Металлоиды (полуметаллы)

«Лесенка» в периодической таблице

Металлоиды образуют диагональную полосу в p-блоке: бор в 13-й группе, кремний и германий в 14-й, мышьяк и сурьма в 15-й и теллур в 16-й. У них от трёх до шести внешних электронов на s- и p-орбиталях, от бора ([He] 2s² 2p¹) до теллура ([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴). Металлический характер усиливается вниз по каждой группе и ослабевает вдоль каждого периода, поэтому граница идёт по диагонали.

Единого общепринятого списка нет. Некоторые таблицы включают также полоний, астат, селен или даже углерод; на этом сайте полоний — постпереходный металл, астат — галоген, а селен — реакционноспособный неметалл.

Отчасти металл, отчасти неметалл

Большинство металлоидов выглядят металлическими, с блестящей серой или чёрной поверхностью, но хрупки. Бор, кремний, германий и теллур — полупроводники: они проводят ток лучше неметаллов, но намного хуже металлов, а их проводимость растёт с температурой. Мышьяк и сурьма проводят ток скорее как «бедные» металлы и часто называются полуметаллами.

Химически они ведут себя скорее как неметаллы. Они обычно образуют ковалентные связи, их оксиды слабокислотные или амфотерные, и они образуют сплавы с металлами. Бор и кремний плавятся при 2076 °C и 1414 °C, потому что их атомы объединены в гигантские ковалентные сетки.

Типичные реакции

Кремний — второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода, но в природе он всегда связан с кислородом: в песке, кварце и силикатных минералах. Чистый кремний получают нагреванием кремнезёма с углеродом в электропечи: SiO₂ + 2C → Si + 2CO. Металлоиды также реагируют с галогенами, образуя ковалентные соединения, например жидкий тетрахлорид кремния (Si + 2Cl₂ → SiCl₄), который используют для получения сверхчистого стекла оптических волокон.

Полупроводники и другие применения

В первом транзисторе, построенном в 1947 году, использовался германий, а сегодня почти все компьютерные микросхемы и солнечные элементы делают из кремния. Их проводимостью управляют с помощью легирования: добавляя крошечное количество бора, у которого на один внешний электрон меньше, чем у кремния, либо фосфора или мышьяка, у которых на один больше.

Бор входит в состав жаропрочного боросиликатного стекла и неодим-железо-борных магнитов. Германий используют в волоконной оптике и инфракрасных линзах, мышьяк — в светодиодах на арсениде галлия, сурьму — в антипиренах и свинцовых аккумуляторных сплавах, а теллур — в солнечных панелях на основе теллурида кадмия. Мышьяк и его соединения сильно ядовиты.