Les éléments en escalier qui refusent de choisir leur camp
Le bore, le silicium, le germanium, l’arsenic, l’antimoine et le tellure se trouvent sur l’escalier diagonal qui sépare les métaux des non-métaux — et se comportent comme les uns et les autres. Ils ont un aspect métallique, conduisent mal l’électricité mais pas jamais, et l’un d’eux est devenu le substrat de toute l’ère numérique.
Mis en évidence dans le tableau périodique
Chaque membre
Ce qui les définit
C'est la propriété déterminante. Les métaux conduisent mieux lorsqu'ils sont refroidis ; les métalloïdes conduisent mieux lorsqu'ils sont chauffés, dopés ou éclairés. Cette conductivité contrôlable et commutable rend possible le transistor.
Ils sont brillants et gris comme les métaux, mais ils se brisent au lieu de se plier. Leurs liaisons forment des réseaux covalents, et non une mer d’électrons délocalisés.
Ils forment des oxydes qui se comportent comme des acides dans certaines réactions et comme des bases dans d’autres, et ils peuvent apparaître comme le partenaire positif ou négatif d’un composé.
Tendances périodiques
Le caractère métallique augmente en descendant et vers la gauche. Le bore est le plus non-métallique ; le polonium (que certaines classifications incluent) est presque un métal. L’escalier lui-même est une frontière tracée sur un gradient, si bien que la liste des éléments concernés varie légèrement selon les manuels scolaires.
Dans le monde
Tous les circuits intégrés jamais fabriqués, ainsi que les cellules solaires, le verre et les polymères de silicone. Le silicium de qualité semi-conducteur est purifié jusqu’à environ un atome étranger par milliard.
Du verre borosilicaté qui résiste aux chocs thermiques, des barres de contrôle de réacteur absorbant les neutrons et des fibres de bore dans des composites haute performance.
Le premier transistor était en germanium, pas en silicium. Aujourd’hui, le germanium est utilisé pour l’optique infrarouge, les cœurs de fibres optiques et l’électronique haute vitesse voisine de celle au GaAs.
Semi-conducteurs à base d’arséniure de gallium pour les dispositifs haute fréquence et optoélectroniques ; historiquement, pigments et pesticides.
Retardateurs de flamme, alliages pour batteries au plomb et — puisqu’il se dilate en gelant — le métal qui faisait que les caractères mobiles remplissaient parfaitement leur moule.
Panneaux solaires à couches minces de tellurure de cadmium et couche à changement de phase des disques optiques réinscriptibles.
Manipulation
Les composés de l’arsenic sont toxiques à la fois de manière aiguë et chronique, et les eaux souterraines contaminées par l’arsenic touchent des dizaines de millions de personnes. Les composés de l’antimoine et du tellure sont modérément toxiques ; l’exposition au tellure produit une odeur persistante d’ail dans l’haleine. Les poussières de silice cristalline provoquent la silicose. Le bore et le silicium élémentaires sont essentiellement inoffensifs.
Bon à savoir
Questions fréquentes
Le bore, le silicium, le germanium, l’arsenic, l’antimoine et le tellure figurent sur toutes les listes. Le polonium et l’astate apparaissent sur certaines d’entre elles. Le sélénium est parfois inclus parmi les métalloïdes et parfois parmi les non-métaux. Il n’existe pas de frontière nette dans la nature, donc pas davantage de frontière nette dans la classification.
Le silicium forme une couche d’oxyde stable et isolante — SiO₂ — simplement au contact de l’oxygène. Cet oxyde natif rend possible la grille des transistors modernes, contrairement au germanium. Le silicium est également abondant, bon marché et résiste à des températures plus élevées.
Une bande interdite. Dans un métal, les électrons se déplacent librement vers des états vacants, avec un coût énergétique pratiquement nul. Dans un semi-conducteur, il existe une petite bande interdite qu’un électron doit recevoir suffisamment d’énergie pour franchir — par la chaleur, la lumière ou une tension appliquée. Comme cette bande peut être ajustée par dopage, la conduction peut être activée et désactivée. Cet interrupteur est un transistor.
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