عناصر السلم التي ترفض الانحياز إلى أحد الجانبين

أشباه الفلزات

يقع البورون والسيليكون والجرمانيوم والزرنيخ والإثمد والتيلوريوم على الدرج القطري الذي يفصل الفلزات عن اللافلزات — وتتصرف كليهما. تبدو فلزية، وتوصل الكهرباء بشكل ضعيف ولكن ليس معدومًا، وأصبح أحدها ركيزة العصر الرقمي بأكمله.

العناصر
7
المجموعة
على امتداد الحد الفاصل بين الفلز واللافلز
التكوين
p-block
مشعة
1

مُظلَّل في الجدول الدوري

كل عضو

الـ7 من أشباه الفلزات

5 B بورون 10.81 u شبه فلز متطرف في خصائصه: أصلب من معظم الفلزات، وأساسي للنباتات، وهو العنصر الذي يجعل زجاج البوروسيليكات مقاوماً للهب. صلب 14 Si سيليكون 28.085 u العنصر الذي حوّل الرمل إلى ركيزة الحضارة: كل معالج استخدمته في حياتك مصنوع من لوح من السيليكون فائق النقاء. صلب 32 Ge جرمانيوم 72.63 u أول أشباه الموصلات ظهوراً: صُنع أول ترانزستور من الجرمانيوم، لا من السيليكون. صلب 33 As زرنيخ 74.922 u السم الكلاسيكي في التاريخ — بلا طعم ولا يمكن اكتشافه لقرون، ولا يزال أزمة في المياه الجوفية لملايين الأشخاص. صلب 51 Sb إثمد 121.76 u شبه فلز هش استُخدم منذ العصور القديمة كمستحضر تجميلي للعين، ويُستخدم الآن مثبطًا للهب. صلب 52 Te تيلوريوم 127.6 u نادر على الأرض، شائع في الكون، وهو العنصر الذي يجعل الأقراص الضوئية القابلة لإعادة الكتابة تعمل. صلب 85 At أستاتين 210 u أندر عنصر يحدث طبيعيًا على الأرض؛ وربما يوجد منه 25 غرامًا في القشرة الأرضية بأكملها في أي لحظة. مشعة صلب

ما الذي يميزها

ثلاثة أشياء تميز أشباه الفلزات

01

شبه موصل، وليس موصلاً

هذه هي الخاصية المميزة. توصل الفلزات الكهرباء بصورة أفضل عند تبريدها؛ بينما توصل أشباه الفلزات بصورة أفضل عند تسخينها أو تطعيمها أو إضاءتها. وهذه الموصلية القابلة للتحكم والتبديل هي ما يجعل الترانزستور ممكنًا.

02

مظهر معدني، وواقع هش

هي لامعة ورمادية مثل الفلزات، لكنها تتحطم بدلًا من أن تنثني. وروابطها عبارة عن شبكات تساهمية، وليست بحرًا من الإلكترونات غير المتموضعة.

03

الكيمياء المذبذبة

تكوّن أكاسيد تتصرف كأحماض في بعض التفاعلات وكقواعد في تفاعلات أخرى، ويمكن أن تظهر بوصفها الشريك الموجب أو السالب في المركب.

الاتجاهات الدورية

كيف تتغير عبر العائلة

تزداد الصفة المعدنية نزولاً وإلى اليسار. بورون هو الأقل فلزية؛ أما بولونيوم، الذي تدرجه بعض التصنيفات، فهو قريب من أن يكون معدناً. والسلم نفسه حد مرسوم على تدرج، لذلك تختلف قائمة العناصر قليلاً بين الكتب الدراسية.

في العالم

فيما تُستخدم

سيليكون

كل دائرة متكاملة صُنعت على الإطلاق، إضافةً إلى الخلايا الشمسية والزجاج وبوليمرات السيليكون. يُنقّى السيليكون المخصص لأشباه الموصلات بحيث لا يتبقى فيه تقريباً سوى ذرة شاردة واحدة لكل مليار ذرة.

بورون

زجاج البوروسيليكات الذي يتحمل الصدمة الحرارية، وقضبان التحكم في المفاعلات الماصة للنيوترونات، وألياف البورون في المركبات عالية الأداء.

جرمانيوم

كان أول ترانزستور مصنوعاً من الجرمانيوم، لا من السيليكون. ويُستخدم اليوم في البصريات تحت الحمراء، ولباب الألياف الضوئية، والإلكترونيات المجاورة لتقنية GaAs عالية السرعة.

زرنيخ

أشباه موصلات من زرنيخيد الغاليوم للأجهزة عالية التردد والإلكترونية الضوئية؛ واستُخدمت تاريخياً في الأصباغ ومبيدات الآفات.

إثمد

مواد مثبطة للهب، وسبائك بطاريات الرصاص الحمضية، و—لأنه يتمدد عند التجمد—الفلز الذي جعل حروف الطباعة المتحركة تملأ قالبها بإتقان.

تيلوريوم

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من تيلوريد الكادميوم، وطبقة تغيّر الحالة في الأقراص الضوئية القابلة لإعادة الكتابة.

التعامل

السلامة

مركبات الزرنيخ سامة حادًا ومزمنًا، وتؤثر المياه الجوفية الملوثة بالزرنيخ في عشرات الملايين من الناس. أما مركبات الإثمد والتيلوريوم فمتوسطة السمية؛ ويؤدي التعرض للتيلوريوم إلى ظهور رائحة ثوم ثابتة في النفس. ويسبب غبار السيليكا البلورية السحار السيليسي. أما البورون والسيليكون العنصريان فغير ضارين أساسًا.

من المفيد معرفته

  • السيليكون هو ثاني أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض، إذ يشكل نحو 28% من كتلتها.
  • يمتص البورون-10 النيوترونات بفاعلية كبيرة، ولذلك يُستخدم في قضبان التحكم في المفاعلات وفي علاج تجريبي للسرطان.
  • استُخدم كبريتيد الإثمد مستحضراً لتجميل العين — الكحل — طوال ما لا يقل عن خمسة آلاف عام قبل أن يعرف أحد ماهية العنصر.

الأسئلة الشائعة

حول أشباه الفلزات

ما العناصر التي تُعد فعليًا أشباه فلزات؟

يوجد البورون والسيليكون والجرمانيوم والزرنيخ والإثمد والتيلوريوم في كل قائمة تقريبًا. ويظهر البولونيوم والأستاتين في بعض القوائم. ويُدرج السيلينيوم أحيانًا ضمن أشباه الفلزات وأحيانًا ضمن اللافلزات. لا يوجد حد فاصل حاد في الطبيعة، ولذلك لا يوجد حد فاصل حاد في التصنيف أيضًا.

لماذا يُستخدم السيليكون في الشرائح بدلًا من الجرمانيوم؟

يشكل السيليكون طبقة أكسيد مستقرة عازلة — SiO₂ — بمجرد تعرضه للأكسجين. وهذا الأكسيد الأصلي هو ما يجعل بوابة الترانزستور الحديث ممكنة، ولا يملك الجرمانيوم نظيراً له. كما أن السيليكون وفير ورخيص ويتحمل درجات حرارة أعلى.

ما الذي يجعل شبه الموصل مختلفًا عن الموصل؟

فجوة نطاق. في الفلز، تتحرك الإلكترونات بحرية إلى الحالات الفارغة بتكلفة طاقة تساوي تقريبًا صفرًا. أما في شبه الموصل فتوجد فجوة صغيرة يجب تزويد الإلكترون بطاقة كافية لعبورها — من الحرارة أو الضوء أو جهد مطبَّق. وبما أن هذه الفجوة يمكن ضبطها بالتطعيم، يمكن تشغيل التوصيل وإيقافه. وهذا المفتاح هو الترانزستور.

تابع

العائلات التسع الأخرى

6 الفلزات القلوية Li Na K Rb Cs Fr 6 الفلزات القلوية الترابية Be Mg Ca Sr Ba Ra 38 الفلزات الانتقالية Sc Ti V Cr Mn Fe Co 12 الفلزات بعد الانتقالية Al Ga In Sn Tl Pb Bi 7 اللافلزات H C N O P S Se 5 الهالوجينات F Cl Br I Ts 7 الغازات النبيلة He Ne Ar Kr Xe Rn Og 15 اللانثانيدات La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 15 الأكتينيدات Ac Th Pa U Np Pu Am