Элементы лестницы, которые отказываются выбирать сторону

Металлоиды

Бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур расположены на диагональной лестнице, разделяющей металлы и неметаллы, — и проявляют свойства и тех и других. Они выглядят как металлы, плохо проводят электричество, но всё же проводят его, и один из них стал основой всей цифровой эпохи.

Элементы: 7
Группа: Вдоль границы между металлами и неметаллами
Конфигурация: p-block
Радиоактивные: 1

Выделено в периодической таблице

Каждый элемент

7 элементов семейства Металлоиды

5 B Бор 10.81 u Металлоид крайностей: твёрже большинства металлов, необходим растениям и именно он позволяет боросиликатному стеклу выдерживать пламя. Твёрдое 14 Si Кремний 28.085 u Элемент, превративший песок в основу цивилизации: каждый процессор, которым вы когда-либо пользовались, представляет собой пластину из сверхчистого кремния. Твёрдое 32 Ge Германий 72.63 u Первый полупроводник: самый первый транзистор был изготовлен из германия, а не из кремния. Твёрдое 33 As Мышьяк 74.922 u Классический яд из истории — безвкусный, незаметный на протяжении веков и по-прежнему являющийся причиной кризиса грунтовых вод для миллионов людей. Твёрдое 51 Sb Сурьма 121.76 u Хрупкий металлоид, с древности использовавшийся как косметика для глаз, а теперь применяемый как огнезащитное средство. Твёрдое 52 Te Теллур 127.6 u Редок на Земле, распространён во Вселенной и обеспечивает работу перезаписываемых оптических дисков. Твёрдое 85 At Астат 210 u Самый редкий встречающийся в природе элемент на Земле — в каждый момент во всей земной коре существует, возможно, около 25 граммов. Радиоактивные Твёрдое

Что их определяет

Три свойства, которые определяют Металлоиды

Полупроводник, а не проводник

Это определяющее свойство. Металлы лучше проводят ток при охлаждении; металлоиды — при нагревании, легировании или освещении. Именно эта управляемая, переключаемая проводимость делает возможным транзистор.

Металлический вид, хрупкая сущность

Они блестящие и серые, как металлы, но не гнутся, а раскалываются. Их связь представляет собой ковалентные сетки, а не делокализованное электронное море.

Амфотерная химия

Они образуют оксиды, которые в одних реакциях проявляют свойства кислот, а в других — оснований; кроме того, они могут выступать в соединении как положительная или отрицательная частица.

Периодические закономерности

Как они изменяются в семействе

Металлические свойства усиливаются при движении вниз и влево. Бор — самый неметаллический; полоний, который включают в эту категорию некоторые классификации, почти является металлом. Сама «лестница» — это граница, проведённая по градиенту, поэтому состав списка немного различается в разных учебниках.

В мире

Для чего они используются

Кремний

Все когда-либо созданные интегральные схемы, а также солнечные элементы, стекло и силиконовые полимеры. Кремний полупроводниковой чистоты очищают примерно до содержания одного постороннего атома на миллиард.

Бор

Боросиликатное стекло, выдерживающее термический удар, управляющие стержни реакторов, поглощающие нейтроны, и борные волокна в высокоэффективных композитах.

Германий

Первым транзистором был германий, а не кремний. Сегодня он используется в инфракрасной оптике, сердцевинах оптических волокон и высокоскоростной электронике, связанной с GaAs.

Мышьяк

Полупроводники из арсенида галлия для высокочастотных и оптоэлектронных устройств; исторически — пигменты и пестициды.

Сурьма

Антипирены, сплавы для свинцово-кислотных аккумуляторов и — поскольку он расширяется при замерзании — металл, благодаря которому наборные литеры идеально заполняли форму.

Теллур

Тонкоплёночные солнечные панели из теллурида кадмия и слой с изменением агрегатного состояния в перезаписываемых оптических дисках.

Обращение

Безопасность

Соединения мышьяка обладают острой и хронической токсичностью, а загрязнённые мышьяком грунтовые воды затрагивают десятки миллионов людей. Соединения сурьмы и теллура умеренно токсичны; воздействие теллура вызывает стойкий чесночный запах изо рта. Пыль кристаллического кремнезёма вызывает силикоз. Элементарные бор и кремний практически безвредны.

Полезно знать

Кремний — второй по распространённости элемент в земной коре: на его долю приходится около 28% массы.
Бор-10 настолько эффективно поглощает нейтроны, что его используют и в управляющих стержнях реакторов, и в экспериментальной терапии рака.
Сульфид сурьмы использовали в качестве косметики для глаз — коль — по меньшей мере пять тысяч лет, прежде чем люди узнали, что такое элемент.

Часто задаваемые вопросы

О семействе Металлоиды

Какие элементы на самом деле являются металлоидами?

Бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма и теллур входят во все списки. Полоний и астат встречаются в некоторых из них. Селен иногда относят к металлоидам, а иногда — к неметаллам. В природе нет чёткой границы, поэтому нет чёткой границы и в классификации.

Почему для микросхем используют кремний, а не германий?

Кремний образует стабильный изолирующий оксидный слой — SiO₂ — просто при контакте с кислородом. Именно этот природный оксид делает возможным затвор современного транзистора, а у германия нет его аналога. Кремний также широко распространён, дёшев и выдерживает более высокие температуры.

Чем полупроводник отличается от проводника?

Ширина запрещённой зоны. В металле электроны свободно переходят в незаполненные состояния практически без затрат энергии. В полупроводнике существует небольшая зона, для преодоления которой электрону необходимо сообщить достаточно энергии — за счёт тепла, света или приложенного напряжения. Поскольку эту зону можно регулировать легированием, проводимость можно включать и выключать. Такое переключение осуществляется транзистором.

Продолжить

Остальные девять семейств

6 Щелочные металлы Li Na K Rb Cs Fr 6 Щёлочноземельные металлы Be Mg Ca Sr Ba Ra 38 Переходные металлы Sc Ti V Cr Mn Fe Co 12 Постпереходные металлы Al Ga In Sn Tl Pb Bi 7 Неметаллы H C N O P S Se 5 Галогены F Cl Br I Ts 7 Благородные газы He Ne Ar Kr Xe Rn Og 15 Лантаноиды La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 15 Актиноиды Ac Th Pa U Np Pu Am