METALLOĪDI: RAKSTURLIELUMI, ĪPAŠĪBAS UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

The metaloīdi vai semimetals ir grupa no ķīmiskiem elementiem, ar fizikālo īpašību un ķīmisks starpprodukts starp metālu un nonmetals. Lielākā daļa ķīmijas pētnieku kā metalloīdus pieņem šādus ķīmiskos elementus: boru, silīciju, arsēnu, germāniju, antimonu un telūru (zaļš attēlā zemāk).

Tomēr mazāka pētnieku grupa pievieno metaloīdiem poloniju, astātu (zilā krāsā) un selēnu (rozā krāsā).

Avots: Autors Sandbh, no Wikimedia Commons

Pat pamatojoties uz dažām īpašībām, viņi ierosina, ka ķīmiskie elementi ogleklis un alumīnijs (dzeltenā krāsā) arī jāuzskata par metalloīdiem.

Galvenie metalloīdu raksturlielumi

Stāvoklis periodiskajā tabulā

Metalloīdi atrodas uz periodiskās tabulas uz leju pa diagonāli starp 13., 14., 15., 16. un 17. kolonnu, sākot ar boru augšējā kreisajā pusē un beidzot ar astatīnu apakšējā labajā pusē.

Metāli atrodas pa kreisi no metalloīdiem, bet metāli - pa labi; tāpēc tie apzīmē robežu starp abiem matērijas veidiem.

Tie veido sakausējumus ar metāliem

Metalloīdi veido sakausējumus ar metāliem un reaģē ar metāliem, piemēram, ar skābekli, sēru un halogēniem.

Elektriskie pusvadītāji

Lielākoties tie tiek uzskatīti par elektriskiem pusvadītājiem, to vadītspēja ir atkarīga no temperatūras. Zemā temperatūrā elektriskā vadītspēja ir zema, tāpēc tie darbojas kā elektriskie izolatori, bet, karsējot, palielinās viņu spēja vadīt elektrību.

Elektronikas rūpniecības bāze

Pusvadītāji ir elektronikas nozares, kā arī skaitļošanas un informātikas nozares attīstības pamats. Tāpat arī silīcija izgatavotā aplikācija šajā jomā ir bijusi ļoti noderīga.

Allotropie stāvokļi

Metalloīdiem ir dažādi allotropie stāvokļi (dažādas kristāliskās formas); tādējādi, piemēram, arsēnā ir melni, dzelteni vai pelēki kristāli.

Dabā tos parasti neatrod kā tīrus ķīmiskos elementus, bet gan asociētus vai veidojošus minerālus kopā ar svinu, sēru, dzelzi utt.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Fizikālās īpašības

Tās parādās kā spīdīgas cietas vielas. Šajā ziņā tie atgādina metālus. Tie ir trausli un nav ļoti elastīgi, tāpēc tos nevar stiept stieplē, tas ir, tie nav ļoti kaļami. Turklāt to ir grūti pārveidot loksnēs, tāpēc metalloīdi nav ļoti kaļami.

Tie spēj vadīt elektrību un temperatūru, kaut arī mazākā mērā nekā metāli. Metalloīdos ir ķīmiski elementi, kurus, pamatojoties uz to joslu struktūru, klasificē kā pusvadītājus.

Šo grupu veido bors, silīcijs, germānija un antimons. Arsēnu un telūru klasificē kā pusmetālus.

Saplūšanas punkti

Bors 2 076 ° C; Silīcijs 1414 ° C; Ģērmijs 938,25 ° C; Arsēns 817 ° C; Antimons 630,13 ° C; Telūrijs 449,51º C un polonijs 254º C.

Viršanas punkti

Bors 3,927 ° C; Silīcijs 3 265 ° C; Germijs 2833 ° C; Arsēns 614 ° C; Antimons 1,587º C; Telūrs 988º C un polonijs 962º C.

Blīvumi

Bors 2,34 g / cm ³ : silīcijs 2,33 g / cm ³ ; Germijs 5,332 g / cm ³ ; Arsēns 5,727; Antimons 6,697 g / cm ³ ; Telūrijs - 6,24 g / cm ³ un polonijs - 9,32 g / cm ³ .

Ķīmiskās īpašības

Viņi uzvedas līdzīgi kā nemetāliski, veido skābes, piemēram, SiO _2, un viņiem ir amfotēriska uzvedība. Atkarībā no barotnes pH metalloīdi var uzvesties kā skābe vai bāze.

Lietojumprogrammas

Par dzīvām būtnēm

-Arsēns tiek izmantots lauksaimniecībā kā insekticīds un herbicīds. Turklāt to izmanto, lai to ievietotu pulverī vai šķidrā šķīdumā mājlopiem, lai no dzīvnieka iznīcinātu kukaiņus un parazītus. Kalcija arsenātu izmanto, lai nogalinātu kokvilnas boll weevil.

-Arsēns tiek izmantots kā koksnes konservants, ņemot vērā tā toksiskumu kukaiņiem un sēnītēm.

-Arsēns tiek lietots akūtas promielocītiskās leikēmijas, asins vēža veida, ārstēšanai. To lieto Fowlera šķīduma pagatavošanā, lai to izmantotu psoriāzes ārstēšanā. Radioaktīvs arsēna izotops ( ⁷⁴ As) tiek izmantots cilvēka ķermenī esošo vēža audzēju lokalizācijā.

-Arsēns ir daļa no Melarsoprol, zālēm, ko lieto cilvēka Āfrikas trippanosomiozes ārstēšanai. Parazītu slimība, ko pārnēsā tsetse muša.

-Tēlija oksīds ir izmantots seborejas dermatīta ārstēšanā. Tāpat kā pretmikrobu līdzekļiem tiek izmantoti citi telūra savienojumi.

-Borons borskābes formā tiek izmantots kā viegls antiseptisks līdzeklis acīs, degunā un kaklā.

Brillēs un emaljās

-Tēlijs tiek izmantots zilu, brūnu un sarkanu stiklu ražošanā. Metalloīdu elektrolītiski var nogulsnēt uz sudraba, iegūstot melnīgu nokrāsu.

-Antimoniju izmanto, lai glāzēm un emaljām piešķirtu dzeltenu nokrāsu. Bors tiek izmantots stikla un keramikas ražošanā. Jo īpaši borsilikāta stikls ir izturīgs pret temperatūras izmaiņām, tāpēc to izmanto laboratorijās ķīmisko reakciju un destilācijas procesā.

-Mājas apstākļos ēdienu var cept, izmantojot borsilikāta stiklu, neizraisot trauku, kas izmantoti, sagraušanu.

-Silīcijs ir galvenā stikla rūpniecības bāze, kas iesaistīta gandrīz visu stikla priekšmetu ražošanā.

-Germija oksīds tiek izmantots fotokameru objektīvu un mikroskopa objektīvu ražošanā. Turklāt to izmanto optisko šķiedru serdeņa ražošanā daudzos gadījumos.

Augstākas kvalitātes materiālu ražošanā

-Arsēns veido sakausējumus ar svinu, samazinot tā kušanas temperatūru. Tas izraisa lielāku cietību sakausējumā, ko izmanto šāviena ražošanā.

-Pievienojot telūra daudzumu no 0,1% līdz 0,6% sakausējuma ar svinu, palielinās tā izturība pret koroziju un vilkmi, palielinoties elastībai. Telūru bieži pievieno čugunam, lai sacietētu rūdīto detaļu virsmas slānis.

-Antimons tiek izmantots sakausējumos, lai ražotu gultņus, akumulatoru plāksnes un iespiedmateriālus.

-Silīcijs tiek izmantots sakausējumu ražošanā, kuriem ir lielāka izturība pret skābēm. Tas attiecas uz Duriron, kurā ir 14% silīcija.

Silīcija, dzelzs un alumīnija sakausējumu izmanto ļoti cietu detaļu ražošanā, kuras izmanto automobiļu rūpniecībā.

-Arsēns veido sakausējumus ar platīnu un varu, lai palielinātu tā izturību pret koroziju. Lai palielinātu cinka pretestību, alfa-misiņam pievieno arī arsēnu. Šis misiņš tiek izmantots santehnikas piederumu ražošanā.

Elektronikā un skaitļošanā

-Metaloīdus izmanto kā pusvadītājus elektronikas un skaitļošanas nozarē. Šajā ziņā silīcijs ir pusvadītāju tirdzniecības līderis, kas veido mūsdienu elektronikas un skaitļošanas tehnikas pamatu. Silīciju un tā atvasinājumus izmanto datoros, tranzitoros, saules baterijās un LCD ekrānos.

-Tellurium ir pusvadītājs, kuram ir pielietojums elektrooptikā un elektronikā.

-Germanijs ir pusvadītāju metalloīds, ko izmanto kopā ar silīciju ātrgaitas integrētajās shēmās, lai uzlabotu veiktspēju. Kaut arī germānija ir nedaudz izspiedis silīciju kā pusvadītājs, tā lietošana miniaturizētajās mikroshēmās ir uzlabota.

-Germānija tiek izmantota saules paneļu ražošanā. Pat izpētot robotus uz planētas Marsa, saules baterijās ir germānija. Turklāt germāniju izmanto radaru ražošanā.

Metaloīdu aizsargājoša darbība

Bors un ar to saistītie savienojumi rada lielu izturību pret materiāliem, kuru sastāvdaļa tas ir. Tas ļauj to izmantot telpisko struktūru veidošanā. Turklāt tos izmanto golfa nūju un makšķerīšu ražošanā.

Bora karbīda aizsargājošā darbība tiek izmantota kā kontroles barjeras kodolreaktoros, ierobežojot radioaktīvo materiālu noplūdi. Turklāt bora karbīds tiek izmantots ložu necaurlaidīgās vestēs un kara tanku bruņās.

Silīcija dioksīds un silīcija dioksīds māla vai smilšu formā ir svarīgas ķieģeļu, betona un cementa sastāvdaļas, ko izmanto dažādās celtniecības formās.

Citi

-Antimona sulfīds tiek izmantots uguņošanas ierīcēs un zibspuldzēs kamerās.

-Borons ir daļa no neodimidija magnētiem.

-Silikons, no silīcija iegūts polimērs, tiek izmantots eļļu un vasku, krūšu implantu, kontaktlēcu, sprāgstvielu ražošanā un pirotehnikā.

-Germānija tiek izmantota dienasgaismas spuldžu un dažu LED diožu ražošanā. Germānija tiek izmantots arī elektriskajās ģitārās, lai iegūtu raksturīgu kropļojuma toni.

-Germānija tiek izmantota siltuma attēlveidošanas vajadzībām militārām vajadzībām un ugunsdzēšanai.

-Antimons tiek izmantots sērkociņu un marķieru un lokatora granātu ražošanā, kā arī patronu gruntēs.

-Nātrija borāts tiek izmantots kā plastmasas un kaučuku sadegšanas palēninātājs.

8 metalloīdie elementi

Šo ķīmisko elementu grupu veido bors, silīcijs, antimons, telūrs, germānija, arsēns, polonijs un astāts. Tomēr lielākais ķīmijas pētnieku skaits izslēdz poloniju un astātu kā metalloīdus.

Tāpēc visplašāk pieņemto metalloīdu grupu veidotu bors, silīcijs, antimons, telūrs, germānija un arsēns.

Ir atzīts, ka polonijs ir raksturīgi metālisks, jo tā divas allotropās formas ir metāla vadītāji. No otras puses, 2013. gadā astatīns tika klasificēts kā metāls, lai gan iepriekš 1950. gadā tas tika apzīmēts kā halogēns, reaktīvs nemetālisks.

Nav skaidra robeža starp elementu grupām, ko uzskata par metāliem, metalloīdiem vai nemetāliem. Šī iemesla dēļ daži pētnieki, pamatojoties uz kādu īpašumu, iesaka šo vai citu elementu uzskatīt par metalloīdu. Piemēram, ir norādīts, ka ogleklis, alumīnijs vai selēns jāklasificē kā metalloīdi.

Ir mēģināts noteikt atlases kritērijus, kas ļauj klasificēt ķīmisko elementu kā metālu, metalloīdus vai nemetālu. Citi izvēles kritēriji ietver jonizācijas enerģiju, elektronegativitāti un dažādu ķīmisko elementu iesaiņošanas efektivitāti.

Atsauces

1. Ēdens Francis. (2002). Elementu klasifikācija. Paņemts no: dl.clackamas.edu
2. Metāli, metalloīdi un metāli. Iegūts no: angelo.edu
3. Elementi. Metalloīdi. Paņemts no: elements.org.es
4. Piemērs. (2013). Metalloīdi. Paņemts no: examplede.com
5. Wikipedia. (2018). Metalloīds. Iegūts no: en.wikipedia.org
6. Ātrās ķīmijas svētki. (2011). Metalloīdi (pusmetāli). Paņemts no: chemistry.patent-invent.com
7. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2016, 18. oktobris). Metalloīds. Paņemts no: britannica.com