Á kim (bán kim loại)

Dải bậc thang trong bảng tuần hoàn

Các á kim tạo thành một dải chéo xuyên qua phân khối p: bo ở nhóm 13, silic và gecmani ở nhóm 14, asen và antimon ở nhóm 15, và telu ở nhóm 16. Chúng có từ ba đến sáu electron ngoài cùng ở obitan s và p, từ bo ([He] 2s² 2p¹) đến telu ([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴). Tính kim loại tăng khi đi xuống trong mỗi nhóm và giảm khi đi ngang qua mỗi chu kì, nên đường ranh giới chạy chéo.

Không có danh sách nào được thống nhất duy nhất. Một số bảng còn gộp cả poloni, astatin, selen hoặc thậm chí cacbon; trên trang web này poloni là kim loại yếu, astatin là halogen và selen là phi kim hoạt động.

Nửa kim loại, nửa phi kim

Hầu hết á kim trông giống kim loại, với bề mặt sáng bóng màu xám hoặc đen, nhưng chúng giòn. Bo, silic, gecmani và telu là chất bán dẫn: chúng dẫn điện tốt hơn phi kim nhưng kém hơn kim loại nhiều, và độ dẫn điện của chúng tăng theo nhiệt độ. Asen và antimon dẫn điện giống kim loại yếu hơn và thường được gọi là bán kim loại.

Về mặt hóa học, chúng hành xử giống phi kim hơn. Chúng thường tạo liên kết cộng hóa trị, các oxit của chúng có tính axit yếu hoặc lưỡng tính, và chúng tạo hợp kim với kim loại. Bo và silic nóng chảy ở 2076 °C và 1414 °C vì các nguyên tử của chúng liên kết thành những mạng cộng hóa trị khổng lồ.

Phản ứng điển hình

Silic là nguyên tố phổ biến thứ hai trong vỏ Trái Đất sau oxi, nhưng trong tự nhiên nó luôn kết hợp với oxi, trong cát, thạch anh và các khoáng vật silicat. Silic nguyên chất được tạo ra bằng cách nung silica với cacbon trong lò điện: SiO₂ + 2C → Si + 2CO. Á kim cũng phản ứng với halogen tạo thành các hợp chất cộng hóa trị, như silic tetraclorua lỏng (Si + 2Cl₂ → SiCl₄), được dùng để làm thủy tinh siêu tinh khiết của sợi quang.

Chất bán dẫn và các ứng dụng khác

Bóng bán dẫn đầu tiên, chế tạo năm 1947, dùng gecmani, và ngày nay hầu hết chip máy tính và pin mặt trời được làm từ silic. Độ dẫn điện của chúng được điều khiển bằng pha tạp: thêm một lượng rất nhỏ bo, có ít hơn silic một electron ngoài cùng, hoặc photpho hay asen, có nhiều hơn một electron.

Bo được dùng trong thủy tinh borosilicat chịu nhiệt và nam châm neodim–sắt–bo. Gecmani được dùng trong sợi quang và thấu kính hồng ngoại, asen trong đèn LED gali asenua, antimon trong chất chống cháy và hợp kim ắc quy chì, và telu trong pin mặt trời cadmi telurua. Asen và các hợp chất của nó cực kỳ độc.