Свойства металлоидов: информативное руководство

Металлоиды — широко распространённые элементы, которые в периодической таблице располагаются между металлами и неметаллами. Эти материалы применяются во многих областях и обладают уникальными характеристиками.

Если вы планируете использовать их в своих задачах и хотите подробнее узнать о свойствах металлоидов, приведённое ниже руководство поможет вам. Итак, начнём.

Что такое металлоиды?

Металлоиды определяются как химические элементы, химические и физические свойства которых находятся где-то между металлами и неметаллами.

Существуют различные типы металлоидов с уникальными характеристиками. Металлоиды находятся в p-блоке периодической таблицы и располагаются между металлами и неметаллами.

Какие элементы типичны для металлоидов?

Различные элементы, относящиеся к категории металлоидов, перечислены ниже:

Бор (B)

Бор — металлоид с атомным номером 5, широко используемый в химических соединениях. Бор имеет кристаллическую форму и чёрный цвет; это очень твёрдый металл.

Его применяют для упрочнения стекла и стали. Компоненты на основе бора, такие как удобрения и инсектициды, используются для роста растений.

Мышьяк (As)

Мышьяк — опасный элемент, который может нарушать процесс дыхания у человека. Его атомный номер — 33.

Он может образовывать 3 ковалентные связи с металлами и токсичен как для растений, так и для животных. Его используют для упрочнения металлических сплавов и свинца. Он также применяется как инсектицид.

Кремний (Si)

Кремний — универсальный металлоид, очень распространённый в строительной отрасли, а также в полупроводниках.

Его атомный номер — 14, он очень реакционноспособен и обычно встречается в почвах, песке и горных породах. Он плохо проводит электричество и используется в производстве эмалей, стекла, керамики и полупроводников.

Сурьма (Sb)

Атомный номер сурьмы — 51, её используют в красках и сплавах. Она имеет металлический серебристо-белый вид. По природе она хрупкая и твёрдая. Она плохо проводит электричество и применяется в полупроводниках в качестве легирующей добавки, а также для производства эмали и стекла.

Теллур (Te)

Теллур — легирующий элемент с атомным номером 52. Он встречается в добываемых рудах и имеет хрупкую природу. Он растворяется в азотной кислоте и остаётся нерастворимым в воде. Он придаёт сплавам коррозионную стойкость.

Германий (Ge)

Германий используется в транзисторах, его атомный номер — 32. Он имеет металлический вид и хрупок по природе. Он обладает низкой электропроводностью и повышает коррозионную стойкость сплавов. Он также применяется в детекторах, которые изготавливаются с использованием инфракрасного излучения, и даже в полупроводниках.

Физические свойства металлоидов

Физические свойства металлоидов освещены в разделе ниже.

Металлический блеск

Металлоиды имеют вид, похожий на металлы, — у них отражающая металлическая поверхность.

Температуры кипения и плавления

При комнатной температуре металлоиды находятся в твёрдом состоянии.

Металлоиды	Температуры плавления
Германий	938.3
Кремний	1410
Мышьяк	817
Бор	2079
Сурьма	631
Теллур	449.5

Плотность

Плотность металлоидов различается, но она меньше, чем у металлов, и больше, чем у неметаллов.

Электропроводность

Металлоиды могут работать как изоляторы, так и проводники. Их можно модифицировать в соответствии с требованиями.

Например, при использовании в полупроводниках они проходят процесс легирования. Это процесс, при котором в металлоиды добавляют примеси для изменения их свойств. Однако по электропроводности они всё же уступают металлам.

Аллотропы

Большинство металлоидов могут образовывать различные аллотропные формы, поскольку обладают разными физическими свойствами. Три распространённые аллотропные формы мышьяка — серая, жёлтая и чёрная.

Теплопроводность

Теплопроводность металлоидов различается от элемента к элементу. Как правило, она ниже, чем у металлов, и выше, чем у неметаллов.

Хрупкость

Металлоиды склонны к растрескиванию и деформации из-за своей хрупкой природы.

Твёрдость

Твёрдость металлоидов варьируется: твёрдость мышьяка составляет 3,5, а бора — 9,3.

Химические свойства металлоидов

Химические свойства металлоидов включают следующее:

Реакционная способность по отношению к неметаллам

Металлоиды химически активны и легко приобретают и теряют электроны, образуя ионы с отрицательным или положительным зарядом. Они также соединяются с неметаллами, образуя соединения.

Степени окисления

Степени окисления металлоидов различаются и приведены в таблице ниже:

Металлоид	Степень окисления
Кремний	+4, 0
Германий	+2, +4
Мышьяк	+3, +5
Бор	+3, +2, +1
Сурьма	+3, +5
Теллур	+4, +6

Умеренная энергия ионизации

Металлоиды обладают умеренной энергией ионизации, которая составляет около 200 ккал/моль.

Промежуточная электроотрицательность

Металлоид	Электроотрицательность
Кремний	1.9
Германий	2.01
Мышьяк	2.18
Бор	2.04
Сурьма	2.05
Теллур	2.1

Ковалентные связи

Известно, что металлоиды образуют ковалентные связи. Однако они не образуют одноатомные ионы, подобно металлам.

Образование сплавов

Металлоиды очень часто смешивают с другими элементами для получения сплавов.

Реакционная способность по отношению к кислотам

Металлоиды менее активно реагируют с кислотами. Например, германий и кремний нерастворимы и не реагируют с кислотами. Мышьяк и сурьма реагируют с сильными кислотами.

Амфотерность

Металлоиды обладают свойствами как металлов, так и неметаллов, что делает их амфотерными.

Применение металлоидов

Металлоиды имеют разнообразное применение, некоторые из которых рассмотрены ниже:

Полупроводники: В полупроводниках используются германий и кремний, которые применяются в компьютерных чипах, интегральных схемах и даже солнечных элементах. Они обладают полупроводниковыми свойствами, поэтому играют ключевую роль в электронике.

Керамика и стекло: Мышьяк, бор и кремний обычно используются в керамике и стекле, поскольку могут действовать как огнеупорный компонент. С их помощью также изготавливают боросиликатное стекло, которое устойчиво к химическому воздействию и термическому удару.

Сплавы: Многие сплавы также содержат металлоиды для улучшения своих свойств. Например, кремний добавляют в алюминий для повышения его литейных свойств и прочности. В сталь добавляют бор для повышения её твёрдости.

Фотоэлектричество: Солнечные элементы и некоторые металлоиды, такие как германий и кремний, используются для преобразования солнечного света в электричество.

Антипирены: Соединения бора, триоксид сурьмы и тригидрат алюминия используются в качестве антипиренов во многих покрытиях, пластмассах и строительных материалах. Они способствуют пожарной безопасности.

Отличительные и наиболее полезные свойства металлоидов

Отличительные свойства каждого металлоида и его применение рассмотрены ниже:

Бор: Он твёрдый и термостойкий; его используют в сочетании с кремнием для создания стекла, устойчивого к термическому удару.

Германий: Германий хрупкий и твёрдый и очень редко используется в полупроводниках.

Кремний: Кремний — блестящий серый металлоид, используемый в полупроводниках.

Теллур: Он хрупкий и повышает обрабатываемость при добавлении в сталь.

Мышьяк: Это ядовитый металлоид, используемый в инсектицидах.

Сурьма: Она хрупкая и твёрдая, сплавляется со свинцом и даже используется для производства красок.

Различия между металлоидами, металлами и неметаллами

Свойства	Металлы	Неметаллы	Металлоиды
Пластичность	Пластичные	Хрупкие	Хрупкие
Плотность	Высокая плотность	Низкая плотность	Умеренная плотность
Электропроводность	Высокая электропроводность	Низкая электропроводность	Промежуточная электропроводность
Внешний вид	Металлический блеск	Матовая поверхность	Некоторые имеют металлический блеск
Агрегатное состояние при комнатной температуре	Твёрдое	Твёрдое	Твёрдое

Заключение

При выборе между металлами, неметаллами и металлоидами важно понимать их свойства. Приведённое выше руководство поможет вам разобраться во всём, что касается металлоидов и их применения.

Если вы планируете изготовить какие-либо детали из любого материала, мы в DEK готовы вам помочь.

Часто задаваемые вопросы

Из чего состоят металлоиды?

Металлоиды — это ни металлы, ни неметаллы, а нечто среднее, обладающее совокупными свойствами обоих.

Как можно идентифицировать металлоиды?

Металлоиды можно идентифицировать по их свойствам. Они хрупкие, имеют блестящий внешний вид и остаются твёрдыми при комнатной температуре.

Можно ли отнести ртуть к металлоидам?

Нет, ртуть нельзя отнести к металлоидам.

Какие элементы относятся к группе металлоидов и как они используются?

К группе металлоидов относятся мышьяк, бор, сурьма, кремний, теллур и германий. Они применяются в различных областях, например в удобрениях, инсектицидах и полупроводниках.