מטאלואידים (למחצה-מתכות)

המדרגות בטבלה המחזורית

המטאלואידים יוצרים פס אלכסוני בבלוק p: בורון בקבוצה 13, צורן וגרמניום בקבוצה 14, ארסן ואנטימון בקבוצה 15, וטלוריום בקבוצה 16. יש להם שלושה עד שישה אלקטרונים חיצוניים באורביטלים s ו-p, מבורון ([He] 2s² 2p¹) ועד טלוריום ([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴). האופי המתכתי גובר במורד כל קבוצה ופוחת לאורך כל מחזור, ולכן הגבול עובר באלכסון.

אין רשימה אחת מוסכמת. טבלאות מסוימות כוללות גם פולוניום, אסטטין, סלניום ואפילו פחמן; באתר זה פולוניום הוא מתכת פוסט-מעבר, אסטטין הלוגן וסלניום אל-מתכת תגובתית.

חלק מתכת, חלק אל-מתכת

רוב המטאלואידים נראים מתכתיים, עם משטח אפור או שחור מבריק, אך הם שבירים. בורון, צורן, גרמניום וטלוריום הם מוליכים למחצה: הם מוליכים טוב יותר מאל-מתכות אך גרוע בהרבה ממתכות, והולכתם עולה עם הטמפרטורה. ארסן ואנטימון מוליכים יותר כמו מתכות עניות ולעתים קרובות נקראים למחצה-מתכות.

מבחינה כימית הם מתנהגים יותר כמו אל-מתכות. הם יוצרים בדרך כלל קשרים קוולנטיים, התחמוצות שלהם חומציות חלשות או אמפוטריות, והם יוצרים סגסוגות עם מתכות. בורון וצורן נמסים ב-2076 °C וב-1414 °C משום שאטומיהם קשורים ברשתות קוולנטיות ענקיות.

תגובות אופייניות

צורן הוא היסוד השני בשכיחותו בקרום כדור הארץ אחרי חמצן, אך בטבע הוא תמיד מחובר לחמצן, בחול, בקוורץ ובמינרלי סיליקט. צורן טהור מיוצר בחימום סיליקה עם פחמן בכבשן חשמלי: SiO₂ + 2C → Si + 2CO. מטאלואידים מגיבים גם עם הלוגנים ליצירת תרכובות קוולנטיות, כמו צורן טטרה-כלורי נוזלי (Si + 2Cl₂ → SiCl₄), המשמש לייצור הזכוכית הטהורה במיוחד של סיבים אופטיים.

מוליכים למחצה ושימושים אחרים

הטרנזיסטור הראשון, שנבנה ב-1947, השתמש בגרמניום, וכיום כמעט כל שבבי המחשב והתאים הסולאריים עשויים מצורן. הולכתם נשלטת באמצעות סימום: הוספת כמות זעירה של בורון, שיש לו אלקטרון חיצוני אחד פחות מצורן, או של זרחן או ארסן, שיש להם אחד יותר.

בורון נכנס לזכוכית בורוסיליקט עמידה בחום ולמגנטים של ניאודימיום-ברזל-בורון. גרמניום משמש בסיבים אופטיים ובעדשות אינפרא-אדום, ארסן בנורות LED של גליום ארסני, אנטימון בחומרים מעכבי בעירה ובסגסוגות לסוללות עופרת, וטלוריום בלוחות סולאריים של קדמיום טלוריד. ארסן ותרכובותיו רעילים מאוד.