Półmetale (metaloidy)

Schodki w układzie okresowym

Półmetale tworzą ukośny pas przez blok p: bor w grupie 13, krzem i german w grupie 14, arsen i antymon w grupie 15 oraz tellur w grupie 16. Mają od trzech do sześciu elektronów zewnętrznych na orbitalach s i p, od boru ([He] 2s² 2p¹) do telluru ([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴). Charakter metaliczny rośnie w dół każdej grupy i maleje wzdłuż każdego okresu, więc granica biegnie ukośnie.

Nie ma jednej uzgodnionej listy. Niektóre tablice uwzględniają także polon, astat, selen, a nawet węgiel; na tej stronie polon jest metalem postprzejściowym, astat fluorowcem, a selen reaktywnym niemetalem.

Częściowo metal, częściowo niemetal

Większość półmetali wygląda metalicznie, z błyszczącą szarą lub czarną powierzchnią, ale są kruche. Bor, krzem, german i tellur są półprzewodnikami: przewodzą lepiej niż niemetale, ale znacznie gorzej niż metale, a ich przewodnictwo rośnie z temperaturą. Arsen i antymon przewodzą bardziej jak słabe metale i często nazywa się je półmetalami.

Chemicznie zachowują się bardziej jak niemetale. Zwykle tworzą wiązania kowalencyjne, ich tlenki są słabo kwasowe lub amfoteryczne, a z metalami tworzą stopy. Bor i krzem topią się w 2076 °C i 1414 °C, ponieważ ich atomy są połączone w gigantyczne sieci kowalencyjne.

Typowe reakcje

Krzem jest drugim po tlenie najpowszechniejszym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, ale w przyrodzie zawsze występuje w połączeniu z tlenem, w piasku, kwarcu i minerałach krzemianowych. Czysty krzem otrzymuje się, ogrzewając krzemionkę z węglem w piecu elektrycznym: SiO₂ + 2C → Si + 2CO. Półmetale reagują też z fluorowcami, tworząc związki kowalencyjne, takie jak ciekły tetrachlorek krzemu (Si + 2Cl₂ → SiCl₄), używany do produkcji ultraczystego szkła światłowodów.

Półprzewodniki i inne zastosowania

Pierwszy tranzystor, zbudowany w 1947 roku, wykorzystywał german, a dziś prawie wszystkie układy scalone komputerów i ogniwa słoneczne są wykonane z krzemu. Ich przewodnictwo kontroluje się przez domieszkowanie: dodanie niewielkiej ilości boru, który ma o jeden elektron zewnętrzny mniej niż krzem, albo fosforu lub arsenu, które mają o jeden więcej.

Bor trafia do żaroodpornego szkła borokrzemianowego i magnesów neodymowo-żelazowo-borowych. German stosuje się w światłowodach i soczewkach podczerwieni, arsen w diodach LED z arsenku galu, antymon w środkach zmniejszających palność i stopach akumulatorów ołowiowych, a tellur w panelach słonecznych z tellurku kadmu. Arsen i jego związki są silnie trujące.