類金屬(半金屬)

類金屬是性質介於金屬與非金屬之間的元素。它們位於把金屬與非金屬分開的鋸齒狀階梯線上,本站列出其中六種:硼、矽、鍺、砷、銻和碲。

在週期表中的位置

這個元素族中的元素

週期表上的階梯線

類金屬在 p 區形成一條斜帶:第 13 族的硼,第 14 族的矽和鍺,第 15 族的砷和銻,以及第 16 族的碲。它們在 s 和 p 軌域中有三到六個最外層電子,從硼([He] 2s² 2p¹)到碲([Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴)。金屬性沿每一族向下增強、沿每個週期向右減弱,所以這條分界線是斜向的。

目前沒有公認的單一清單。有些週期表還包括釙、砈、硒,甚至碳;在本站,釙是後過渡金屬,砈是鹵素,硒則是活潑的非金屬。

一半金屬,一半非金屬

大多數類金屬看起來像金屬,表面閃亮,呈灰色或黑色,但它們很脆。硼、矽、鍺和碲是半導體:它們的導電性比非金屬好,但比金屬差得多,而且導電性會隨溫度升高。砷和銻的導電性更像貧金屬,常被稱為半金屬。

在化學上,它們的行為更像非金屬。它們通常形成共價鍵,氧化物呈弱酸性或兩性,並能與金屬形成合金。硼和矽的熔點分別為 2076 °C 和 1414 °C,因為它們的原子連結成巨大的共價網狀結構。

典型反應

矽是地殼中僅次於氧的含量第二豐富的元素,但在自然界中它總是與氧結合,存在於沙、石英和矽酸鹽礦物中。純矽是在電爐中用碳加熱二氧化矽製成的:SiO₂ + 2C → Si + 2CO。類金屬也會與鹵素反應形成共價化合物,例如液態的四氯化矽(Si + 2Cl₂ → SiCl₄),它用於製造光纖所用的超純玻璃。

半導體及其他用途

1947 年製成的第一個電晶體使用的是鍺,而如今幾乎所有電腦晶片和太陽能電池都是用矽製成的。它們的導電性靠摻雜來控制:加入極微量的硼(最外層電子比矽少一個),或加入磷或砷(比矽多一個)。

硼用於耐熱的硼矽玻璃和釹鐵硼磁鐵。鍺用於光纖和紅外線鏡片,砷用於砷化鎵 LED,銻用於阻燃劑和鉛電池合金,碲則用於碲化鎘太陽能板。砷及其化合物劇毒。

這個元素族中的元素

類金屬
5 硼 B 10.81 [He] 2s2 2p1 +3 固態
14 矽 Si 28.085 [Ne] 3s2 3p2 +4, −4 固態
32 鍺 Ge 72.63 [Ar] 3d10 4s2 4p2 +4, −4 固態
33 砷 As 74.922 [Ar] 3d10 4s2 4p3 −3 固態
51 銻 Sb 121.76 [Kr] 4d10 5s2 5p3 −3 固態
52 碲 Te 127.6 [Kr] 4d10 5s2 5p4 −2 固態

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