متالوئیدها چیست؟ اکثر عناصر به طور نسبتاً منظمی در یکی از دو دسته قرار می گیرند: فلزات و نافلزات. با این حال، متالوئیدها را می توان به عنوان جایی در بین طبقه بندی کرد. به همین دلیل، گاهی اوقات، اما کمتر، به عنوان نیمه فلزی شناخته می شوند.

عناصری که به عنوان متالوئید طبقه بندی می شوند، اغلب به عنوان «پله متالوئید» برجسته می شوند، زیرا این گروه از عناصر زمانی که رنگ متفاوتی نسبت به عناصر همسایه دارند، تا حدودی شبیه پلکان هستند. متالوئیدها فلزات واسطه را از نافلزات جدول تناوبی جدا می کنند. بیایید به خواص و ویژگی های متالوئیدها و فهرستی از آنها نگاه کنیم.

متالوئیدها ظاهری فلزی دارند، اما در بیشتر واکنش های شیمیایی بیشتر شبیه نافلزات رفتار می کنند. تمام متالوئیدها در دمای اتاق جامد هستند. آنها بسیار شکننده تر از فلزات هستند اما رسانای الکتریکی بسیار ضعیف تری هستند. ویژگی های هیبریدی که متالوئیدها دارند طیف گسترده ای از کاربردهای واقعی مانند آلیاژهای فلزی، بازدارنده های شعله و نیمه هادی ها/الکترونیک.

ویژگی های متالوئیدها

1. متالوئیدها جامد هستند
2. آنها درخشش فلزی دارند و به طور کلی شبیه فلز هستند
3. آنها شکننده هستند و به راحتی خرد می شوند
4. متالوئیدها می توانند الکتریسیته را هدایت کنند، اما نه به خوبی فلزات.
5. از نظر شیمیایی، آنها بیشتر شبیه نافلزات عمل می کنند، به راحتی آنیون ها را تشکیل می دهند، حالت های اکسیداسیون متعددی دارند و پیوندهای کووالانسی تشکیل می دهند.
6. انرژی یونیزاسیون و الکترونگاتیوی آنها بین مقادیر فلزات و نافلزات است.

متالوئیدها تا حد زیادی کوچکترین گروه از عناصر هستند، زیرا تنها شش عنصر وجود دارد که به طور قطعی به عنوان متالوئید طبقه بندی می شوند. آنها می توانند از سه تا شش الکترون ظرفیتی در لایه انرژی بیرونی خود داشته باشند. این محرک واکنش پذیری/رفتار شیمیایی آنهاست. بور که فقط سه الکترون ظرفیت دارد، در طی واکنش‌های شیمیایی با رها کردن الکترون‌های خود، بسیار شبیه یک فلز رفتار می‌کند. سایر متالوئیدها، با چهار یا بیشتر الکترون ظرفیت، تمایل دارند که بیشتر شبیه نافلزات رفتار کنند و در طی واکنش ها الکترون به دست آورند. بیایید برخی از حقایق را در مورد متالوئیدهای منفرد، با بور، بیاموزیم.

فهرستی از متالوئیدها

بور

عنصر بور تمایل زیادی به تشکیل پیوندهای کووالانسی دارد، به این معنی که از نظر شیمیایی، یک نافلز مانند کربن یا سیلیکون است. آلوتروپ های زیادی دارد (اشکال مختلف یک عنصر خالص) و دارای الکترونگاتیوی بالایی است زیرا در گوشه سمت راست بالای جدول تناوبی قرار دارد.

بور دارای دو ایزوتوپ اولیه پایدار 11_B و 10_B است که به ترتیب در حدود 80.4% و 19.6% فراوانی یافت می شوند. بور خالص اغلب برای احتراق سوخت استفاده می شود، اما این عنصر کاربردهای پزشکی متعددی نیز دارد، مانند ضد عفونی کننده ها و قطره های چشمی که از ترکیبات مبتنی بر بور استفاده می کنند. برخی افراد بور را به عنوان یک مکمل غذایی مصرف می کنند زیرا این ماده معدنی برای تنظیم هورمونی، بازیابی و جذب برخی ویتامین ها مهم است.

سیلیکون

سیلیکون یک جامد شکننده و کریستالی با ظاهری فلزی است. این یک نیمه هادی قوی است، به این معنی که الکتریسیته را در دماهای بالاتر به طور موثرتری هدایت می کند. ترکیبات سیلیکونی به نام سیلیکات تقریبا 90 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهند، سیلیسیم خالص نادر است. با این حال، در سیارک ها، قمرها و غبار کیهانی نسبتاً رایج است. سیلیکات ها اغلب در ساخت سیمان، چینی و سرامیک استفاده می شوند.

در قرن بیست و یکم، سیلیکون به دلیل اهمیت آن در توسعه الکترونیک نیمه هادی، تأثیر زیادی بر اقتصاد جهانی داشته است. سیلیکون خالص برای توسعه تراشه‌های مدار مجتمع و ترانزیستورها، که هر دو اجزای حیاتی دستگاه‌های الکترونیکی مدرن مانند تلفن‌های همراه، تلویزیون و لوازم خانگی هستند، حیاتی بوده است.

ژرمانیوم

ژرمانیوم یک متالوئید سخت شکننده با ظاهری خاکستری روشن بسیار شبیه به سیلیکون است. همچنین نیمه هادی خوبی است و به ندرت به شکل عنصری خالص روی زمین یافت می شود. ژرمانیوم اغلب به یک ساختار الماس متبلور می شود. ژرمانیوم سالها قبل از کشف واقعی توسط دیمیتری مندلیف پیش بینی شده بود که وجود داشته باشد. او همچنین قادر به پیش بینی بسیاری از خواص آن با استفاده از درک خود از روندهای دوره ای و دانش سایر متالوئیدها و عناصر مجاور بود.

مانند سیلیکون، ژرمانیوم نیز برای فناوری مدرن حیاتی است، اگرچه عمدتاً در کاربردهای متفاوتی نسبت به همتای متالوئیدی خود استفاده می شود. ژرمانیوم اغلب برای اپتیک مادون قرمز، انرژی خورشیدی و آلیاژهای فلزی متعدد استفاده می شود.

آرسنیک

آرسنیک عنصری است با ظاهر فلزی براق و خاکستری مانند سایر متالوئیدها. به راحتی با نافلزات پیوندهای کووالانسی ایجاد می کند. آرسنیک در زمینه آلیاژها، لوازم الکترونیکی و آفت کش ها/ علف کش ها کاربرد دارد. با این حال، آرسنیک برای اکثر پستانداران از جمله انسان بسیار سمی است و بنابراین بسیاری از کاربردهای آن در صنعت به تدریج در حال حذف شدن هستند. به عنوان سرطان زا گروه A طبقه بندی می شود. با وجود سمیت آن، مقادیر بسیار کمی آرسنیک برای متابولیسم انسان مورد نیاز است، اما مکانیسم آن ناشناخته است.

آنتیموان

آنتیموان یک متالوئید براق، نقره ای-سفید با بافتی شکننده است. در طبیعت در حدود ⅕ فراوانی آرسنیک یافت می شود. آنتیموان نیز ساختار اتمی مشابهی با آرسنیک دارد، با سه لایه الکترونی نیمه پر در بیرونی ترین پوسته. معمولاً پیوندهای کووالانسی تشکیل می دهد و با هالوژن ها مانند گوگرد بسیار واکنش پذیر است و هنگام سوختن شعله آبی درخشانی تولید می کند.

آنتیموان توانایی منحصربفردی در تقویت آلیاژهای فلزی در صورت افزودن، حتی در مقادیر نسبتاً کم دارد. آنتیموان همچنین می تواند به فلزات خالص (آلیاژهای تشکیل دهنده)، یعنی سرب، استحکام بدهد. آنتیموان به دلیل خواص تقویتی آن برای بسیاری از صنایع مانند باتری خودرو، مهمات، کابل ها و تجهیزات لوله کشی ضروری است. همانطور که با سایر متالوئیدها سازگار است، آنتیموان بسیار خالص می تواند در فن آوری های نیمه هادی استفاده شود.

تلوریم

تلوریم یک متالوئید است که توصیفی مشابه آنتیموان دارد. معمولاً به صورت پودر خاکستری یافت می شود. تلوریم با گوگرد و سلنیوم بسیار واکنش پذیر است و هنگام سوختن شعله سبز-آبی نشان می دهد. تلوریم به صورت صنعتی به عنوان افزودنی فولاد استفاده می شود و می تواند با آلومینیوم، مس، سرب یا قلع آلیاژ شود.

مانند آنتیموان، تلوریم می‌تواند فلزات دیگر را نیز تقویت کند، اما در صورت اضافه شدن به فلزات فوق، خوردگی را نیز کاهش می‌دهد. علاوه بر این، تلوریم به عنوان یک نیمه هادی قوی، به ویژه زمانی که در معرض نور قرار می گیرد، عمل می کند. در طبیعت، بیشتر تلوریم در زغال سنگ یافت می شود، اگرچه مقادیر کمی در برخی گیاهان یافت می شود.

نتیجه گیری در مورد متالوئیدها

شایان ذکر است که گاهی اوقات سلنیوم نیز یک نیمه فلز در نظر گرفته می شود – بستگی به این دارد که چه کسی طبقه بندی را انجام می دهد. استاتین و پلونیوم نیز احتمالاً نیمه فلزی هستند، اما بسیار رادیواکتیو هستند و فقط در شرایط خاص مورد استفاده قرار می گیرند. صرف نظر از اینکه کدام عناصر را شامل می‌شوید، همه ما می‌توانیم موافق باشیم که متالوئیدها یک گروه جالب و جذاب از عناصر هستند!

هاوسکرافت، کاترین ای. و آلن جی شارپ. شیمی معدنی. ویرایش پنجم، پیرسون، 2018.

لجلا صلح – کار شخصی، CC BY-SA 3.0، https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15363940

میسلر، گری ال. و دونالد ای. تار. شیمی معدنی. ویرایش سوم، پیرسون، 2009.

پاولینگ، لینوس. شیمی عمومی. چاپ اول، دوور، 1947.