Halvmetaller (metalloider)

Trappsteget i det periodiska systemet

Halvmetallerna bildar ett diagonalt band genom p-blocket: bor i grupp 13, kisel och germanium i grupp 14, arsenik och antimon i grupp 15 och tellur i grupp 16. De har tre till sex yttre elektroner i s- och p-orbitaler, från bor ([He] 2s² 2p¹) till tellur ([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴). Metallkaraktären ökar nedåt i varje grupp och minskar över varje period, så gränsen går diagonalt.

Det finns ingen enskild överenskommen lista. Vissa tabeller inkluderar också polonium, astat, selen eller till och med kol; på den här webbplatsen är polonium en post-övergångsmetall, astat en halogen och selen en reaktiv icke-metall.

Delvis metall, delvis icke-metall

De flesta halvmetaller ser metalliska ut, med en glänsande grå eller svart yta, men de är spröda. Bor, kisel, germanium och tellur är halvledare: de leder bättre än icke-metaller men mycket sämre än metaller, och deras ledningsförmåga ökar med temperaturen. Arsenik och antimon leder mer som svaga metaller och kallas ofta semimetaller.

Kemiskt beter de sig mer som icke-metaller. De bildar oftast kovalenta bindningar, deras oxider är svagt sura eller amfotära, och de bildar legeringar med metaller. Bor och kisel smälter vid 2076 °C respektive 1414 °C eftersom deras atomer är sammanlänkade i gigantiska kovalenta nätverk.

Typiska reaktioner

Kisel är det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan efter syre, men i naturen är det alltid bundet till syre, i sand, kvarts och silikatmineral. Rent kisel framställs genom att hetta upp kiseldioxid med kol i en elektrisk ugn: SiO₂ + 2C → Si + 2CO. Halvmetaller reagerar också med halogener och bildar kovalenta föreningar, som flytande kiseltetraklorid (Si + 2Cl₂ → SiCl₄), som används för att tillverka det ultrarena glaset i optiska fibrer.

Halvledare och andra användningar

Den första transistorn, byggd 1947, använde germanium, och i dag tillverkas nästan alla datorchip och solceller av kisel. Deras ledningsförmåga styrs genom dopning: man tillsätter en liten mängd bor, som har en yttre elektron mindre än kisel, eller fosfor eller arsenik, som har en mer.

Bor används i värmetåligt borosilikatglas och neodym–järn–bor-magneter. Germanium används i fiberoptik och infraröda linser, arsenik i lysdioder av galliumarsenid, antimon i flamskyddsmedel och blylegeringar för batterier, och tellur i solpaneler av kadmiumtellurid. Arsenik och dess föreningar är mycket giftiga.