METALLOIDS: ลักษณะคุณสมบัติและการใช้งาน - เคมี - 2025

metalloidsหรือกึ่งโลหะเป็นกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีกลางระหว่างโลหะและอโลหะ นักวิจัยทางเคมีส่วนใหญ่ยอมรับองค์ประกอบทางเคมีต่อไปนี้เป็นโลหะผสม: โบรอนซิลิคอนสารหนูเจอร์เมเนียมพลวงและเทลลูเรียม (สีเขียวในภาพด้านล่าง)

อย่างไรก็ตามนักวิจัยกลุ่มเล็ก ๆ ได้เพิ่มพอโลเนียมแอสเตท (สีฟ้า) และซีลีเนียม (สีชมพู) ลงในโลหะผสม

ที่มา: โดย Sandbh จาก Wikimedia Commons

แม้จะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติบางประการพวกเขาแนะนำว่าควรพิจารณาองค์ประกอบทางเคมีคาร์บอนและอลูมิเนียม (สีเหลือง) เป็นโลหะผสมด้วย

ลักษณะสำคัญของโลหะผสม

สถานการณ์บนตารางธาตุ

Metalloids ตั้งอยู่บนตารางธาตุในแนวทแยงลงระหว่างคอลัมน์ 13, 14, 15, 16 และ 17 โดยเริ่มต้นด้วยโบรอนที่ด้านซ้ายบนและลงท้ายด้วยแอสทาทีนที่ด้านขวาล่าง

โลหะตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของโลหะผสมและอโลหะทางด้านขวา ดังนั้นจึงเป็นตัวแทนของเส้นขอบระหว่างสสารทั้งสองประเภท

พวกเขาสร้างโลหะผสมกับโลหะ

Metalloids สร้างโลหะผสมกับโลหะและทำปฏิกิริยากับอโลหะเช่นออกซิเจนกำมะถันและฮาโลเจน

เซมิคอนดักเตอร์ไฟฟ้า

ส่วนใหญ่ถือว่าเป็นเซมิคอนดักเตอร์ไฟฟ้าการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิต่ำการนำไฟฟ้าจะต่ำดังนั้นพวกมันจึงทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า แต่เมื่อมันร้อนขึ้นความสามารถในการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น

ฐานอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

เซมิคอนดักเตอร์เป็นพื้นฐานของการพัฒนาอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เช่นเดียวกับการคำนวณและสารสนเทศ ในทำนองเดียวกันแอปพลิเคชันที่ทำจากซิลิกอนก็มีประโยชน์มากในด้านนี้

รัฐ Allotropic

Metalloids มีสถานะ allotropic ที่แตกต่างกัน (รูปแบบผลึกที่แตกต่างกัน) ดังนั้นตัวอย่างเช่นสารหนูมีผลึกสีดำสีเหลืองหรือสีเทา

ตามธรรมชาติมักไม่พบว่าเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่บริสุทธิ์ แต่เกี่ยวข้องหรือรวมตัวกันเป็นแร่ธาตุร่วมกับตะกั่วกำมะถันเหล็ก ฯลฯ

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

คุณสมบัติทางกายภาพ

ปรากฏเป็นของแข็งมันวาว ในแง่นี้พวกมันคล้ายโลหะ พวกมันเปราะและไม่ยืดหยุ่นมากดังนั้นจึงไม่สามารถยืดเป็นลวดได้นั่นคือพวกมันไม่เหนียวมาก นอกจากนี้การเปลี่ยนรูปเป็นแผ่นงานทำได้ยากดังนั้น metalloids จึงไม่อ่อนตัวมากนัก

มีความสามารถในการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิแม้ว่าจะน้อยกว่าโลหะก็ตาม ภายใน metalloids มีองค์ประกอบทางเคมีที่แบ่งตามโครงสร้างวงดนตรีเป็นสารกึ่งตัวนำ

กลุ่มนี้ประกอบด้วยโบรอนซิลิคอนเจอร์เมเนียมและพลวง สารหนูและเทลลูเรียมจัดเป็นโลหะกึ่งโลหะ

คะแนนฟิวชั่น

โบรอน 2,076 ° C; ซิลิคอน 1,414 ° C; เจอร์เมเนียม 938.25 ° C; สารหนู 817 ° C; พลวง 630.13 ° C; เทลลูเรียม449.51º C และโพโลเนียม254º C.

จุดเดือด

โบรอน 3,927 ° C; ซิลิคอน 3,265 ° C; เจอร์เมเนียม 2,833 ° C; สารหนู 614 ° C; พลวง1,587º C; เทลลูเรียม988º C และโพโลเนียม962ºซี

ความหนาแน่น

โบรอน 2.34 g / cm ³ : ซิลิคอน 2.33 g / cm ³ ; เจอร์เมเนียม 5.323 g / cm ³ ; สารหนู 5,727; พลวง 6.697 g / cm ³ ; เทลลูเรียม 6.24 ก. / ซม. ³และโพโลเนียม 9.32 ก. / ซม. ³ .

คุณสมบัติทางเคมี

พวกมันมีพฤติกรรมคล้ายกับอโลหะคือพวกมันสร้างออกซาซิดเช่น SiO ₂และมีพฤติกรรมแอมโฟเทอริก Metalloids สามารถทำงานได้เหมือนกรดหรือเบสขึ้นอยู่กับ pH ของตัวกลาง

การประยุกต์ใช้งาน

เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิต

- สารหนูใช้ในการเกษตรเป็นยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืช นอกจากนี้ยังใช้วางเป็นผงหรือในสารละลายของเหลวในปศุสัตว์เพื่อกำจัดแมลงและปรสิตออกจากสัตว์ แคลเซียมอาร์ซีเนตใช้ในการฆ่ามอดคอตตอนบัด

-Arsenic ใช้เป็นสารกันบูดไม้เนื่องจากมีพิษต่อแมลงและเชื้อรา

-Arsenic ใช้ในการรักษามะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลัน Promyelocytic มะเร็งเม็ดเลือดชนิดหนึ่ง ใช้ในการเตรียมสารละลายฟาวเลอร์เพื่อใช้ในการรักษาโรคสะเก็ดเงิน ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของสารหนู ( ⁷⁴ As) ใช้ในการแปลเนื้องอกมะเร็งที่มีอยู่ในร่างกายมนุษย์

-Arsenic เป็นส่วนหนึ่งของ Melarsoprol ซึ่งเป็นยาที่ใช้ในการรักษา Human African Trypanosomiasis โรคปรสิตที่ส่งโดยแมลงวัน tsetse

-Tellurium oxide ถูกใช้ในการรักษาโรคผิวหนัง seborrheic ในทำนองเดียวกันสารประกอบเทลลูเรียมอื่น ๆ ก็ถูกใช้เป็นสารต้านจุลชีพ

- โบรอนในรูปของกรดบอริกใช้เป็นน้ำยาฆ่าเชื้ออ่อน ๆ ในตาจมูกและลำคอ

ในแว่นตาและเคลือบ

- เทลลูเรียมใช้ในการผลิตแว่นตาสีน้ำเงินน้ำตาลและแดง Metalloid สามารถฝากด้วยไฟฟ้าบนเงินทำให้ผิวสีดำ

- พลวงใช้ในการให้แว่นตาและเคลือบสีเหลือง โบรอนใช้ในการผลิตแก้วและเซรามิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งแก้วบอโรซิลิเกตมีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงใช้ในห้องปฏิบัติการในปฏิกิริยาเคมีและการกลั่น

- ในบ้านสามารถอบอาหารโดยใช้แก้วบอโรซิลิเกตได้โดยไม่ทำให้ภาชนะที่ใช้แตก

- ซิลิคอนเป็นฐานหลักของอุตสาหกรรมแก้วซึ่งเกี่ยวข้องกับการผลิตวัตถุแก้วเกือบทั้งหมด

- เจอร์เมเนียมออกไซด์ใช้ในการผลิตเลนส์กล้องถ่ายรูปและเลนส์ไมโครสโคป นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตแกนกลางของเส้นใยนำแสงสำหรับการใช้งานหลายประเภท

ในการผลิตวัสดุคุณภาพสูง

-Arsenic สร้างโลหะผสมที่มีตะกั่วทำให้จุดหลอมเหลวลดลง ทำให้เกิดความแข็งสูงขึ้นในโลหะผสมที่ใช้ในการผลิตช็อต

- การเพิ่มปริมาณเทลลูเรียมระหว่าง 0.1% ถึง 0.6% ของโลหะผสมที่มีตะกั่วช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการยึดเกาะด้วยการเพิ่มความยืดหยุ่น มักจะมีการเติมเทลลูเรียมลงในเหล็กหล่อเพื่อทำให้ชั้นผิวของชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิแข็งขึ้น

- พลวงใช้ในโลหะผสมเพื่อผลิตตลับลูกปืนแผ่นสะสมและวัสดุการพิมพ์

- ใช้ซิลิคอนในการผลิตโลหะผสมที่มีความต้านทานต่อกรดมากขึ้น นั่นคือกรณีของ Duriron ซึ่งมีซิลิกอน 14%

โลหะผสมของซิลิกอนเหล็กและอลูมิเนียมใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่แข็งมากซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์

-Arsenic สร้างโลหะผสมที่มีทองคำขาวและทองแดงเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังมีการเติมสารหนูลงในอัลฟาทองเหลืองเพื่อเพิ่มความต้านทานของสังกะสี ทองเหลืองประเภทนี้ใช้ในการผลิตวัสดุเสริมสำหรับท่อประปา

ด้านอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์

-Metalloids ใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ ในแง่นี้ซิลิกอนเป็นผู้นำในการค้าเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ ซิลิคอนและอนุพันธ์ใช้ในคอมพิวเตอร์ทรานส์ซิเตอร์เซลล์แสงอาทิตย์และหน้าจอ LCD

- เทลลูเรียมเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีการใช้งานด้านอิเล็กโทรทัศนศาสตร์และอิเล็กทรอนิกส์

- เจอร์เมเนียมเป็นโลหะผสมเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ร่วมกับซิลิกอนในวงจรรวมความเร็วสูงเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ แม้ว่าเจอร์เมเนียมจะแทนที่ซิลิกอนไปบ้างแล้วในบทบาทของเซมิคอนดักเตอร์ แต่การใช้ชิปขนาดเล็กได้รับการปรับปรุง

- เจอร์เมเนียมใช้ในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ แม้แต่การสำรวจหุ่นยนต์บนดาวอังคารก็มีเจอร์เมเนียมอยู่ในเซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากนี้เจอร์เมเนียมยังใช้ในการผลิตเรดาร์

มาตรการป้องกันของ Metalloids

โบรอนและสารประกอบที่เกี่ยวข้องให้ความต้านทานต่อวัสดุที่เป็นส่วนหนึ่งได้ดีเยี่ยม สิ่งนี้อนุญาตให้ใช้ในการสร้างโครงสร้างเชิงพื้นที่ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตไม้กอล์ฟและคันเบ็ด

การดำเนินการป้องกันของโบรอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นอุปสรรคในการควบคุมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โดย จำกัด การรั่วไหลของสารกัมมันตรังสี นอกจากนี้โบรอนคาร์ไบด์ยังใช้ในเสื้อเกราะกันกระสุนและในชุดเกราะของรถถังสงคราม

ซิลิคอนไดออกไซด์และซิลิกาในรูปของดินเหนียวหรือทรายเป็นส่วนประกอบสำคัญของอิฐคอนกรีตและปูนซีเมนต์ที่ใช้ในการก่อสร้างรูปแบบต่างๆ

คนอื่น ๆ

- แอนติโมนีซัลไฟด์ใช้ในดอกไม้ไฟและหลอดไฟแฟลชในกล้องถ่ายรูป

- โบรอนเป็นส่วนหนึ่งของแม่เหล็กนีโอไดเมียม

- ซิลิโคนโพลีเมอร์ที่ได้จากซิลิกอนใช้ในการผลิตน้ำมันและแว็กซ์เต้านมเทียมคอนแทคเลนส์วัตถุระเบิดและดอกไม้ไฟ

- เจอร์เมเนียมใช้ในการผลิตหลอดฟลูออเรสเซนต์และไดโอด LED บางชนิด นอกจากนี้เจอร์เมเนียมยังใช้ในกีต้าร์ไฟฟ้าเพื่อสร้างโทนเสียงที่ผิดเพี้ยน

- เจอร์เมเนียมใช้ในการถ่ายภาพความร้อนสำหรับการใช้งานทางทหารและการดับเพลิง

- พลวงใช้ในการผลิตไม้ขีดไฟและตัวติดตามและระเบิดมือระบุตำแหน่งรวมทั้งไพรเมอร์สำหรับตลับหมึก

- โซเดียมบอเรตใช้เป็นสารหน่วงการเผาไหม้ในพลาสติกและยาง

องค์ประกอบโลหะ 8 ชิ้น

องค์ประกอบทางเคมีกลุ่มนี้ประกอบด้วยโบรอนซิลิคอนพลวงเทลลูเรียมเจอร์เมเนียมสารหนูโพโลเนียมและแอสเทต อย่างไรก็ตามนักวิจัยจำนวนมากที่สุดในสาขาเคมีไม่รวม polonium และ astate เป็น metalloids

ดังนั้นกลุ่ม metalloids ที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดจึงประกอบด้วยโบรอนซิลิคอนพลวงเทลลูเรียมเจอร์เมเนียมและสารหนู

Polonium ได้รับการสังเกตว่าเป็นโลหะอย่างชัดเจนเนื่องจากรูปแบบ allotropic สองรูปแบบเป็นตัวนำโลหะ ในทางกลับกันแอสทาทีนถูกจัดให้เป็นโลหะในปี 2013 แม้ว่าก่อนหน้านี้ในปี 1950 จะถูกกำหนดให้เป็นฮาโลเจนซึ่งเป็นอโลหะที่ทำปฏิกิริยาได้

ขอบเขตระหว่างกลุ่มของธาตุที่ถือว่าเป็นโลหะโลหะหรืออโลหะนั้นไม่ชัดเจน ด้วยเหตุนี้นักวิจัยบางคนซึ่งอาศัยคุณสมบัติบางอย่างจึงแนะนำว่าควรพิจารณาว่าสิ่งนี้หรือองค์ประกอบนั้นเป็น metalloid ตัวอย่างเช่นมีการชี้ให้เห็นว่าคาร์บอนอลูมิเนียมหรือซีลีเนียมควรถูกจัดประเภทเป็นโลหะผสม

มีความพยายามที่จะสร้างเกณฑ์การคัดเลือกที่อนุญาตให้จำแนกองค์ประกอบทางเคมีเป็นโลหะโลหะหรืออโลหะ เกณฑ์การคัดเลือกอื่น ๆ ได้แก่ พลังงานไอออไนเซชันค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีและประสิทธิภาพการบรรจุขององค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน

อ้างอิง

1. อีเดนฟรานซิส (2002) การจำแนกประเภทขององค์ประกอบ นำมาจาก: dl.clackamas.edu
2. โลหะโลหะผสมและอโลหะ นำมาจาก: angelo.edu
3. องค์ประกอบ Metalloids นำมาจาก: elements.org.es
4. ตัวอย่างของ. (2013) Metalloids นำมาจาก: examplede.com
5. วิกิพีเดีย (2018) กึ่งโลหะ นำมาจาก: en.wikipedia.org
6. เคมีด่วน (2011) โลหะลอย (ครึ่งวงกลม) นำมาจาก: chemistry.patent-invent.com
7. บรรณาธิการของสารานุกรมบริแทนนิกา (2559 18 ตุลาคม). กึ่งโลหะ นำมาจาก: britannica.com