Металоїди (напівметали)

Сходинки в періодичній таблиці

Металоїди утворюють діагональну смугу крізь p-блок: бор у 13-й групі, кремній і германій у 14-й, арсен і стибій у 15-й та телур у 16-й. Вони мають від трьох до шести зовнішніх електронів на s- і p-орбіталях, від бору ([He] 2s² 2p¹) до телуру ([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴). Металічний характер зростає вниз по кожній групі й спадає вздовж кожного періоду, тому межа проходить по діагоналі.

Єдиного узгодженого переліку немає. Деякі таблиці також включають полоній, астат, селен або навіть вуглець; на цьому сайті полоній є постперехідним металом, астат — галогеном, а селен — реакційноздатним неметалом.

Почасти метал, почасти неметал

Більшість металоїдів мають металевий вигляд, з блискучою сірою або чорною поверхнею, але крихкі. Бор, кремній, германій і телур є напівпровідниками: вони проводять струм краще за неметали, але значно гірше за метали, і їхня провідність зростає з температурою. Арсен і стибій проводять струм більше як «бідні» метали й їх часто називають напівметалами.

Хімічно вони поводяться більше як неметали. Вони зазвичай утворюють ковалентні зв'язки, їхні оксиди слабокислотні або амфотерні, і вони утворюють сплави з металами. Бор і кремній плавляться за 2076 °C і 1414 °C, бо їхні атоми з'єднані в гігантські ковалентні сітки.

Типові реакції

Кремній — другий за поширеністю елемент у земній корі після кисню, але в природі він завжди сполучений з киснем, у піску, кварці та силікатних мінералах. Чистий кремній отримують нагріванням кремнезему з вуглецем в електричній печі: SiO₂ + 2C → Si + 2CO. Металоїди також реагують із галогенами, утворюючи ковалентні сполуки, як-от рідкий тетрахлорид кремнію (Si + 2Cl₂ → SiCl₄), який використовують для виготовлення надчистого скла оптичних волокон.

Напівпровідники та інші застосування

Перший транзистор, збудований у 1947 році, використовував германій, а нині майже всі комп'ютерні мікросхеми та сонячні елементи виготовляють із кремнію. Їхню провідність контролюють легуванням: додаванням крихітної кількості бору, який має на один зовнішній електрон менше, ніж кремній, або фосфору чи арсену, які мають на один більше.

Бор входить до жаростійкого боросилікатного скла та магнітів із неодиму, заліза й бору. Германій використовують у волоконній оптиці та інфрачервоних лінзах, арсен — у світлодіодах з арсеніду галію, стибій — в антипіренах і сплавах для свинцевих акумуляторів, а телур — у сонячних панелях з телуриду кадмію. Арсен і його сполуки дуже отруйні.