类金属(准金属)
类金属是性质介于金属和非金属之间的元素。它们位于把金属与非金属分开的锯齿形“阶梯线”两侧,本站列出了其中六种:硼、硅、锗、砷、锑和碲。
元素周期表上的阶梯线
类金属在p区形成一条斜向的带:第13族的硼,第14族的硅和锗,第15族的砷和锑,以及第16族的碲。它们在s和p轨道上有三到六个最外层电子,从硼([He] 2s² 2p¹)到碲([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴)。金属性沿每一族向下增强,沿每一周期向右减弱,所以分界线是斜向的。
目前没有一份公认的统一名单。有些表还包括钋、砹、硒甚至碳;在本站,钋是后过渡金属,砹是卤素,硒是活泼的非金属。
一部分像金属,一部分像非金属
大多数类金属看起来像金属,表面呈有光泽的灰色或黑色,但它们很脆。硼、硅、锗和碲是半导体:它们的导电性比非金属好,但比金属差得多,而且导电性随温度升高而增强。砷和锑的导电情况更像贫金属,常被称为半金属。
在化学性质上,它们更像非金属。它们通常形成共价键,氧化物呈弱酸性或两性,并能与金属形成合金。硼和硅的熔点分别为2076 °C和1414 °C,因为它们的原子连接成巨大的共价网络。
典型反应
硅是地壳中含量仅次于氧的第二丰富的元素,但在自然界中它总是与氧结合,存在于沙子、石英和硅酸盐矿物中。纯硅是在电炉中用碳加热二氧化硅制得的:SiO₂ + 2C → Si + 2CO。类金属还能与卤素反应生成共价化合物,如液态四氯化硅(Si + 2Cl₂ → SiCl₄),它用于制造光纤所用的超纯玻璃。
半导体及其他用途
1947年制成的第一只晶体管用的是锗,如今几乎所有计算机芯片和太阳能电池都由硅制成。它们的导电性通过掺杂来控制:加入极少量比硅少一个最外层电子的硼,或比硅多一个最外层电子的磷或砷。
硼用于耐热的硼硅酸盐玻璃和钕铁硼磁体。锗用于光纤和红外透镜,砷用于砷化镓LED,锑用于阻燃剂和铅蓄电池合金,碲则用于碲化镉太阳能电池板。砷及其化合物有剧毒。
本族中的元素
| 5 | 硼 | B | 10.81 | [He] 2s2 2p1 | +3 | 固态 |
| 14 | 硅 | Si | 28.085 | [Ne] 3s2 3p2 | +4, −4 | 固态 |
| 32 | 锗 | Ge | 72.63 | [Ar] 3d10 4s2 4p2 | +4, −4 | 固态 |
| 33 | 砷 | As | 74.922 | [Ar] 3d10 4s2 4p3 | −3 | 固态 |
| 51 | 锑 | Sb | 121.76 | [Kr] 4d10 5s2 5p3 | −3 | 固态 |
| 52 | 碲 | Te | 127.6 | [Kr] 4d10 5s2 5p4 | −2 | 固态 |