Die Treppenelemente, die sich weigern, Partei zu ergreifen
Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur liegen auf der diagonalen Treppe, die Metalle von Nichtmetallen trennt – und verhalten sich wie beide. Sie sehen metallisch aus, leiten schlecht, aber nicht gar nicht, und eines von ihnen wurde zum Grundmaterial des gesamten digitalen Zeitalters.
Im Periodensystem hervorgehoben
Jedes Mitglied
Was sie definiert
Das ist die entscheidende Eigenschaft. Metalle leiten besser, wenn sie abgekühlt werden; Halbmetalle leiten besser, wenn sie erhitzt, dotiert oder beleuchtet werden. Diese kontrollierbare, schaltbare Leitfähigkeit macht einen Transistor möglich.
Sie sind glänzend und grau wie Metalle, zerbrechen jedoch, statt sich zu biegen. Ihre Bindung besteht aus kovalenten Netzwerken, nicht aus einem delokalisierten Elektronenmeer.
Sie bilden Oxide, die sich in manchen Reaktionen als Säuren und in anderen als Basen verhalten, und sie können in einer Verbindung entweder als positiv oder als negativ geladener Partner auftreten.
Periodische Trends
Der metallische Charakter nimmt nach unten und nach links zu. Bor ist das am wenigsten metallische Element; Polonium, das manche Klassifikationen einschließen, ist beinahe ein Metall. Die Treppenlinie selbst ist eine auf einem Gefälle gezogene Grenze, daher variiert die Liste der zugehörigen Elemente zwischen Lehrbüchern geringfügig.
In der Welt
Jede jemals hergestellte integrierte Schaltung sowie Solarzellen, Glas und Silikonpolymere. Silicium in Halbleiterqualität wird bis auf etwa ein Fremdatom pro Milliarde gereinigt.
Borosilikatglas, das Temperaturschocks übersteht, neutronenabsorbierende Steuerstäbe für Reaktoren und Borfasern in Hochleistungsverbundwerkstoffen.
Der erste Transistor bestand aus Germanium, nicht aus Silicium. Heute wird es für Infrarotoptik, Glasfaserkernen und Hochgeschwindigkeitselektronik im Umfeld von GaAs verwendet.
Galliumarsenid-Halbleiter für Hochfrequenz- und optoelektronische Geräte; früher Pigmente und Pestizide.
Flammschutzmittel, Legierungen für Bleiakkumulatoren und – da es sich beim Gefrieren ausdehnt – das Metall, durch das bewegliche Lettern ihre Gussform perfekt ausfüllten.
Dünnschicht-Solarmodule aus Cadmiumtellurid und die Phasenwechselschicht in wiederbeschreibbaren optischen Discs.
Handhabung
Arsenverbindungen sind akut und chronisch giftig, und arsenbelastetes Grundwasser betrifft mehrere Dutzend Millionen Menschen. Antimon- und Tellurverbindungen sind mäßig giftig; Tellurexposition verursacht einen anhaltenden Knoblauchgeruch im Atem. Kristalliner Quarzstaub verursacht Silikose. Elementares Bor und Silicium sind im Wesentlichen harmlos.
Wissenswertes
Häufige Fragen
Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur stehen auf jeder Liste. Polonium und Astat erscheinen auf einigen. Selen wird manchmal als Halbmetall und manchmal als Nichtmetall eingeordnet. In der Natur gibt es keine scharfe Grenze, daher gibt es auch in der Klassifikation keine scharfe Grenze.
Silicium bildet einfach durch den Kontakt mit Sauerstoff eine stabile, isolierende Oxidschicht — SiO₂. Dieses natürliche Oxid ermöglicht erst das moderne Transistorgate, und Germanium hat kein entsprechendes Gegenstück. Silicium ist außerdem häufig, preiswert und temperaturbeständig.
Eine Bandlücke. In einem Metall bewegen sich Elektronen frei in leere Zustände, praktisch ohne Energieaufwand. In einem Halbleiter gibt es eine kleine Lücke, für deren Überwindung ein Elektron genügend Energie erhalten muss – durch Wärme, Licht oder eine angelegte Spannung. Da sich diese Lücke durch Dotierung anpassen lässt, kann die Leitfähigkeit ein- und ausgeschaltet werden. Dieser Schalter ist ein Transistor.
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