลิคอนแอนติโมนีเทลูเนียมเจอร์เมเนียมและสารหนู

มีการชี้ให้เห็นว่าพอโลเนียมเป็นโลหะอย่างชัดเจนเนื่องจากรูปแบบ allotropic ทั้งสองเป็นตัวนำโลหะ ในทางตรงกันข้ามแอสตาตินถูกจัดประเภทในปี 2013 เป็นโลหะแม้ว่าก่อนหน้านี้ในปี 1950 มันถูกกำหนดให้เป็นฮาโลเจนซึ่งเป็นโลหะที่ไม่ใช่ปฏิกิริยา

ขอบเขตระหว่างกลุ่มขององค์ประกอบที่พิจารณาว่าเป็นโลหะ, เมทัลรอยด์หรืออโลหะมีความสับสน ด้วยเหตุผลนี้นักวิจัยบางคนซึ่งอ้างอิงคุณสมบัติบางอย่างแนะนำว่าองค์ประกอบนี้หรือองค์ประกอบนั้นควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นโลหะ มันได้รับการชี้ให้เห็นเช่นคาร์บอนอลูมิเนียมหรือซีลีเนียมควรจัดเป็นโลหะ

มันได้รับการพยายามที่จะสร้างเกณฑ์การคัดเลือกที่อนุญาตให้จัดประเภทองค์ประกอบทางเคมีเป็นโลหะ, เมอร์โลหะหรืออโลหะ ในเกณฑ์การเลือกอื่น ๆ คือพลังงานอิออไนเซชันอิเลคโตรเนกาติวีตี้และประสิทธิภาพการบรรจุขององค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน