Metalloide: Eigenschaften, Eigenschaften und Verwendungen

Metalloide oder Halbmetalle sind eine Gruppe chemischer Elemente mit dazwischenliegenden physikalischen und chemischen Eigenschaften zwischen Metallen und Nichtmetallen. Die meisten chemischen Forscher akzeptieren die folgenden chemischen Elemente als Metalloide: Bor, Silizium, Arsen, Germanium, Antimon und Tellur (im Bild unten grün).

Eine kleinere Gruppe von Forschern fügt den Metalloiden jedoch Polonium, Astatin (blau) und Selen (rosa) hinzu.

Aufgrund einiger Eigenschaften schlagen sie sogar vor, dass die chemischen Elemente Kohlenstoff und Aluminium (gelb) auch als Metalloide betrachtet werden sollten.

Haupteigenschaften der Metalloide

Situation im Periodensystem

Die Metalloide befinden sich im Periodensystem in einer absteigenden Diagonale zwischen den Spalten 13, 14, 15, 16 und 17, beginnend mit dem Bor in der oberen linken Ecke und endend mit dem Astatin in der unteren rechten Ecke.

Die Metalle befinden sich links von den Metalloiden und die Nichtmetalle rechts von ihnen. Sie stellen daher die Grenze zwischen beiden Arten von Materie dar.

Sie bilden mit Metallen Legierungen

Metalloide bilden mit Metallen Legierungen und reagieren mit Nichtmetallen, beispielsweise mit Sauerstoff, Schwefel und Halogenen.

Elektrische Halbleiter

Zum größten Teil werden sie als elektrische Halbleiter betrachtet, deren Leitfähigkeit temperaturabhängig ist. Bei niedrigen Temperaturen ist der elektrische Leitwert niedrig, so dass sie als elektrische Isolatoren dienen, aber ihre Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, steigt, wenn sie sich erwärmen.

Basis der Elektronikindustrie

Die Halbleiter bilden die Grundlage für die Entwicklung der Elektronikindustrie sowie der Computer- und Computerwissenschaften. Auch die Anwendung von Silizium war auf diesem Gebiet sehr nützlich.

Allotrope Zustände

Die Metalloide haben unterschiedliche allotrope Zustände (unterschiedliche Kristallformen); Zum Beispiel hat Arsen schwarze, gelbe oder graue Kristalle.

In der Natur kommen sie normalerweise nicht als reine chemische Elemente vor, sondern werden in Mineralien zusammen mit Blei, Schwefel, Eisen usw. assoziiert oder bilden Aggregate.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Sie erscheinen als helle Feststoffe. In dieser Hinsicht ähneln sie Metallen. Sie sind spröde und nicht sehr elastisch, so dass sie nicht in Drahtform gedehnt werden können, das heißt, sie sind nicht sehr duktil. Darüber hinaus ist seine Umwandlung in Bleche schwierig, so dass die Metalloide nicht sehr formbar sind.

Sie sind in der Lage, Strom und Temperatur zu leiten, wenn auch in geringerem Maße als Metalle. Innerhalb der Metalloide gibt es chemische Elemente, die aufgrund ihrer Bandstruktur als Halbleiter klassifiziert werden.

Diese Gruppe besteht aus Bor, Silizium, Germanium und Antimon. Arsen und Tellur werden als Halbmetalle eingestuft.

Fusionspunkte

Bor 2, 076ºC; Silizium 1.414 ° C; Germanium 938, 25 C; Arsen 817 ° C; Antimon 630, 13 ° C; Tellur 449, 51 ° C und Polonium 254 ° C

Siedepunkte

Bor 3, 927ºC; Silizium 3.265 ° C; Germanium 2.833 ° C; Arsen 614ºC; Antimon 1.587 ° C; Telurio 988º C und Polonio 962º C.

Dichten

Bor 2, 34 g / cm³: Silicium 2, 33 g / cm³; Germanium 5.323 g / cm³; Arsen 5.727; Antimon 6, 697 g / cm³; Telurium 6, 24 g / cm³ und Polonium 9, 32 g / cm³.

Chemische Eigenschaften

Sie verhalten sich ähnlich wie Nichtmetalle, bilden Oxacide wie SiO ₂ und haben ein amphoteres Verhalten. Die Metalloide können sich abhängig vom pH-Wert des Mediums wie eine Säure oder eine Base verhalten.

Verwendet

Über Lebewesen

- Arsen wird in der Landwirtschaft als Insektizid und Herbizid eingesetzt. Darüber hinaus wird es als Pulver oder flüssige Lösung auf Rinder aufgebracht, um Insekten und Parasiten vom Tier zu entfernen. Calciumarsenat wird verwendet, um den Rüsselkäfer aus der Baumwollkapsel zu entfernen.

-Das Arsen wird wegen seiner Giftigkeit für Insekten und Pilze als Holzschutzmittel verwendet.

-Arsen wird zur Behandlung der akuten promyelozytären Leukämie, einer Art von Blutkrebs, angewendet. Es wird bei der Entwicklung der Fowler-Lösung zur Behandlung von Psoriasis verwendet. Ein radioaktives Arsenisotop (74As) wird zur Lokalisierung von Krebsgeschwülsten im menschlichen Körper verwendet.

-Arsenic ist Teil von Melarsoprol, einem Arzneimittel zur Behandlung der Trypanosomiasis beim Menschen. Parasitäre Krankheit, die von der Tsetsefliege übertragen wird.

- Telluroxid wurde zur Behandlung der seborrhoischen Dermatitis angewendet. Ebenso werden andere Tellurverbindungen als antimikrobielle Mittel eingesetzt.

Bor in Form von Borsäure wird als mildes Antiseptikum in Augen, Nase und Rachen verwendet.

In Gläsern und Emails

-Das Tellur wird zur Herstellung von blauen, braunen und roten Gläsern verwendet. Das Metalloid kann sich elektrolytisch auf dem Silber ablagern und ein schwärzliches Finish erzeugen.

Antimon wird verwendet, um Gläsern und Emails einen gelben Farbton zu verleihen. Bor wird zur Herstellung von Gläsern und Keramik verwendet. Insbesondere Borosilikatglas ist temperaturbeständig, weshalb es in Laboratorien für chemische Reaktionen und Destillationen eingesetzt wird.

- Zu Hause können Sie das Essen mit Borosilikatglas backen, ohne die verwendeten Utensilien zu beschädigen.

-Das Silizium ist die Hauptbasis der Glasindustrie und greift in die Herstellung fast aller Glasobjekte ein.

- Germaniumoxid wird zur Herstellung von Objektiven für Kameras und Objektiven für Mikroskope verwendet. Darüber hinaus wird es bei der Entwicklung des Kerns von Lichtwellenleitern für viele Anwendungen eingesetzt.

Bei der Herstellung hochwertigerer Materialien

-Das Arsen bildet mit Blei Legierungen, deren Schmelzpunkt abnimmt. Dies bewirkt eine größere Härte in der Legierung, die bei der Herstellung von Schrot verwendet wird

- Der Zusatz einer Tellurmenge zwischen 0, 1% und 0, 6% einer Bleilegierung erhöht deren Korrosions- und Traktionsbeständigkeit mit zunehmender Flexibilität. Tellur wird üblicherweise dem Gusseisen zugesetzt, um eine Aushärtung der Oberflächenschicht der gehärteten Teile zu bewirken.

- Antimon wird in Legierungen zur Herstellung von Lagern, Speicherplatten und Bedruckstoffen verwendet.

-Das Silizium wird zur Herstellung von Legierungen mit höherer Säurebeständigkeit verwendet. Dies ist der Fall bei Durirón, das 14% Silizium enthält.

Die Legierung aus Silizium, Eisen und Aluminium wird zur Herstellung von Teilen mit großer Härte verwendet, die in der Automobilindustrie verwendet werden.

-Das Arsen bildet mit Platin und Kupfer Legierungen, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Ebenso wird Alpha-Messing Arsen zugesetzt, um die Zinkbeständigkeit zu erhöhen. Diese Art von Messing wird bei der Herstellung von Installationszubehör verwendet.

In Elektronik und Computer

-Metalloide werden als Halbleiter in der Elektronik- und Computerindustrie eingesetzt. In diesem Sinne ist Silizium führend im Halbleiterhandel, der die Grundlage für moderne Elektronik und Computer bildet. Silizium und seine Derivate werden in Computern, Wandlern, Solarzellen und LCD-Bildschirmen verwendet.

-Das Tellur ist ein Halbleiter, der in der Elektrooptik und Elektronik Anwendung findet.

- Germanium ist ein Halbleitermetalloid, das zusammen mit Silizium in integrierten Hochgeschwindigkeitsschaltungen verwendet wird, um dessen Leistung zu verbessern. Obwohl Germanium Silizium in gewissem Maße in seiner Halbleiterfunktion verdrängt hat, wurde seine Verwendung bei der Herstellung miniaturisierter Chips verbessert.

- Germanium wird bei der Entwicklung von Sonnenkollektoren verwendet. Sogar die Erkundungsroboter des Planeten Mars enthalten Germanium in ihren Solarzellen. Außerdem wird Germanium bei der Herstellung von Radargeräten verwendet.

Schutzwirkung der Metalloide

Bor und seine verwandten Verbindungen verleihen den Materialien, zu denen es gehört, eine große Beständigkeit. Dies ermöglicht seine Verwendung bei der Schaffung räumlicher Strukturen. Zusätzlich werden sie zur Herstellung von Golfschlägern und Angelruten verwendet.

Die Schutzwirkung von Borcarbid wird als Kontrollbarriere in Kernreaktoren eingesetzt, um den Austritt von radioaktivem Material zu begrenzen. Darüber hinaus wird Borcarbid in kugelsicheren Westen und bei der Panzerung von Kriegspanzern verwendet.

Siliciumdioxid und Siliciumdioxid in Form von Ton oder Sand sind wichtige Bestandteile von Ziegeln, Beton und Zement, die in verschiedenen Bauformen verwendet werden.

Andere

- Das Antimonsulfid wird in Feuerwerkskörpern und Blitzlampen von Kameras verwendet.

- Bor gehört zu den Neodym-Magneten.

-Das Silikon, ein von Silikon abgeleitetes Polymer, wird zur Herstellung von Ölen und Wachsen, Brustimplantaten, Kontaktlinsen, Sprengstoffen und Pyrotechnik verwendet.

- Germanium wird bei der Entwicklung von Leuchtstofflampen und einigen LED-Dioden verwendet. Zusätzlich wird Germanium in E-Gitarren verwendet, um einen charakteristischen Verzerrungston zu erzeugen.

- Germanium wird zum Aufbringen von Wärmebildern für militärische Zwecke und zur Brandbekämpfung verwendet.

-Das Antimon wird zur Herstellung von Streichhölzern, Markierungsgranaten und Ortungsgeräten sowie Patronen-Primern verwendet.

-Das Natriumborat wird als Verbrennungsverzögerer in Kunststoffen und Kautschuken verwendet.

Die 8 metalloiden Elemente

Diese Gruppe chemischer Elemente besteht aus Bor, Silizium, Antimon, Tellur, Germanium, Arsen, Polonium und Astat. Die größte Anzahl von Forschern auf dem Gebiet der Chemie schließt jedoch Polonium und einen Status als Metalloide aus.

Daher würde die am meisten akzeptierte Gruppe von Metalloiden Bor, Silizium, Antimon, Tellur, Germanium und Arsen sein.

Es wurde darauf hingewiesen, dass Polonium ausgesprochen metallisch ist, da seine beiden allotropen Formen metallische Leiter sind. Andererseits wurde das Astatin 2013 als Metall eingestuft, obwohl es zuvor 1950 als Halogen, als nicht reaktives Metall, bezeichnet wurde.

Die Grenze zwischen den als Metalle, Metalloide oder Nichtmetalle betrachteten Elementgruppen ist verwirrend. Aus diesem Grund schlagen einige Forscher aufgrund bestimmter Eigenschaften vor, dieses oder jenes Element als Metalloid zu betrachten. Es wurde beispielsweise darauf hingewiesen, dass Kohlenstoff, Aluminium oder Selen als Metalloide einzustufen sind.

Es wurde versucht, Auswahlkriterien festzulegen, die es ermöglichen, ein chemisches Element als Metall, Metalloide oder Nichtmetall zu klassifizieren. Unter anderen Auswahlkriterien sind die Ionisierungsenergie, die Elektronegativität und die Packungseffizienz der verschiedenen chemischen Elemente.