METALLOÏDEN: KENMERKEN, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

De metalloïden of halfmetalen zijn een groep chemische elementen met fysische eigenschappen en een chemisch intermediair tussen metalen en niet-metalen. De meeste chemische onderzoekers accepteren de volgende chemische elementen als metalloïden: boor, silicium, arseen, germanium, antimoon en telluur (groen in de afbeelding hieronder).

Een kleinere groep onderzoekers voegt echter polonium, astaat (blauw van kleur) en selenium (roze van kleur) toe aan metalloïden.

Bron: door Sandbh, van Wikimedia Commons

Zelfs op basis van sommige eigenschappen suggereren ze dat de chemische elementen koolstof en aluminium (geel van kleur) ook als metalloïden moeten worden beschouwd.

Belangrijkste kenmerken van metalloïden

Situatie op het periodiek systeem

Metalloïden bevinden zich op het periodiek systeem op een neerwaartse diagonaal tussen de kolommen 13, 14, 15, 16 en 17, beginnend met boor linksboven en eindigend met astatine rechtsonder.

Metalen bevinden zich aan de linkerkant van metalloïden en niet-metalen aan hun rechterkant; daarom vertegenwoordigen ze de grens tussen beide soorten materie.

Ze vormen legeringen met metalen

Metalloïden vormen legeringen met metalen en reageren met niet-metalen, bijvoorbeeld zuurstof, zwavel en halogenen.

Elektrische halfgeleiders

Ze worden voor het grootste deel beschouwd als elektrische halfgeleiders, waarbij hun geleiding temperatuurafhankelijk is. Bij lage temperaturen is de elektrische geleiding laag, dus werken ze als elektrische isolatoren, maar naarmate ze warmer worden, neemt hun vermogen om elektriciteit te geleiden toe.

Basis voor de elektronica-industrie

Halfgeleiders vormen de basis van de ontwikkeling van de elektronica-industrie, evenals die van computers en informatica. Evenzo is de toepassing die is gemaakt van silicium zeer nuttig geweest op dit gebied.

Allotrope staten

Metalloïden hebben verschillende allotrope toestanden (verschillende kristallijne vormen); zo heeft arseen bijvoorbeeld zwarte, gele of grijze kristallen.

In de natuur worden ze meestal niet aangetroffen als pure chemische elementen, maar eerder geassocieerd of aggregaten vormen in mineralen samen met lood, zwavel, ijzer, enz.

Fysische en chemische eigenschappen

Fysieke eigenschappen

Ze verschijnen als glanzende vaste stoffen. In dit opzicht lijken ze op metalen. Ze zijn broos en niet erg elastisch, dus ze kunnen niet tot een draad worden uitgerekt, dat wil zeggen, ze zijn niet erg taai. Bovendien is de transformatie ervan tot platen moeilijk, dus de metalloïden zijn niet erg kneedbaar.

Ze zijn in staat om elektriciteit en temperatuur te geleiden, zij het in mindere mate dan metalen. Binnen de metalloïden zijn er chemische elementen die, op basis van hun bandstructuren, worden geclassificeerd als halfgeleiders.

Deze groep bestaat uit boor, silicium, germanium en antimoon. Arseen en telluur worden geclassificeerd als semi-metalen.

Fusiepunten

Borium 2.076 ° C; Silicium 1.414 ° C; Germanium 938,25 ° C; Arseen 817 ° C; Antimoon 630,13 ° C; Tellurium 449,51 ° C en Polonium 254 ° C.

Kookpunten

Boor 3.927 ° C; Silicium 3.265 ° C; Germanium 2.833 ° C; Arseen 614 ° C; Antimoon 1.587 ° C; Tellurium 988º C en Polonium 962º C.

Dichtheden

Boron 2,34 g / cm ³ : silicium 2,33 g / cm ³ ; Germanium 5,323 g / cm ³ ; Arseen 5.727; Antimoon 6,697 g / cm ³ ; Telluur 6,24 g / cm ³ en polonium 9,32 g / cm ³ .

Chemische eigenschappen

Ze gedragen zich op dezelfde manier als niet-metalen, ze vormen oxaciden zoals SiO ₂ en ze hebben amfoteer gedrag. Metalloïden kunnen zich gedragen als een zuur of een base, afhankelijk van de pH van het medium.

Toepassingen

Over levende wezens

-Arseen wordt in de landbouw gebruikt als insecticide en herbicide. Bovendien wordt het gebruikt om het als poeder of in vloeibare oplossing op vee te plaatsen om insecten en parasieten uit het dier te verwijderen. Calciumarsenaat wordt gebruikt om de katoenbollenkever te doden.

-Arseen wordt gebruikt als houtverduurzamingsmiddel vanwege de giftigheid voor insecten en schimmels.

-Arseen wordt gebruikt bij de behandeling van acute promyelocytische leukemie, een type bloedkanker. Het wordt gebruikt bij de bereiding van Fowler's oplossing voor gebruik bij de behandeling van psoriasis. Een radioactieve isotoop van arseen ( ⁷⁴ As) wordt gebruikt bij de lokalisatie van kankertumoren in het menselijk lichaam.

-Arseen maakt deel uit van Melarsoprol, een geneesmiddel dat wordt gebruikt bij de behandeling van menselijke Afrikaanse trypanosomiasis. Parasitaire ziekte overgedragen door de tseetseevlieg.

-Telluriumoxide is gebruikt bij de behandeling van seborroïsche dermatitis. Evenzo worden andere telluurverbindingen gebruikt als antimicrobiële middelen.

-Boron, in de vorm van boorzuur, wordt gebruikt als een mild antisepticum in de ogen, neus en keel.

In glazen en email

-Tellurium wordt gebruikt bij de productie van blauwe, bruine en rode glazen. Metalloïde kan elektrolytisch op zilver worden afgezet, waardoor een zwartachtige afwerking ontstaat.

-Antimoon wordt gebruikt om glazen en email een gele tint te geven. Borium wordt gebruikt bij de productie van glas en keramiek. Met name borosilicaatglas is bestand tegen temperatuurveranderingen, daarom wordt het in laboratoria gebruikt bij chemische reacties en destillaties.

-In huis kan voedsel worden gebakken met borosilicaatglas, zonder dat het gebruikte keukengerei breekt.

-Silicium is de belangrijkste basis van de glasindustrie, betrokken bij de vervaardiging van bijna alle glasobjecten.

-Germaniumoxide wordt gebruikt bij de vervaardiging van fotografische cameralenzen en microscooplenzen. Bovendien wordt het voor veel toepassingen gebruikt bij de vervaardiging van de kern van optische vezels.

Bij de productie van materialen van hogere kwaliteit

-Arseen vormt legeringen met lood, waardoor het smeltpunt daalt. Dit veroorzaakt een hogere hardheid in de legering die wordt gebruikt bij de productie van hagel.

-De toevoeging van een hoeveelheid telluur tussen 0,1% en 0,6% van een legering met lood verhoogt de weerstand tegen corrosie en tractie met een grotere flexibiliteit. Telluur wordt vaak toegevoegd aan gietijzer om de oppervlaktelaag van geharde onderdelen te verharden.

-Antimoon wordt gebruikt in legeringen om lagers, accumulatorplaten en drukmateriaal te produceren.

-Silicium wordt gebruikt bij de productie van legeringen met een grotere weerstand tegen zuren. Dat is het geval bij Duriron, dat 14% silicium bevat.

De legering van silicium, ijzer en aluminium wordt gebruikt voor de productie van zeer harde onderdelen die in de auto-industrie worden gebruikt.

-Arseen vormt legeringen met platina en koper om de weerstand tegen corrosie te vergroten. Ook wordt arseen toegevoegd aan alfa-messing om de weerstand van zink te vergroten. Dit type messing wordt gebruikt bij de productie van hulpmaterialen voor sanitair.

In elektronica en computers

-Metalloïden worden gebruikt als halfgeleiders in de elektronica- en computerindustrie. In die zin is silicium de leider in de halfgeleiderhandel die de basis vormt van moderne elektronica en computers. Silicium en zijn derivaten worden gebruikt in computers, transitors, zonnecellen en lcd-schermen.

-Tellurium is een halfgeleider die toepassingen heeft in elektro-optica en elektronica.

-Germanium is een halfgeleider-metalloïde die wordt gebruikt in combinatie met silicium in snelle geïntegreerde schakelingen om de prestaties te verbeteren. Hoewel germanium silicium enigszins heeft verdrongen in zijn rol als halfgeleider, is het gebruik ervan in geminiaturiseerde chips verbeterd.

-Germanium wordt gebruikt bij de productie van zonnepanelen. Zelfs verkennende robots op de planeet Mars bevatten germanium in hun zonnecellen. Verder wordt germanium gebruikt bij de fabricage van radars.

Beschermende werking van metalloïden

Borium en zijn verwante verbindingen verlenen een grote weerstand aan de materialen waarvan het deel uitmaakt. Hierdoor kan het worden gebruikt bij het creëren van ruimtelijke structuren. Bovendien worden ze gebruikt bij de productie van golfclubs en hengels.

De beschermende werking van boorcarbide wordt gebruikt als controlebarrières in kernreactoren, waardoor de lekkage van radioactief materiaal wordt beperkt. Bovendien wordt boorcarbide gebruikt in kogelvrije vesten en in de bepantsering van oorlogstanks.

Siliciumdioxide en silica, in de vorm van klei of zand, zijn belangrijke componenten van bakstenen, beton en cement, die in verschillende constructievormen worden gebruikt.

Anderen

-Antimoonsulfide wordt gebruikt in vuurwerk en flitslampen in camera's.

-Boron maakt deel uit van neodymidiummagneten.

-Siliconen, een polymeer afgeleid van silicium, wordt gebruikt bij de productie van oliën en wassen, borstimplantaten, contactlenzen, explosieven en in pyrotechniek.

-Germanium wordt gebruikt bij de vervaardiging van fluorescentielampen en sommige led-diodes. Bovendien wordt germanium gebruikt in elektrische gitaren om een ​​karakteristieke vervormingstoon te produceren.

-Germanium wordt gebruikt in warmtebeeldtoepassingen voor militair gebruik en brandbestrijding.

-Antimoon wordt gebruikt bij de vervaardiging van lucifers en tracer- en locatorgranaten, evenals in primers voor patronen.

-Natriumboraat wordt gebruikt als verbrandingsvertrager in kunststoffen en rubbers.

De 8 metalloïde elementen

Deze groep chemische elementen bestaat uit boor, silicium, antimoon, telluur, germanium, arseen, polonium en astaat. Het grootste aantal onderzoekers op het gebied van chemie sluit echter polonium en astaat uit als metalloïden.

Daarom zou de meest algemeen aanvaarde groep metalloïden bestaan ​​uit boor, silicium, antimoon, telluur, germanium en arseen.

Polonium is opmerkelijk metaalachtig, aangezien de twee allotrope vormen metalen geleiders zijn. Aan de andere kant werd astatine in 2013 geclassificeerd als een metaal, hoewel het eerder in 1950 werd aangeduid als een halogeen, een reactief niet-metaal.

De grens tussen de groepen elementen die als metalen, metalloïden of niet-metalen worden beschouwd, is onduidelijk. Om deze reden suggereren sommige onderzoekers, gebaseerd op een eigenschap, dat dit of dat element als metalloïde moet worden beschouwd. Er is bijvoorbeeld op gewezen dat koolstof, aluminium of selenium als metalloïden moeten worden geclassificeerd.

Er is een poging gedaan om selectiecriteria vast te stellen die het mogelijk maken een chemisch element te classificeren als metaal, metalloïden of niet-metaal. Andere selectiecriteria zijn onder meer ionisatie-energie, elektronegativiteit en verpakkingsefficiëntie van de verschillende chemische elementen.

Referenties

1. Eden Francis. (2002). Classificatie van de elementen. Genomen uit: dl.clackamas.edu
2. Metalen, metalloïden en niet-metalen. Genomen uit: angelo.edu
3. Elementen. Metalloïden. Ontleend aan: elements.org.es
4. Voorbeeld van. (2013). Metalloïden. Genomen uit: examplede.com
5. Wikipedia. (2018). Metalloïde. Ontleend aan: en.wikipedia.org
6. Chemie snel vasten. (2011). Metalloïden (halfmetalen). Ontleend aan: chemistry.patent-invent.com
7. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (2016, 18 oktober). Metalloïde. Genomen uit: britannica.com