מתכות: מאפיינים, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

מטלואיד או Semimetals הוא קבוצה של יסודות כימיים בעלי תכונות פיזי ביניים כימיים בין מתכות לבין nonmetals. מרבית החוקרים הכימיים מקבלים את האלמנטים הכימיים הבאים כמטאלואידים: בורון, סיליקון, ארסן, גרמניום, אנטימון וטוריום (ירוק בתמונה למטה).

עם זאת, קבוצה קטנה יותר של חוקרים מוסיפה למולואידים פולוניום, אסטט (כחול בצבע) וסלניום (ורוד בצבע).

מקור: מאת Sandbh, מתוך ויקימדיה Commons

אפילו על סמך מאפיינים מסוימים, הם מציעים כי יש להתייחס אלמנטים כימיים פחמן ואלומיניום (בצבע צהוב) כאל מתכות.

המאפיינים העיקריים של מתכות

המצב בטבלה המחזורית

מטאלואידים ממוקמים על הטבלה המחזורית באלכסון כלפי מטה בין העמודים 13, 14, 15, 16 ו -17, החל בורון בצד שמאל עליון ומסתיים באסטטין בחלקו הימני התחתון.

מתכות ממוקמות משמאל למטאלואידים ולא מתכות לימינם; לכן הם מייצגים את הגבול בין שני סוגי החומר.

הם יוצרים סגסוגות עם מתכות

מטאלואידים יוצרים סגסוגות עם מתכות ומגיבים עם לא מתכות, למשל חמצן, גופרית והלוגנים.

מוליכים למחצה חשמליים

לרוב הם נחשבים כמוליכים למחצה חשמליים, כאשר המוליכות שלהם תלויה בטמפרטורה. בטמפרטורות נמוכות המוליכות החשמלית נמוכה, ולכן הם פועלים כמבודדים חשמליים, אך ככל שהם מתחממים, יכולתם להוביל חשמל עולה.

בסיס תעשיית האלקטרוניקה

מוליכים למחצה הם הבסיס להתפתחות של תעשיית האלקטרוניקה, כמו גם זו של מחשוב ואינפורמטיקה. באופן דומה, היישום שעשוי מסיליקון שימש מאוד בתחום זה.

מצבים אלוטרופיים

למטאלואידים מצבים אלוטרופיים שונים (צורות גבישיות שונות); כך, למשל, לארסן גבישים שחורים, צהובים או אפורים.

בטבע הם בדרך כלל לא נמצאים כאלמנטים כימיים טהורים, אלא קשורים או יוצרים אגרגטים במינרלים יחד עם עופרת, גופרית, ברזל וכו '.

תכונות פיזיקליות וכימיות

תכונות גשמיות

הם מופיעים כמוצקים מבריקים. מהבחינה הזו הם דומים למתכות. הם שבירים ואינם אלסטיים במיוחד, כך שלא ניתן למתוח אותם לתיל, כלומר הם אינם שמישים במיוחד. בנוסף, הפיכתה לסדינים קשה, ולכן המטאלואידים אינם ניתנים לניתוח במיוחד.

הם מסוגלים להוליך חשמל וטמפרטורה, אם כי במידה פחותה ממתכות. בתוך המטאלואידים ישנם יסודות כימיים אשר על סמך מבני הלהקה שלהם מסווגים כמוליכים למחצה.

קבוצה זו מורכבת מבורון, סיליקון, גרמניום ואנטימון. ארסן וטלוריום מסווגים כחצי מתכות.

נקודות היתוך

בורון 2,076 מעלות צלזיוס; סיליקון 1,414 מעלות צלזיוס; גרמניום 938.25 מעלות צלזיוס; ארסן 817 מעלות צלזיוס; אנטימון 630.13 מעלות צלזיוס; טלוריום 449.51ºC ופולוניום 254 מעלות צלזיוס.

נקודות רתיחה

בורון 3,927 מעלות צלזיוס; סיליקון 3,265 מעלות צלזיוס; גרמניום 2,833 מעלות צלזיוס; ארסן 614 מעלות צלזיוס; אנטימון 1,587 מעלות צלזיוס; טלוריום 988ºC ופולוניום 962ºC.

צפיפות

בורון 2.34 גרם / ס"מ ³ : סיליקון 2.33 גרם / ס"מ ³ ; גרמניום 5.323 גרם / ס"מ ³ ; ארסן 5,727; אנטימון 6.697 גרם / ס"מ ³ ; טלוריום 6.24 גרם / ס"מ ³ ופולוניום 9.32 גרם / ס"מ ³ .

תכונות כימיות

הם מתנהגים באופן דומה לא-מתכות, הם יוצרים חמצן כמו SiO _2, ויש להם התנהגות אמפוטרית. מטאלואידים יכולים להתנהג כמו חומצה או בסיס תלוי ב pH של המדיום.

יישומים

על יצורים חיים

ארסן משמש בחקלאות כחומר חרקים וקוטל עשבים. בנוסף, הוא משמש להצבתו כאבקה או בתמיסה נוזלית על בעלי חיים כדי לחסל חרקים וטפילים מבעל החיים. סידן ארסן משמש כדי להרוג את חלל הכד כותנה.

ארסן משמש כחומר משמר לעץ בגלל רעילותו לחרקים ופטריות.

ארסן משמש לטיפול בלוקמיה פרומילוציטית חריפה, סוג של סרטן דם. הוא משמש להכנת הפיתרון של פאולר לשימוש בטיפול בפסוריאזיס. איזוטופ רדיואקטיבי של ארסן ( ⁷⁴ As) משמש בלוקליזציה של גידולים סרטניים הקיימים בגוף האדם.

ארסן הוא חלק ממלארסופרול, תרופה המשמשת לטיפול בטריפנוסומיאזיס אנושית באפריקה. מחלה טפילית המועברת על ידי זבוב tsetse.

-תחמוצת טלוריום שימשה לטיפול בדלקת עור סבורי. כמו כן, תרכובות טוריום אחרות משמשות כחומרים מיקרוביאליים.

בורון, בצורה של חומצה בורית, משמש כחיטוי קל בעיניים, באף ובגרון.

בכוסות ואמייל

טלוריום משמש לייצור משקפיים כחולים, חומים ואדומים. Metalloid ניתן להפקיד אלקטרוליטי על כסף לייצר גימור שחור.

- עדויות משמשות בכדי לתת משקפיים ואמיילים גוון צהוב. בורון משמש בייצור זכוכית וקרמיקה. בפרט, זכוכית בורוסיליקט עמידה בפני שינויי טמפרטורה וזו הסיבה שהיא משמשת במעבדות בתגובות כימיות ותזקיקות.

-בית ניתן לאפות אוכל באמצעות זכוכית בורוסיליקט, מבלי לגרום לכלי המשמשים להישבר.

סיליקון הוא הבסיס העיקרי של תעשיית הזכוכית, העוסק בייצור כמעט של כל חפצי הזכוכית.

תחמוצת גרניום משמשת לייצור עדשות מצלמה וצילום עדשות מיקרוסקופ. בנוסף, הוא משמש בייצור הליבה של סיבים אופטיים ליישומים רבים.

בייצור חומרים באיכות גבוהה יותר

ארסן יוצר סגסוגות עם עופרת ומייצר ירידה בנקודת ההיתוך שלה. זה גורם לקשיות גבוהה יותר בסגסוגת המשמשת לייצור ירייה.

-תוספת כמות טוריום בין 0.1% ל -0.6% מסגסוגת עם עופרת מגדילה את עמידותו בפני קורוזיה ומתיחה עם עלייה בגמישות. טוריום מתווסף לרוב לברזל יצוק כדי להקשיח את שכבת השטח של חלקים מזג.

-שמירה משמשת בסגסוגות לייצור מסבים, צלחות מצבר וחומרי הדפסה.

-סיליקון משמש לייצור סגסוגות עם עמידות רבה יותר בפני חומצות. כזה הוא המקרה של דורירון, המכיל 14% סיליקון.

סגסוגת הסיליקון, הברזל והאלומיניום משמשת לייצור חלקים קשים מאוד המשמשים בתעשיית הרכב.

ארסן יוצר סגסוגות עם פלטינה ונחושת כדי להגביר את עמידותו בפני קורוזיה. כמו כן, ארסן מתווסף לפליז אלפא כדי להגביר את עמידות האבץ. פליז מסוג זה משמש לייצור חומרים אביזרים לצנרת.

בתחום האלקטרוניקה והמחשוב

מטאלואידים משמשים כמוליכים למחצה בתעשיית האלקטרוניקה והמחשוב. במובן זה, הסיליקון הוא המוביל בסחר מוליכים למחצה המהווה בסיס לאלקטרוניקה ומחשבים מודרניים. הסיליקון ונגזרותיו משמשים מחשבים, טרנזיטים, תאים סולריים ומסכי LCD.

טלוריום הוא מוליך למחצה שיש לו יישומים באלקטרואופטיקה ואלקטרוניקה.

גרמניום הוא מטאלואיד מוליך למחצה המשמש בשילוב עם סיליקון במעגלים משולבים במהירות גבוהה לשיפור הביצועים. למרות שגרמניום עיקש מעט את הסיליקון בתפקידו כמוליך למחצה, השימוש בו בשבבים ממוזערים שופר.

גרמניום משמש לייצור פאנלים סולאריים. אפילו חקר הרובוטים בכוכב הלכת מאדים מכיל גרמניום בתאי השמש שלהם. יתר על כן, גרמניום משמש לייצור מכ"מים.

פעולה הגנה על מתכות

בורון ותרכובותיו הקשורות מעניקות עמידות רבה לחומרים שהם חלק מהם. זה מאפשר את השימוש בו ביצירת מבנים מרחביים. בנוסף, הם משמשים לייצור מועדוני גולף וחכות.

פעולת ההגנה של בור קרביד משמשת כחסמי בקרה בכורים גרעיניים, מה שמגביל את דליפת החומר הרדיואקטיבי. יתר על כן, בורון קרביד משמש באפודים חסרי כדורים ובשריון של טנקי מלחמה.

סיליקון דו חמצני וסיליקה, בצורה של טיט או חול, הם רכיבים חשובים של לבנים, בטון ומלט, המשמשים בצורות שונות של בנייה.

אחרים

-תודה גופרתי משמש בזיקוקים ומנורות הבזק במצלמות.

-בורון הוא חלק ממגנטים neodymidium.

-סיליקון, פולימר שמקורו בסיליקון, משמש לייצור שמנים ושעווה, שתלי חזה, עדשות מגע, חומרי נפץ ובפירוטכניקה.

גרמניום משמש לייצור מנורות פלורסנט וכמה דיודות LED. בנוסף, גרמניום משמש בגיטרות חשמליות לייצור צליל עיוות אופייני.

גרמניום משמש ביישום הדמיה תרמית לשימוש צבאי ולכיבוי אש.

-שמירה משמשת לייצור גפרורים ורימוני איתור ואיתור, כמו גם בפריימרים למחסניות.

-סודיום בוראט משמש כמעכב בעירה בפלסטיקה וגומי.

8 האלמנטים המטאלואידים

קבוצה זו של יסודות כימיים מורכבת מבורון, סיליקון, אנטימון, טלוריום, גרמניום, ארסן, פולוניום ואסטט. עם זאת, המספר הגדול ביותר של החוקרים בתחום הכימיה אינו כולל פולוניום ואסטט כמתכות.

לפיכך, הקבוצה המקובלת ביותר של מטאלואידים תהיה מורכבת מבורון, סיליקון, אנטימון, טלוריום, גרמניום וארסן.

הפולוניום צוין כמתכתי באופן מובהק, מכיוון ששתי צורותיו האלוטרופיות הן מוליכות מתכתיות. לעומת זאת, אסטטין סווג בשנת 2013 כמתכת, אם כי בעבר בשנת 1950 הוא הוגדר כהלוגן, לא-מתכתי תגובתי.

הגבול בין קבוצות האלמנטים הנחשבים כמתכות, מתכות או לא מתכות אינו ברור. מסיבה זו, חוקרים מסוימים, המבוססים על רכוש כלשהו, ​​מציעים כי יש לראות באלמנט זה או אחר כמטאלואיד. למשל, צוין כי יש לסווג פחמן, אלומיניום או סלניום כמטאלואידים.

נעשה ניסיון לקבוע קריטריוני בחירה המאפשרים לסווג יסוד כימי כמתכת, מתכות או לא מתכת. קריטריוני בחירה אחרים כוללים אנרגיית יינון, אלקטרוניות, ויעילות אריזה של היסודות הכימיים השונים.

הפניות

1. עדן פרנסיס. (2002). סיווג האלמנטים. נלקח מ: dl.clackamas.edu
2. מתכות, מטאלואידים ולא מתכות. נלקח מ: angelo.edu
3. אלמנטים. מתכות. נלקח מ: element.org.es
4. דוגמא של. (2013). מתכות. נלקח מ: voorbeeldlede.com
5. ויקיפדיה. (2018). מטאלואיד. נלקח מ: en.wikipedia.org
6. מהיר של כימיה. (2011). מטאלואידים (Semimetals). נלקח מ: chemistry.patent-invent.com
7. עורכי אנציקלופדיה בריטניקה. (2016, 18 באוקטובר). מטאלואיד. נלקח מ: britannica.com